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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage, die ein nichtazeotropes
Mischkühlmittel
verwendet, bestehend aus einem Kühlmittel
mit einem hohen Siedepunkt und einem Kühlmittel mit einem niedrigen
Siedepunkt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
einer Klimaanlage der Wärmepumpenbauart
sind ein Kompressor, ein Vierwegeventil, ein Außenwärmetauscher, ein Druckreduktionsmechanismus,
ein Innenwärmetauscher
und ein Akkumulator so angeordnet, dass sie aufeinanderfolgend in
der genannten Reihenfolge miteinander verbunden sind, um dadurch
einen schleifenartigen Kühlkreis
zu bilden. Gemäß dieser
Bauart von Klimaanlage wird das Kühlmittel beim Kühlbetrieb
unter Betätigen
des Vierwegeventils durch diese Teile in der vorstehend genannten
Reihenfolge umgewälzt,
wobei der Innenwärmetauscher
als ein Verdampfer dient, während der
Außenwärmetauscher
als ein Kondensor dient. Andererseits wird das Kühlmittel durch diese Teile
in der entgegengesetzten Reihenfolge zur vorstehenden Reihenfolge
umgewälzt,
so dass der Innenwärmetauscher
als ein Kondensor dient (der Außenwärmetauscher
dient als ein Verdampfer).
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Unter
dem Gesichtspunkt, die Zerstörung der
Ozonschicht zu verhindern, hat es in der vergangenen Zeit die Tendenz
gegeben, als Kühlmittel
für Klimaanlagen
ein nichtazeotropes Mischkühlmittel aus
einer Mischung aus Kühlmittel
mit einem hohen Siedepunkt und einem Kühlmittel mit einem niedrigen Siedepunkt,
wie beispielsweise R407C oder dergleichen, zu verwenden. Ferner
wird insbesondere in Nordamerika der Kühlvorgang selbst in der Wintersaison,
bei der die Außentemperatur
niedrig ist, durchgeführt,
weil eine Klimaanlage in einem Computerraum angeordnet ist oder
sowohl ein Heizquellengerät
als auch eine Klimaanlage in den meisten Fällen nebeneinander angeordnet
sind.
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Wenn
das nichtazeotrope Mischkühlmittel wie
vorstehend beschrieben verwendet wird, ist das Kühlmittel in dem Verdampfer
verglichen mit dem Fall, bei dem ein einziges Kühlmittel wie beispielsweise
R22 oder dergleichen verwendet wird, schwerer zu verdampfen, und
somit wird der Kühlmitteldruck
in dem Verdampfer verringert. Wenn daher beispielsweise der Kühlvorgang
in einer derartigen Klimaanlage in einem Zustand durchgeführt wird,
bei dem die Außentemperatur
gering ist, ist es wahrscheinlich, dass ein Vereisen des Innenwärmetauschers
auftritt. Wenn das Vereisen zunimmt, würde der Innenwärmetauscher
brechen oder die Verdampfung des Kühlmittels im Innenwärmetauscher
wäre ungenügend, so
dass ein Flüssigkeitsrücklauf zum
Kompressor auftritt und somit der Kompressor bricht. Um daher den
vorstehenden Nachteil zu vermeiden, wird im Kühlbetrieb bei geringer Außentemperatur
der Kompressor zu dem Zeitpunkt gestoppt, wenn der Beginn des Vereisens
des Innenwärmetauschers
auftritt. Ein derartiger Steuerungsvorgang der Klimaanlage macht
es jedoch unmöglich,
den Kühlvorgang
kontinuierlich durchzuführen,
so dass keine stabile Kühlwirkung
erzielt werden kann.
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Die
EP-A-0 715 134 offenbart eine Klimaanlage gemäß dem Obergriff des unabhängigen Patentanspruchs
1. Die US-A-5,822,996 offenbart ein Wärmepumpensystem. Das Wärmepumpensystem
hat eine separate Außenschlange,
die unter der primären
Außenschlange
montiert ist und durch Ventile zu dieser parallel geschaltet ist.
Beim Anlaufen des Systems im Heizmodus ist der Eingang der Hilfsschlange geschlossen
und der Ausgang ist geöffnet,
so dass der Unterdruck des Kompressors die flüchtigeren Hochdruckkomponenten
auskocht, so dass das System gefüllt
wird. Das Ausgangsventil wird dann geschlossen, fängt die
Niederdruckkomponente in der Hilfsschlange ein. Die EP-A0 685 692
offenbart ein Kühlmittelumwälzsystem.
Das Kühlmittelumwälzsystem
hat einen Kompressor, einen Kondensor, einen Verdampfer, ein Drosselventil
und eine Steuerungseinheit. Die Steuerungseinheit steuert die Zusammensetzung
eines Kühlmittels,
das in dem Kühlmittelumwälzsystem
umläuft,
basierend auf der Temperatur und dem Druck des Kühlmittels an einem Einlass- und
Auslassteil des Kompressors, des Kondensors, des Verdampfers und
des Drosselventils. Die Steuerungseinheit steuert das Öffnen und
Schließen
des Drosselventils, um die Zusammensetzung des in dem Kühlmittelumwälzsystem
zirkulierenden Kühlmittels
zu ändern.
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Wenn
ferner in einer derartigen Klimaanlage ein Heizvorgang durchgeführt wird,
besteht auch die Neigung, dass an dem Außenwärmetauscher, der als ein Verdampfer
dient, selbst unter Kühlbetrieb
unter der Standardbedingung von JIS Vereisung auftritt. Wenn die
Neigung zu Vereisung an dem Außenwärmetauscher
im Heizvorgang auftritt, muss der Heizvorgang für eine lange Zeit gestoppt
werden, um einen Enteisungsvorgang durchzuführen, was zu einer Verringerung
der Wärmeleistung
führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Situation
implementiert und hat die Aufgabe, eine Klimaanlage zu schaffen,
bei der das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher unterdrückt werden
kann und die somit eine stabile Kühlwirkung im Kühlbetrieb
unter einem Zustand zeigt, bei dem die Außentemperatur gering ist, selbst wenn
ein nichtazeotropes Mischkühlmittel
verwendet wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage
zu schaffen, die das Auftreten von Vereisung am Außenwärmetauscher beim
Heizvorgang verhindern kann und somit die Heizleistung verbessert.
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Diese
und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine
Klimaanlage gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
1 gelöst. Der
abhängige
Anspruch behandelt weitere vorteilhafte Entwicklungen der vorliegenden
Erfindung.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in dem Kühlvorgang
bei geringer Außentemperatur
das erste Kühlmittel
(das Kühlmittel
mit dem hohen Siedepunkt) des nichtazeotropen Mischkühlmittels
in dem Akkumulator gesammelt, und das zweite Kühlmittel (das Kühlmittel
mit dem niedrigen Siedepunkt) des nichtazeotropen Mischkühlmittels
wird in dem Kühlkreis
zirkuliert. Daher besteht eine größere Neigung, dass das Kühlmittel
in dem Innenwärmetauscher,
der beim Kühlvorgang
als Verdampfer dient, verdampft und somit ist der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher
erhöht.
Daher kann das Auftreten von Vereisen im Innenwärmetauscher beim Kühlvorgang,
wenn die Außentemperatur
gering ist, unterdrückt
werden.
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Demgemäß kann die
Häufigkeit,
mit der der Kompressor gestoppt werden muss, um zu verhindern, dass
der Innenwärmetauscher
oder der Kompressor infolge von Auftreten von Vereisen bricht, merklich
reduziert werden. Daher kann, selbst wenn das nichtazeotrope Mischkühlmittel
verwendet wird, der Kühlvorgang
bei geringer Außentemperatur
fortlaufend durchgeführt
werden. Als Ergebnis kann eine stabile Kühlwirkung realisiert werden,
und es kann eine ausgezeichnete komfortable Umgebung erzielt werden.
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Da
ferner das Kühlmittel,
welches einen hohen Siedepunkt hat, während des Kühlvorgangs bei niedriger Außentemperatur
in dem Akkumulator positiv angesammelt wird, ist kein irgendwie
gearteter Aufnahmebehälter
erforderlich, der bisher vorgesehen wurde, um zu vermeiden, dass
das Kühlmittel sich
in dem Akkumulator sammelt, und dies ermöglicht auch, dass ein druckreduzierender
Mechanismus weggelassen wird, der zuvor in der Nachbarschaft des
Außenwärmetauschers
infolge der Anordnung des Aufnahmebehälters, angeordnet sein musste.
Als Ergebnis kann der Kühlkreis
in seiner Konstruktion vereinfacht werden, und dessen Kosten können gesenkt
werden.
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Wenn
ferner die Anzahl der Umdrehungen des Innengebläses zum Blasen von Luft in
den Innenwärmetauscher
erhöht
ist, verdampft das Kühlmittel,
welches in dem Innenwärmetauscher
fließt, leichter,
so dass der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher
erhöht
ist und die Kühlmitteltemperatur
erhöht
ist. Als Ergebnis wird der Kühlmitteldruck im
Innenwärmetauscher,
der als Verdampfer dient, durch die Zirkulation des Kühlmittels
mit dem niedrigen Siedepunkt des nichtazeotropen Mischkühlmittels
erhöht,
wodurch die Wirkung, das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher
zu unterdrücken, verstärkt werden
kann, und somit kann das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher
sicherer unterdrückt
werden.
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Durch
schrittweises Einstellen der Anzahl der Umdrehungen des Außengebläses zum
Blasen von Luft auf den Außenwärmetauscher
gemäß der Außentemperatur
wird das Kühlmittel
in dem Außenwärmetauscher,
der als Kondensor dient, schwerer kondensiert, so dass der Kühlmitteldruck
in dem Außenwärmetauscher
erhöht
wird und die Kühlmitteltemperatur
ebenfalls erhöht
wird. Dies erhöht
den Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher,
welcher als Verdampfer dient, und erhöht auch die Kühlmitteltemperatur,
so dass das Auftreten von Vereisen des Innenwärmetauschers sicherer unterdrückt werden
kann.
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Gemäß der Klimaanlage
nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem Heizvorgang
das Kühlmittel
des nichtazeotropen Mischkühlmittels,
welches den hohen Siedepunkt hat, im Akkumulator gesammelt, und
das Kühlmittel,
welches den niedrigen Siedepunkt hat, wird im Kühlkreislauf zirkuliert, so
dass das Kühlmittel
in dem Außenwärmetauscher,
der beim Heizvorgang als Verdampfer dient, leichter verdampft und
somit der Kühlmitteldruck
in dem Außenwärmetauscher
erhöht
wird, wodurch die Vereisung am Außenwärmetauscher unterdrückt wird.
Daher wird das Verhältnis
von Enteisungsbetriebszeit zu Heizbetrieb verringert. Da ferner
das Kühlmittel
mit dem niedrigen Siedepunkt in dem Kühlkreislauf beim Heizvorgang
zirkuliert wird, wird der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher, welcher
als Kondensor dient, erhöht,
und somit kann die Heizleistung des Innenwärmetauschers verbessert werden.
Als Ergebnis kann die Heizleistung unter Heizbetrieb wie die gesamte
Klimaanlage verbessert werden.
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Da
ferner das Kühlmittel,
welches den hohen Siedepunkt hat, im Akkumulator unter Heizbetrieb gesammelt
wird, ist kein Aufnahmebehälter
erforderlich, der zuvor vorgesehen wurde, um zu vermeiden, dass
das Kühlmittel
im Akkumulator im Kühlkreislauf angesammelt
wird, und dies ermöglicht
auch, dass ein Druckreduziermechanismus weggelassen wird, der zuvor
in der Nachbarschaft des Außenwärmetauschers
wegen der Vorsehung des Aufnahmebehälters angeordnet wurde. Als
Ergebnis kann die Konstruktion des Kühlkreislaufs vereinfacht werden
und seine Kosten können
gesenkt werden.
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Gemäß der Klimaanlage
nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Druckreduziergrad
des druckreduzierenden Mechanismus durch die Steuerung gesteuert,
so dass, wenn der Heizvorgang oder der Kühlvorgang bei niedriger Außentemperatur
ausgeführt
wird, das erste Kühlmittel
des nichtazeotropen Mischkühlmittels
in dem Akkumulator angesammelt wird und das zweite Kühlmittel
des nichtazeotropen Mischkühlmittels
in dem Kühlkreislauf
zirkuliert wird, wodurch der Kühlmitteldruck
in dem Verdampfer erhöht
wird. Daher wird das Kühlmittel
sowohl im Außenwärmetauscher als
auch im Innenwärmetauscher,
wenn diese als Verdampfer während
des Heizvorgangs oder während
des Kühlvorgangs
bei niedriger Außentemperatur
dienen, leichter verdampfen, und somit wird der Kühlmitteldruck
im Verdampfer erhöht,
wodurch das Vereisen oder Eis im Verdampfer unterdrückt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine grafische Darstellung des Kühlkreislaufs
gemäß einer
ersten Ausführungsform einer
Klimaanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das die Kühlsteuerung
bei niedriger Außentemperatur
beim Kühlvorgang
der in der 1 gezeigten Klimaanlage zeigt;
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3 ist
eine grafische Darstellung des Kühlkreislaufs
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Klimaanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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4 ist
ein Flussdiagramm der Steuerung der ausgegebenen Kühlmitteltemperatur
beim Heizvorgang der in der 3 gezeigten
Klimaanlage.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden anhand der begleitenden Zeichnungen bevorzugte
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs gemäß einer
ersten Ausführungsform
einer Klimaanlage (Klimaanlage der Wärmepumpenbauart) gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Wie
in der 1 gezeigt, umfasst eine Klimaanlage 10 der
Wärmepumpenbauart
dieser Ausführungsform
eine Außeneinheit 11,
eine Inneneinheit 12 und eine Steuerung 13 und
eine Außenkühlmittelleitung 14 der
Außeneinheit 11 und
eine Innenkühlmittelleitung 15 der
Inneneinheit 12, die miteinander verbunden sind.
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Die
Außeneinheit 11 ist
außerhalb
angeordnet und hat einen Kompressor 16, einen Akkumulator 17,
der an der Ansaugseite des Kompressors 16 angeordnet ist,
ein Vierwegeventil 18, das an der Ausgabeseite des Kompressors 16 angeordnet
ist, und einen Außenwärmetauscher 19 an
der Seite des Vierwegeventils 18, wobei diese Teile so
angeordnet sind, dass sie miteinander durch die Außenkühlmittelleitung 14 verbunden
sind. Zusätzlich
ist in der Nähe
des Außenwärmetauschers 19 ein
Außengebläse 20 angeordnet,
um auf den Außenwärmetauscher 19 Luft
zu blasen.
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Die
Inneneinheit 12 ist in einem Raum angeordnet und hat einen
Innenwärmetauscher 21 und
ein Expansionsventil 22, welches als ein druckreduzierender
Mechanismus dient, das in der Nachbarschaft des Innenwärmetauschers 21 angeordnet
ist, wobei dieser Teile so angeordnet sind, dass sie miteinander durch
die Innenkältemittelleitung 15 verbunden
sind. Ein Innengebläse 23 zum
Blasen von Luft auf den Innenwärmetauscher 21 ist
so angeordnet, dass es in der Nähe
des Innenwärmetauschers 21 liegt.
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Durch
Verbinden der Innenkältemittelleitung 14 und
der Innenkältemittelleitung 15 miteinander sind
der Akkumulator 17, der Kompressor 16, das Vierwegeventil 18,
der Außenwärmetauscher 19,
das Expansionsventil 22 und der Innenwärmetauscher 21 nacheinander
in der genannten Reihenfolge verbunden, und der Akkumulator 17 ist
durch das Vierwegeventil 18 mit dem Innenwärmetauscher 21 verbunden,
wodurch die Klimaanlage 10 einen schleifenartigen Kühlkreis 9 bildet.
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Die
Steuerung 13 steuert den Betrieb der Außeneinheit 11 und
der Inneneinheit 12 und steuert im Einzelnen den Kompressor 16,
das Vierwegeventil 18 und das Außengebläse 20 der Außeneinheit 11 und
das Expansionsventil 22 und das Innengebläse 23 der
Inneneinheit 12.
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Die
Steuerung 13 schaltet das Vierwegeventil 18, um
die Klimaanlage 10 in den Kühlbetrieb oder Heizbetrieb
zu setzen. Das heißt,
wenn die Steuerung 13 das Vierwegeventil 18 zur
Kühlseite
schaltet, fließt
das Kühlmittel
in einer Richtung, die durch den durchgezogenen Pfeil angegeben
ist. In diesem Fall dient der Außenwärmetauscher 19 als
ein Kondensor, und der Innenwärmetauscher 21 dient
als ein Verdampfer, um die Klimaanlage im Kühlbetrieb zu halten. Das heißt, der
Innenwärmetauscher 21 kühlt das
Innere des Raums. Wenn die Steuerung 13 andererseits das
Vierwegeventil zur Heizseite schaltet, fließt das Kühlmittel in einer Richtung,
die durch den gestrichelten Pfeil angezeigt ist. In diesem Fall
dient der Innenwärmetauscher 21 als
der Kondensor, und der Außenwärmetauscher 19 dient
als der Verdampfer, um die Klimaanlage im Heizbetrieb zu halten.
Das heißt,
der Innenwärmetauscher 21 heizt
das Innere des Raums.
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Ferner
steuert im Kühlbetrieb
und im Heizbetrieb die Steuerung 13 den Ventilöffnungsgrad
des Expansionsventils 22, das als der Druckreduzierungsmechanismus
dient, und die Anzahl der Umdrehungen des Außengebläses 20 sowie des Innengebläses 23 in Übereinstimmung
mit der Klimaanlagenlast.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt die Steuerung 13 den Öffnungsgrad
des Expansionsventils 22 und die Anzahl der Umdrehungen
des Außengebläses 20 und
des Innengebläses 23 wie
später
beschrieben bei dem Kühlbetrieb
ein, um einen Kühlsteuerungsvorgang bei
niedriger Außentemperatur
durchzuführen.
Hierbei bedeutet der Kühlsteuerungsvorgang
bei niedriger Außentemperatur
die Steuerung des Kühlvorgangs,
wenn die Außentemperatur
gering ist, beispielsweise in der Wintersaison.
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Hierbei
ist das Kühlmittel,
welches in der Klimaanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, ein nichtazeotropes Mischkühlmittel, das
durch Mischen mehrerer Kühlmittelmaterialien gebildet
ist, die sich in ihrem Siedepunkt unterscheiden. Beispielsweise
kann R407C als nichtazeotropes Mischkühlmittel verwendet werden.
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R407C
ist ein Dreikomponentenkühlmittel, bei
dem 52 Gew.-% R134a, 25 Gew.-% R125 und 23 Gew.-% R32 gemischt sind.
Die Siedepunkte der jeweiligen Kühlmittelmaterialien
sind wie folgt: R134a (-26 °C),
R125 (-48 °C)
und R32 (-52 °C).
Demgemäß verdampfen
R125 und R32 leichter, weil ihre Siedepunkte relativ niedrig sind,
und R134a verdampft schwerer, weil sein Siedepunkt relativ hoch
ist.
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In
dieser Ausführungsform
führte
die Steuerung 13 den folgenden Kühlsteuervorgang bei niedriger
Außentemperatur
bei Kühlbetrieb
durch, so dass das Kühlmittel
mit dem höheren
Siedepunkt (R134a) des nichtazeotropen Mischkühlmittels im Akkumulator 17 angesammelt
wird, während
das Kühlmittel
mit dem niedrigeren Siedepunkt (R125 und R32) des nichtazeotropen
Mischkühlmittels
in dem Kühlkreis 9 zirkuliert
werden, wodurch die Zusammensetzung des im Kühlkreis 9 zirkulierenden
Kühlmittels
variiert wird.
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Um
den Kühlsteuervorgang
bei niedriger Außentemperatur
durchzuführen,
ist ein Außentemperatursensor 24 vorgesehen,
um die Temperatur der Außenluft
zu erfassen, die am Außenwärmetauscher 19 angesaugt
wird (das heißt
die Außentemperatur), und
die so erfasste Temperatur der angesaugten Luft wird an der Steuerung 13 eingegeben.
Fer ner ist ein Innenwärmetauschertemperatursensor 27 vorgesehen,
um die Temperatur des Kühlmittels,
welches an der mittleren Position zwischen Einlass- und Auslassöffnungen
des Innenwärmetauschers 21 fließt, zu erfassen
(das heißt
die Kühlmitteltemperatur
des Innenwärmetauschers),
und die so erfasste Kühlmitteltemperatur
des Innenwärmetauschers
wird ebenfalls der Steuerung 13 eingegeben.
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Bei
Kühlbetrieb
führt die
Steuerung 13 den Kühlsteuerungsvorgang
bei niedriger Außentemperatur
wie in dem Flussdiagramm der 2 gezeigt durch.
Bei dem Kühlsteuervorgang
bei niedriger Außentemperatur
steuert die Steuerung 13 zunächst den Außentemperatursensor 24,
damit dieser die Außentemperatur
erfasst, wenn der Kühlbetrieb
gestartet wird (S1), und setzt die Anzahl der Umdrehungen des Außengebläses 20 auf
eine von mehreren Stufen (beispielsweise drei Stufen) in Übereinstimmung
mit der so erfassten Außentemperatur
(S2).
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Die
Anzahl der Umdrehungen des Außengebläses 20 wird
schrittweise auf "stark", "mittel" und "schwach" in absteigender
Reihenfolge der Gebläseintensität geschaltet.
Beispielsweise setzt die Steuerung 13 die Anzahl der Umdrehungen
des Außengebläses 20 auf "stark", wenn die Außentemperatur über 25 °C liegt,
auf "mittel", wenn die Außentemperatur
im Bereich von 7 °C
bis 25 °C
liegt, und auf "schwach", wenn die Außentemperatur
unter 7 °C liegt.
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Durch
Reduzieren der Anzahl der Umdrehungen des Außengebläses 20 bei niedrigerer
Außentemperatur
wird das Kühlmittel
in dem Außenwärmetauscher 19,
der als Kondensor dient, schwerer verdampft, und der Kühlmitteldruck
in dem Außenwärmetauscher 19 wird
erhöht
und es steigt auch die Kühlmitteltemperatur.
Als Ergebnis wird der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher 21,
der als Verdampfer dient, erhöht,
und es wird auch die Kühlmitteltemperatur
angehoben, wodurch das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher 21 unterdrückt wird.
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Darauf
folgend entscheidet die Steuerung 13, ob die Kühlmitteltemperatur
des Innenwärmetauschers,
die vom Temperatursensor 27 des Innenwärmetauschers erfasst wor den
ist, auf eine erste vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 1 °C) oder darunter
reduziert ist (S3). Wenn dies der Fall ist, erhöht die Steuerung 13 den
Ventilöffnungsgrad
des Expansionsventils 22 auf einen Wert höher als
den Normalwert (S4). Beispielsweise setzt die Steuerung 13 den Ventilöffnungsgrad
des Expansionsventils 22 auf 60 Schritte pro 30 Sekunden.
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Durch
Erhöhen
des Ventilöffnungsgrads
des Expansionsventils 22, das vorstehend beschrieben wurde,
wird die Menge des in dem Kühlkreis 9 zirkulierenden
Kühlmittels
erhöht,
und somit wird das Kühlmittelmaterial
(R134a) des nichtazeotropen Mischkühlmittels (R407C), welches
einen hohen Siedepunkt hat, das schwerer zu verdampfen ist, im Akkumulator 17 angesammelt,
während
die Kühlmittelmaterialien
(R125 und R32), die niedrigere Siedepunkte haben, welche leichter
verdampfen, in dem Kühlkreis 9 zirkuliert
werden. Demgemäß wird die Zusammensetzung
des im Kühlkreis 9 zirkulierenden Kühlmittels
variiert. Als Ergebnis wird die Verdampfung des Kühlmittels
im Innenwärmetauscher 21 unterstützt, und
der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher
wird erhöht,
wodurch das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher 21 unterdrückt wird.
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Ferner
senkt die Erhöhung
des Ventilöffnungsgrads
des Expansionsventils 22 den druckreduzierenden Pegel des
Kühlmittels
durch das Expansionsventil 22, so dass der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher 21 erhöht wird
und somit die Kühlmitteltemperatur
erhöht
wird, wodurch das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher 21 weiter
unterdrückt
werden kann.
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Darauf
folgend entscheidet die Steuerung 13, ob die Kühlmitteltemperatur
des Innenwärmetauschers,
welche vom Temperatursensor 27 des Innenwärmetauschers
erfasst worden ist, auf eine zweite vorbestimmte Temperatur (niedriger
als die erste vorbestimmte Temperatur) oder darunter weiter reduziert
ist (beispielsweise 0 °C
oder darunter) (S5). Wenn die Kühlmitteltemperatur
des Innenwärmetauschers
unter 0 °C
ist, steuert die Steuerung 13 die Erhöhung der Anzahl der Umdrehungen
des Innengebläses 23 (S6).
Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Innengebläses 23 auf die drei
Stufen "stark", "mittel" und "schwach" in der den Gebläsestrom
mindernden Reihenfolge eingestellt ist, setzt die Steuerung 13 die
Anzahl der Umdrehungen des Innengebläses 23 von "schwach" auf "mittel".
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Wenn
die Anzahl der Umdrehungen des Innengebläses 23 erhöht ist,
verdampft das Kühlmittel in
dem Innenwärmetauscher 21 wahrscheinlicher,
so dass der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher 21 erhöht wird
und die Kühlmitteltemperatur
erhöht
wird, wodurch das Auftreten von Vereisen des Innenwärmetauschers 21 unterdrückt wird.
Diese Vereisungsunterdrückungswirkung
unterstützt
ferner die Vereisungsunterdrückungswirkung,
die infolge der Wirkung der Änderung
der Zusammensetzung erzielt wird, dass das Hauptkühlmittel,
welches in dem Innenwärmetauscher 21 fließt, das
Kühlmittelmaterial
ist, welches die niedrigen Siedepunkte hat (R125 und R35).
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Daher
können
gemäß dieser
Ausführungsform
die folgenden Wirkungen erzielt werden.
- (1)
Im Kühlbetrieb
bei niedriger Außentemperatur wird
das Kühlmittel
mit dem hohen Siedepunkt in dem nichtazeotropen Mischkühlmittel
im Akkumulator 17 angesammelt, und das Kühlmittel
mit dem niedrigen Siedepunkt in dem nichtazeotropen Mischkühlmittel
wird im Kühlkreis
zirkuliert. Daher verdampft das Kühlmittel in dem Innenwärmetauscher,
der als Verdampfer bei Kühlbetrieb
dient, leichter und somit wird der Kühlmitteldruck in dem Innenwärmetauscher 21 erhöht, so dass
das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher 21 im
Kühlbetrieb
bei niedriger Außentemperatur
unterdrückt
werden kann. Demgemäß ist die
Häufigkeit,
mit der der Kompressor 16 gestoppt wird, weil der Innenwärmetauscher 21 bricht,
und das Brechen des Kompressors infolge von Flüssigkeitsrücklauf verhindert, wenn das
Auftreten von Vereisen reduziert werden kann. Selbst wenn irgendein
nichtazeotropes Mischkühlmittel
verwendet wird, kann daher der Kühlvorgang
fortlaufend durchgeführt
werden, selbst wenn die Außentemperatur
gering ist. Als Ergebnis kann eine stabile Kühlwirkung erzielt werden, und
es kann eine ausgezeichnete, komfortable Umgebung erzielt werden.
- (2) Wenn der Kühlvorgang
bei niedriger Außentemperatur
durchgeführt
wird, wird das Kühlmittel mit
dem hohen Siedepunkt in dem Akkumulator 17 gesammelt. Daher
ist keine Aufnahme, die zuvor vorgesehen worden ist, um zu vermeiden, dass
das Kühlmittel
im Akkumulator 17 gesammelt wird, erforderlich, und dies
ermöglicht
das Weglassen eines Druckreduziermechanismus, wie beispielsweise
eines Expansionsventils oder dergleichen, das zuvor in der Nachbarschaft
des Außenwärmetauschers 19 wegen
der Anordnung des Aufnahmebehälters
angeordnet war. Als Ergebnis kann der Kühlkreis 9 in seiner
Konstruktion vereinfacht werden, und es können die Kosten der Klimaanlage 10 gesenkt
werden.
- (3) Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Innengebläses 23 zum
Blasen von Luft auf den Innenwärmetauscher 21 erhöht ist,
verdampft das im Innenwärmetauscher 21 fließende Kühlmittel leichter,
so dass der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher 21 erhöht wird
und die Kühlmitteltemperatur
ebenfalls erhöht
wird. Als Ergebnis wird durch Zirkulieren des Kühlmittels mit dem niedrigen
Siedepunkt des nichtazeotropen Mischkühlmittels der Kühlmitteldruck
in dem Innenwärmetauscher 21 erhöht, wodurch
das Auftreten von Vereisen des Innenwärmetauschers 21 zusammen
mit der Wirkung (1) des Unterdrückens
des Auftretens von Vereisen im Innenwärmetauscher 21 noch
sicherer unterdrückt
werden kann.
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Wie
vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
in der Klimaanlage, in welcher das nichtazeotrope Mischkühlmittel
in dem Kühlkreis
zirkuliert wird, bei dem Kühlvorgang bei
niedriger Außentemperatur
das Kühlmittel
mit dem hohen Siedepunkt des nichtazeotropen Mischkühlmittels
im Akkumulator gesammelt werden, während das Kühlmittel mit dem niedrigen
Siedepunkt im Kühlkreis
zirkuliert wird, so dass das Auftreten von Vereisen am Innenwärmetauscher
im Kühlbetrieb
bei niedriger Außentemperatur
unterdrückt
werden kann und somit eine stabile Kühlwirkung selbst dann erzielt werden
kann, wenn ein nichtazeotropes Mischkühlmittel verwendet wird.
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3 ist
eine schematische Darstellung des Kühlkreises gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Klimaanlage der vorliegenden Erfindung. Der Kühlkreis gemäß 3 hat im
Wesentlichen die gleiche Konstruktion wie bei der ersten Ausführungsform,
und es werden nur die unterschiedlichen Punkte beschrieben. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und deren Beschreibung
wird weggelassen.
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Bei
dieser Ausführungsform
stellt bei Heizbetrieb die Steuerung 13 den Ventilöffnungsgrad
des Expansionsventils 22 wie später beschrieben ein, um einen
Steuervorgang der ausgegebenen Kühlmitteltemperatur
durchzuführen.
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Das
heißt,
bei Heizbetrieb führt
die Steuerung 13 den folgenden Steuervorgang der ausgegebenen
Kühlmitteltemperatur
durch, um das Kühlmittel (R134a)
mit dem hohen Siedepunkt des nichtazeotropen Mischkühlmittels
im Akkumulator zu sammeln und das Kühlmittel mit dem niedrigen
Siedepunkt (R125 und R32) im Kühlkreis 9 zu
zirkulieren, wodurch die Zusammensetzung des im Kühlkreis 9 zirkulierenden
Kühlmittels
variiert wird.
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Um
den Steuerungsvorgang der ausgegebenen Kühlmitteltemperatur durchzuführen, wird
die Temperatur der am Innenwärmetauscher 21 angesaugten
Luft (das heißt
die Raumtemperatur) durch einen Raumtemperatursensor 28 erfasst,
und die so erfasste Temperatur der angesaugten Luft wird der Steuerung 13 eingegeben.
Ferner wird die Temperatur des am Kompressor 16 ausgegebenen
Kältemittels
(das heißt
die tatsächlich
ausgegebene Kältemitteltemperatur)
durch den Temperatursensor 25 des ausgegebenen Kältemittels
erfasst, und die so erfasste tatsächliche ausgegebene Kältemitteltemperatur
wird der Steuerung 13 eingegeben. Weiterhin wird die Temperatur
des Kältemittels,
welches an der mittleren Position zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen
des Außenwärmetauschers 19 fließt (das heißt die Kältemitteltemperatur
des Außenwärmetauschers)
durch einen Außenwärmetauschertemperatursensor 26 erfasst,
und die so erfasste Außenwärmetauscherkältemitteltemperatur
wird der Steuerung 13 eingegeben. Zusätzlich wird die Temperatur
des Kühlmittels,
welches an der mittleren Position zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen
des Innenwärmetauschers 21 fließt (das
heißt die
Innenwärmetauscherkühlmitteltemperatur),
von einem Innenwärmetauschertemperatursensor 27 erfasst,
und die so erfasste Innenwärmetauscherkühlmitteltemperatur wird
an der Steuerung 13 eingegeben.
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Die
Steuerung 13 führt
beim Heizbetrieb den folgenden Temperatursteuervorgang des ausgegebenen
Kühlmittels
durch. Wie in dem Flussdiagramm der 4 gezeigt,
erfasst die Steuerung 13 zuerst die Raumtemperatur unter
Verwendung des Raumtemperatursensors für eine vorbestimmte Zeit (beispielsweise
mehrere Minuten) nach dem Starten des Heizbetriebs (S11) und setzt
den Ventilöffnungsgrad des
Expansionsventils 22 auf einen feststehenden Öffnungsgrad,
der auf der Basis der Raumtemperatur bestimmt wird, die von dem
Raumtemperatursensor 28 erfasst wurde (S12).
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Der
feststehende Öffnungsgrad
ist so bestimmt, dass das Kühlmittel
mit dem hohen Siedepunkt (R134a) in dem nichtazeotropen Mischkühlmittel
im Akkumulator 17 gesammelt wird. Wenn daher das Expansionsventil 22 auf
den festliegenden Öffnungsgrad
eingestellt ist, wird das Kühlmittel,
welches den hohen Siedepunkt (R134a) hat, welches schwerer verdampft,
im Akkumulator 17 gesammelt, und das Kühlmittel mit dem niedrigen
Siedepunkt (R125 und R32), das leichter verdampft, wird im Kühlkreis 9 zirkuliert,
so dass die Zusammensetzung des im Kühlkreis 9 zirkulierenden
Kühlmittels
variiert ist.
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Wenn
zu diesem Zeitpunkt eine eingebaute Betriebszeituhr (nicht dargestellt)
der Steuerung 13 den Ablauf der vorstehend angegebenen,
vorbestimmten Zeit (mehrere Minuten) nach dem Start des Heizvorgangs
detektiert (S13), detektiert die Steuerung 13 darauf folgend
die Temperatur des Kühlmittels,
das am Kompressor 16 ausgegeben wird, durch den Temperatursensor 25 des
ausgegebenen Kühlmittels
und vergleicht die so erfasste, tatsächliche ausgegebene Kühlmitteltemperatur
mit einer ausgegebenen Zielkühlmitteltemperatur
(S14).
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Die
ausgegebene Zielkühlmitteltemperatur wird
auf der Basis der Berechnung einer Gleichung bestimmt unter Verwendung
der Außenwärmetauscherkühlmitteltemperatur, die
durch den Außenwärmetauschertemperatursensor 26 erfasst
worden ist, und der Innenwärmetauscherkühlmitteltemperatur, die
vom Innenwärmetauschertemperatursensor 27 erfasst
worden ist, als Parameter. Die ausgegebene Zielkühlmitteltemperatur ist so gesetzt,
dass R134a fortlaufend im Akkumulator 17 angesammelt wird, beispielsweise
ist der Grad der Überhitzung
SH des Ansaugens des Kompressors 16 auf -1 °C eingestellt.
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Wenn
darauf folgend im Schritt S14 entschieden wird, dass die tatsächlich entladene
Kühlmitteltemperatur
niedriger als die entladene Zielkühlmitteltemperatur ist (7A
im Schritt S14), verringert die Steuerung 13 den Ventilöffnungsgrad
des Expansionsventils 22, um die Menge des im Kühlkreis 9 zirkulierenden
Kühlmittels
zu verringern (S15). Wenn andererseits im Schritt S14 entschieden
wird, dass die tatsächlich
entladene Kühlmitteltemperatur
nicht niedriger als die entladene Zielkühlmitteltemperatur ist (NEIN
im Schritt S14), erhöht
die Steuerung 13 den Ventilöffnungsgrad des Expansionsventils 22, um
die im Kühlkreis 9 zirkulierende
Kühlmittelmenge zu
erhöhen
(Schritt S16). Durch diesen Vorgang wird R134a im Akkumulator gesammelt,
während
R125 und R32 im Kühlkreis 9 zirkuliert
werden.
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Durch
diesen ausgegebenen Kühlmitteltemperatursteuervorgang
variiert das im Kühlkreis 9 zirkulierende
Kühlmittel
in seiner Zusammensetzung (d. h., das Kühlmittel, welches R134a, R125
und R32 enthält,
wird so variiert, dass das Kühlmittel
R125 und R32 enthält),
und somit wird das Kühlmittel
im Außenwärmetauscher 19,
der beim Heizvorgang als Verdampfer dient, leichter verdampft als
verglichen mit R407C, das R134a, R125 und R32 enthält, das heißt bevor
die Zusammensetzung des Kühlmittels variiert
wurde. Daher wird der Kühlmitteldruck
im Außenwärmetauscher 19 erhöht und somit
kann das Auftreten von Eis am Außenwärmetauscher 19 unterdrückt werden.
Gleichzeitig wird bei dem Kühlmittel nach
der Änderung
der Zusammensetzung der Kühlmitteldruck
im Innenwärmetauscher 21,
der als Kondensor dient, auf einen Wert erhöht, der höher als derjenige vor der Änderung
der Zusammensetzung ist, so dass die Heizleistung des Innenwärmetauschers 21 verbessert
ist.
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Demgemäß werden
gemäß dieser
Ausführungsform
die folgenden Wirkungen (1) und (2) erzielt.
- (1)
Bei dem Heizvorgang wird das Kühlmittel,
das in dem nichtazeotropen Mischkühlmittel (R407C) den hohen
Siedepunkt hat (R134a), im Akkumulator 17 gesammelt, und
das Kühlmittel
mit dem niedrigen Siedepunkt (R125 und R32) wird im Kühlkreis 9 zirkuliert.
Daher verdampft das Kühlmittel
in dem Außenwärmetauscher 19,
der als Verdampfer dient, während
des Heizvorgangs leichter, und somit wird der Kühlmitteldruck im Außenwärmetauscher 19 erhöht, wodurch
das Auftreten von Eis im Außenwärmetauscher 19 verhindert
wird. Daher kann das Verhältnis
von Abtauzeit zu Gesamtheizbetrieb reduziert werden. Da ferner das
Kühlmittel,
welches das niedrig siedende Kühlmittel
hat, im Kühlkreis 9 während des Heizbetriebs
zirkuliert wird, kann der Kühlmitteldruck
im Innenwärmetauscher 21,
der als der Kondensor dient, erhöht
werden, und somit wird die Heizleistung des Innenwärmetauschers 21 verbessert.
Als Ergebnis kann die Gesamtheizleistung der Klimaanlage 10 im
Heizbetrieb verbessert werden.
- (2) Im Heizbetrieb wird das Kühlmittel mit dem hohen Siedepunkt
(R134a) im Akkumulator 17 gesammelt, und somit ist kein
irgendwie gearteter Aufnahmebehälter,
der bis dato vorgesehen wurde, um zu vermeiden, dass das Kühlmittel
im Akkumulator 17 gesammelt wird, erforderlich. Zusätzlich ist
jeglicher druckreduzierende Mechanismus (beispielsweise Expansionsventil),
der zuvor in der Nachbarschaft des Außenwärmetauschers 19 infolge
der Montage des Aufnahmebehälters angeordnet
wurde, nicht erforderlich. Daher kann der Kühlkreis 9 in seiner
Konstruktion vereinfacht sein, und es können die Kosten der Klimaanlage 10 gesenkt
werden.