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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Bereich
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage mit einem
Kompressor mit variabler Kapazität,
in dem die Kühlmittelausströmleistung
variabel ist, und auf ein Verfahren zum Treiben der Klimaanlage
und insbesondere auf eine Klimaanlage, die eine Kühlmittelmischung
verwendet, die mindestens zwei Arten von Kühlmitteln aufweist, die verschiedene
Charakteristiken aufweisen, und ein Verfahren zum Treiben der Klimaanlage.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Allgemein
weist eine Klimaanlage einen Kühlmittelkreis
auf, der durch Verbinden eines Kompressors, eines Vierwege-Wechselventils,
eines Verdichters, einer Expansionsvorrichtung (Druckverringerungsvorrichtung)
und eines Verdampfers über eine
Kühlmittelleitung
gebildet wird, und das Kühlmittel
wird in dem Kühlmittelkreis
zirkuliert, um einen Kühl/Heizbetrieb
durchzuführen.
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Während der
Zirkulation wird das Kühlmittel durch
den Kompressor verdichtet und aus dem Kompressor ausgeströmt, um,
wie oben beschrieben, in dem Kühlmittelkreis
zirkuliert zu werden, so dass ein vorbestimmter Kühlmitteldruck
in dem Kühlmittelkreis hergestellt
wird. Der Kühlmittelkreis
ist so aufgebaut, dass er aus Sicherheitsgesichtspunkten einen genügenden mechanischen
Widerstand gegen diesen vorbestimmten Kühlmitteldruck auf weist. Wenn
allerdings die Außenlufttemperatur
auf einen unerwarteten Wert ansteigt, kann der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis
anomal auf einen Wert ansteigen, der sich auf einem Wert über dem
maximal erlaubten Wert befindet, der unter Berücksichtigung der verschiedenen
externen Umgebungseinwirkungen bestimmt wird. In diesem Fall ist
der Kühlmittelkreis
dafür anfällig, beschädigt oder
zerstört
zu werden. Daher wird der Betrieb des Kompressors in dem Kühlmittelkreis
angehalten, um den anomalen Anstieg des Kühlmitteldrucks in dem Kühlmittelkreis
zu verhindern.
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Weiterhin
sind Materialien wie z. B. R-12 usw., die Chlorgruppen enthalten,
bis jetzt als das Kühlmittel
verwendet worden, das in den Kühlmittelkreis
eingefüllt
wird. Allerdings können
solche Materialien die Ozonschicht über dem Land zerstören. Daher
werden aus Umweltschutzgründen
anstelle dieser Materialien R-22 (Chlordifluormethan), das einen geringeren
Betrag von Chlorgruppen aufweist, R-32 (Difluormethan), R-125 (Pentafluorethan)
oder R-134a (Tetrafluorethan), die keine Chlorgruppen aufweisen,
oder eine Mischung dieser Materialien (im Nachfolgenden als "Fluorkohlenwasserstoff-basiertes
Kühlmittel" bezeichnet) seit
Neuerem als Ersatzkühlmittel
verwendet.
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Im
Vergleich mit einer Situation, bei der ein einzelnes Kühlmittel
(z. B. R-22) verwendet wird, wird der Betriebsdruck in einer Situation
höher,
bei der ein Fluorkohlenwasserstoffbasiertes Kühlmittel als Kühlmittel
verwendet wird. Dieses Phänomen
ist spezifisch für
das Kühlmittelgemisch,
und der Kühlmittelkreis
ist dafür
anfällig,
dass ein anomaler Druck auftritt. Wenn eine Kühlmittelmischung verwendet
wird, steigt z. B. der Kühlmitteldruck
auf das ungefähr 1,5-fache
wie in dem Fall des einzelnen Kühlmittels an.
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In
der
US 4,831,836 A ist
eine Klimaanlage offenbart, die einen Mehrfachkühlkreis mit einem Strom- oder
Drucksensor aufweist. Die Antriebsleistung des Kompressors wird
entsprechend der Klimaanlagenlast gesteuert. Die Klimaanlage enthält Mittel zur
Verringerung der Antriebsleistung, wenn der Druck in dem Kühlmittelkreis
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Wenn
das Fluorkohlenwasserstoff-basierte Kühlmittel, das normalerweise
während
des Betriebes einen hohen Druck aufweist, als Kühlmittel in einem herkömmlichen
Kühlmittelkreis
(eine Kühlmittelleitung,
eine Kühlmittelvorrichtung
usw.) verwendet wird, kann der Kühlmittelkreis
zerstört
werden, wenn er ohne Gegenmaßnahme
benutzt wird. Um zu verhindern, dass der Kühlmittelkreis zerstört wird,
muss daher der Betrieb des Kompressors wie oben beschrieben angehalten
werden.
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Wenn
allerdings der Kompressor während des
Betriebes angehalten wird, wird die Antriebsleistung der Klimaanlage
unterbrochen oder verringert. Insbesondere wenn eine Kühlmittelmischung
verwendet wird, wird der Betrieb des Kompressors häufiger angehalten,
und somit muss der Betrieb der Klimaanlage selbst häufiger angehalten
werden. Dies ist lästig
für die
Benutzung.
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Weiterhin
muss der Druckwiderstand des Kühlmittelkreises
erneut berücksichtigt
werden. Um den Druckwiderstand des Kühlmittelkreises erneut zu berücksichtigen,
muss allerdings die mechanische Stärke jedes Elements, wie z.
B. der Kühlmittelleitung,
der Kühlmittelvorrichtung
usw., verändert
werden, und insbesondere muss die Kühlmittelleitung mit einer größeren Dicke
entworfen werden, so dass das Gewicht und die Größe des Kühlmittelkreises ansteigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage bereitzustellen,
die das Auftreten eines anomalen hohen Druckes in einem Kühlmittelkreis
verhindern kann und die auch eine Verringerung in der Antriebsleistung
mit einem einfachen Aufbau verhindern kann, und ein Verfahren zur
Steuerung des Antriebs der Klimaanlage bereitzustellen.
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Diese
und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine
Klimaanlage nach dem unabhängigen
Anspruch 1 und ein Steuerungsverfahren nach dem unabhängigen Anspruch
4 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
behandeln vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung.
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Wenn
der Kühlmitteldruck
des Kühlmittelkreises
höher als
der erste Druckwert ist, wird nach der oben beschriebenen Klimaanlage
der Kompressor mit einer Antriebsleistung betrieben, die geringer
als die aktuelle Antriebsleistung ist. Wenn der Kühlmitteldruck
in der Kühlmittelleitung
den zweiten Druckwert übersteigt,
der geringer als der erste Druckwert ist, wird zusätzlich durch
die zweiten Korrekturmittel verhindert, dass die aktuelle Antriebsleistung
ansteigt. Dementsprechend wird in dem Bereich von dem ersten Druckwert
zu dem zweiten Druckwert verhindert, dass die Antriebsleistung des
Kompressors weiter ansteigt, und gleichzeitig wird die Antriebsleistung des
Kompressors gehalten, um nicht verringert zu werden, wodurch das
Auftreten eines anomalen hohen Druckes in dem Kühlmittelkreis verhindert wird.
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Bei
dieser Klimaanlage wird der zweite Druckwert auf einen Wert eingestellt,
der um einen Betrag, der 2 % bis 3 % des ersten Druckwertes entspricht,
geringer als der erste Druckwert ist.
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Dieses
Verhältnis
(von 2 % bis 3%) wird aus den folgenden Gründen bestimmt. Wenn die Verringerungsrate
weniger als 2 % beträgt,
würde der
Kühlmitteldruck
in dem Kühlmittelkreis
den ersten Druckwert übersteigen,
selbst wenn der Betrieb zur Verhinderung des Druckanstieges durchgeführt wird,
da ein Druckdetektor den Druck mit einer Zeitverzögerung erfasst.
Wenn andererseits die Verringerungsrate mehr als 3 % beträgt, ist
der Betrieb des Kompressors dafür
anfällig,
begrenzt zu werden, und somit kann die Antriebsleistung nicht effektiv
gehalten werden. Zusätzlich
ist von dem Gesichtspunkt der Position des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreis
das Verhältnis
(2 % bis 3 %) bevorzugt, um eine komfortable Klimatisierung mit
der Klimaanlage zu erreichen.
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Ein
Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage nach der vorliegenden
Erfindung enthält
den Schritt des Korrigierens des Antriebsleistungssignals, um zu
verhindern, dass die An triebsleistung weiter ansteigt, wenn der
Kühlmitteldruck
in dem Kühlmittelkreis
einen zweiten Druckwert übersteigt, der
geringer als der erste Druckwert ist.
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In
dem Bereich von dem ersten Druckwert bis zu dem zweiten Druckwert
wird nach diesem Steuerverfahren verhindert, dass die Antriebsleistung
des Kompressors weiter ansteigt, und gleichzeitig wird die Antriebsleistung
des Kompressors gehalten, um nicht verringert zu werden, wodurch
das Auftreten eines anomalen hohen Druckes in dem Kühlmittelkreis
verhindert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Darstellung, die eine Klimaanlage nach einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Kühlmittelkreisdiagramm
der in 1 gezeigten Klimaanlage.
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3 ist
ein Steuerschaltdiagramm der in 1 gezeigten
Klimaanlage.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das einen Hauptsteuerbetrieb eines Inverters
zeigt, der für
die in 1 gezeigte Klimaanlage benutzt wird.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das ein Hauptantriebssteuerverfahren für die in 1 gezeigte
Klimaanlage zeigt.
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6 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem erfassten Druck und
der Steuerung der Antriebsdrehzahl zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung, die eine allgemeine Hausklimaanlage
zeigt. Diese Art von Klimaanlage enthält eine nutzerseitige Einheit
A (Inneneinheit), die in einem Raum angebracht ist, und eine wärmequellenseitige
Einheit B (Außeneinheit),
die außen angebracht
ist, und diese Inneneinheit und Außeneinheit A und B sind miteinander über eine
Kühlmittelleitung 300 verbunden.
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2 ist
ein Kühlmitteldiagramm,
das einen Kühlzyklus
der in 1 gezeigten Klimaanlage zeigt.
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Die
Bezugsziffer 1 bezeichnet einen Inverterkompressor (Kompressor
mit variabler Kapazität), der
einen Motorbereich und einen Kompressorbereich enthält, der
durch den Motorbereich getrieben wird. Der Inverterkompressor wird
einer Drehzahlsteuerung durch eine Inverterschaltung unterworfen, die
später
beschrieben wird. Ein Spannungs-Steuerverfahren mit Verwendung eines
Gleichstrommotors oder ein Ausströmbetrag-Steuerverfahren mit
Verwendung eines Entladeventils kann als eine andere Steuerweise
mit variabler Kapazität
für den
Kompressor verwendet werden. Ein nicht gezeigter Schalldämpfer ist
vorgesehen, um Vibrationen/Geräusche
aufgrund der Pulsationen des Kühlmittels
zu unterdrücken,
das von dem Inverterkompressor 1 (im Nachfolgenden als "Kompressor" bezeichnet) ausgeströmt wird.
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Die
Bezugsziffer 3 bezeichnet ein Vierwege-Wechselventil zum
Schalten einer Kühlmittelflussrichtung
unter Kühl-/Heizbetrieb,
die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Wärmetauscher an der Außeneinheit
(Außenwärmetauscher),
die Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Kapillare, die Bezugsziffer 6 bezeichnet ein
Siebfilter, die Bezugsziffer 7 bezeichnet einen Wärmetauscher
an der Inneneinheit (Innenwärmetauscher),
die Bezugziffer 8 bezeichnet einen Schalldämpfer, die
Bezugziffer 9 bezeichnet einen Akkumulator, und die Bezugziffer 10 bezeichnet
ein elektromagnetisches Öffnungs-/Schließventil.
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Weiterhin
sind auf der Ausströmseite
des Kompressors 1 Drucksensoren 2 angebracht,
die als Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Ausströmens oder
des Zirkulationsdruckes des Kühlmittels dienen
und die jeweils für
den Kühl-
und den Heizbetrieb benutzt werden. Die Drucksensoren 2 werden dazu
benutzt, einen anomalen hohen Druck in dem Kühlmittelkreis zu erfassen,
und sie sind jeweils an der Vorderseite und der Rückseite
der Kapillare angebracht. Die Drucksensoren 2 sind jeweils
mit einem Mikrocomputer 41 verbunden, der als Steuerung
dient, und geben ein Erfassungssignal an den Mikrocomputer 41 aus.
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Jeder
Drucksensor 2 kann so konstruiert sein, dass er den Kühlmitteldruck
immer erfasst oder dass er den Kühlmitteldruck
zu jeder Zeit erfasst, zu dem er eine Erfassungsanweisung empfängt, die
zu jeder vorbestimmten Zeit von dem Mikrocomputer 41 ausgegeben
wird.
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Nach
dem so konstruierten Kühlmittelkreis wird
die Flussrichtung des Kühlmittels,
das von dem Kompressor 1 ausgeströmt wird, selektiv auf eine
der drei Moden (Richtungen) in Übereinstimmung
mit der Schaltposition des Vierwege-Wechselventils 3 und dem
geöffneten/geschlossenen
Zustand des elektromagnetischen Ventils 10 eingestellt,
wie durch einen durchgezogenen Pfeil (Kühlbetrieb), einen strichpunktierten
Pfeil (Heizbetrieb) und einen durchgezogenen Pfeil mit einem Kreis
(Auftaubetrieb) dargestellt ist.
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Bei
dem Kühlbetrieb
dient der Außenwärmetauscher 4 an
der Wärmequellenseite
als Verdichter, während
der Innenwärmetauscher 7 an
der Benutzerseite als Verdampfer dient. Andererseits dient bei dem
Heizbetrieb der benutzerseitige Wärmetauscher 7 als
Verdichter, während
der Wärmetauscher 4 an der
Wärmequellenseite
als Verdampfer dient. Weiterhin wird bei dem Auftaubetrieb (unter
dem Heizbetrieb) ein Teil des Hochtemperaturkühlmittels, das von dem Kompressor 1 ausgeströmt wird,
direkt dem Wärmetauscher 4 an
der Wärmequellenseite
zugeführt,
so dass die Temperatur des Wärmetauschers 4 an
der Wärmequellenseite
erhöht
wird, um somit den Wärmetauscher 4 aufzutauen.
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Wenn
der Auftaubetrieb nicht genügend durchgeführt wird
(insbesondere wenn die Außentemperatur
sehr niedrig ist), wird der Auftaubetrieb durch einen invertierten
Zyklusauftaubetrieb erzwungen (Fluss wie durch den durchgezogenen
Pfeil angezeigt).
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3 ist
ein Diagramm, das eine Steuerschaltung für die Klimaanlage zeigt. Die
linke Seite hinsichtlich der strichpunktierten Linie in der Mitte
von 3 zeigt eine Steuerschaltung der Inneneinheit
A, und die rechte Seite zeigt eine Steuerschaltung der Außen enheit
B. Beide Steuerschaltungen sind miteinander über eine Stromleitung und eine
Steuersignalleitung 200 verbunden.
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In
der Inneneinheit A sind eine Leistungszufuhrschaltung 12 für einen
Motor, eine Leistungszufuhrschaltung 13 für die Steuerung,
eine Motortreiberschaltung 15, eine Schalttafel 17,
eine Empfangsschaltung 18a, eine Anzeigetafel 18 und
ein Ventilmotor 19 vorgesehen.
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Eine
Gleichrichterschaltung 11 dient dazu, eine 100 Volt Wechselspannung
gleichzurichten, die von einem Stecker 10a zugeführt wird.
Die Motorleistungszuführschaltung 12 stellt
eine Gleichspannung, die einen Gleichstromventilatormotor 16 zugeführt wird,
auf 10 bis 36 Volt ein. Der Gleichstromventilatormotor 16 dient
dazu, die Luft in den Raum ausströmen zu lassen, die in Übereinstimmung
mit einem Signal klimatisiert wurde, das von dem Mikrocomputer 14 übermittelt
wurde.
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Die
Steuerleistungszufuhrschaltung 13 erzeugt eine Gleichspannung
von 5 Volt, die dem Mikrocomputer 14 zuzuführen ist.
In Abhängigkeit
von dem Signal des Mikrocomputers 14 steuert die Motortreiberschaltung 15 einen
Leistungszufuhrzeitpunkt, zu dem die Leistung (der Strom) den Wicklungen
eines Stators basierend auf den Positionsinformationen der Drehzahl
des Gleichstromventilatormotors 16 zugeführt wird.
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Die
Schalttafel 17 ist an einem Bedienfeld der Einheit A an
der Benutzerseite angebracht, und sie weist einen Ein-/Ausschalter,
einen Probebetriebsschalter usw. auf. Die Empfangsschaltung 18a empfängt von
einer drahtlosen Fernsteuerung 60 ein Fernsteuersignal
(z. B. ein Ein-/Aussignal, ein Schaltsignal zum Kühlen/Heizen,
ein Einstellsignal der Zimmertemperatur). Die Anzeigetafel 18 zeigt
den Antriebszustand der Klimaanlage an. Der Klappenmotor 19 dient
dazu, die Klappe zu bewegen, um die Ausströmrichtung der gekühlten/erwärmten Luft
zu verändern.
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Die
Steuerschaltung der Inneneinheit A enthält einen Raumtemperatursensor 20 zur
Erfassung der Raumtemperatur, einen Wärmetauschertemperatursensor 21 zur
Erfassung der Temperatur des Wärmetauschers
an der Benutzerseite und einen Feuchtigkeitssensor 22 zur
Erfassung der Feuchtigkeit im Innenraum. Die erfassten Werte, die
durch diese Sensoren erfasst wurden, werden einer Analog/Digitalumwandlung
unterworfen und dann dem Mikrocomputer 14 eingegeben.
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Das
Steuersignal von dem Mikrocomputer 14 wird über eine
Reihenschaltung 23 und eine Anschlussplatte T3 an die Einheit
B auf der Wärmequellenseite
(Außeneinheit) übermittelt.
Ein TRIAC (Triodenwechselstromschalter) 26 und ein Heiz-Relais 27 werden über einen
Treiber 24 durch den Mikrocomputer 14 gesteuert,
um schrittweise die Leistung einzustellen, die an einen Nachwärmerhitzer 25 zuzuführen ist,
der für
einen Trockenbetrieb benutzt wird.
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Die
Bezugsziffer 30 bezeichnet ein externes ROM zur Speicherung
der spezifischen Daten, die diesen Typ und die Charakteristiken
der Klimaanlage darstellen. Diese spezifischen Daten werden aus dem
externen ROM 30, kurz nachdem der Hauptschalter eingeschaltet
wurde, ausgelesen, und der Betrieb wird angehalten. Wenn der Hauptschalter eingeschaltet
wird, wird weder ein Befehl von der drahtlosen Fernsteuerung eingegeben,
noch wird die Erfassung des Zustands des Ein-/Ausschalters oder des
Probebetriebschalters (deren Betrieb wird später beschrieben) durchgeführt, wenn
nicht das Auslesen der spezifischen Daten aus dem externen ROM 30 beendet
ist.
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Als
Nächstes
wird die Steuerschaltung der Einheit B der Wärmequellenseite (Außeneinheit)
beschrieben.
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Bei
der Einheit B der Wärmequellenseite sind
jeweils Anschlussplatten T'1,
T'2 und T'3 mit den Anschlussplatten
T1, T2 und T3 verbunden, die an der Einheit A auf der Benutzerseite
angebracht sind. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet einen Varistor,
der mit den Anschlussplatten T'1
und T'2 parallel
geschaltet ist, die Bezugsziffer 32 bezeichnet einen Rauschfilter, die
Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Drossel, die Bezugsziffer 35 bezeichnet
eine Spannungsdoppelgleichrichtschaltung zur Verdoppelung einer
Eingabespannung und die Bezugsziffer 36 bezeichnet ein Rauschfilter.
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Die
Bezugsziffer 39 bezeichnet eine Reihenschaltung zur Umwandlung
des Steuersignals, das von der Einheit A der Benutzerseite über die
Anschlussplatte T'3
zugeführt
wird, und das umgewandelte Signal wird an den Mikrocomputer 41 übermittelt.
Die Bezugsziffer 40 bezeichnet einen Stromdetektor zur
Erfassung des Stroms, der zu einer Last in einem Stromwandler (CT) 33 der
Einheit B der Wärmequellenseite
zugeführt
wird, und er dient dazu, den erfassten Strom auf eine Gleichspannung
gleichzurichten und die Gleichspannung dem Mikrocomputer 41 zuzuführen. Die
Bezugsziffer 41 bezeichnet einen Mikrocomputer, die Bezugsziffer 42 bezeichnet eine
Schaltleistungszufuhrschaltung zur Erzeugung einer Betriebsleistung
für den
Mikrocomputer 41, und die Bezugsziffer 38 bezeichnet
eine Motortreiberschaltung, in der basierend auf dem Steuersignal
von dem Mikrocomputer 41 eine PWM-Steuerung der Leistung
durchgeführt
wird, die einem Kompressormotor zuzuführen ist, wie später beschrieben
wird. Die Motortreiberschaltung 38 bildet eine so genannte Invertereinheit,
die sechs Leistungstransistoren aufweist, die miteinander in der
Form einer Dreiphasenbrücke
verbunden sind.
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Die
Bezugsziffer 43 bezeichnet einen Kompressormotor zum Treiben
des Kompressors 1 des Kühlkreises,
und die Bezugsziffer 44 bezeichnet einen Temperatursensor
der Ausströmseite
zur Erfassung der Temperatur des Kühlmittels auf der Ausströmseite des
Kompressors. Die Bezugsziffer 45 bezeichnet einen Ventilatormotor,
dessen Drehzahl in drei Stufen (Pegeln) gesteuert wird und der dazu dient,
die Luft aus dem Außenwärmetauscher
ausströmen
zu lassen. Das Vierwege-Wechselventil 3 und das elektromagnetische
Ventil 10 dienen dazu, den Kühlmitteldurchgang in dem Kühlmittelkreis
zu schalten. In der Einheit B der Wärmequellenseite ist ein Außenluft-Temperatursensor 48 zur
Erfassung der Außenlufttemperatur
in der Nähe
des Lufteinlasses angebracht, und ein Außenwärmetauschertemperatursensor 49 zur
Erfassung der Temperatur des Außenwärmetauschers
ist auch angebracht. In diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin
ein Drucksensor 2 zur Erfassung des Kühlmitteldruckes auf der Ausströmseite dieses
Kompressors 1 angebracht. Die Erfassungswerte, die durch
die Temperatursensoren 48 und 49 und den Drucksensor 2 erhalten werden,
werden einer A-/D-Wandlung unterworfen und dann dem Mikrocomputer 41 eingegeben.
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Die
Bezugsziffer 50 bezeichnet ein externes ROM mit derselben
Funktion wie das externe ROM 30 der Einheit A der Benutzerseite.
Die spezifischen Daten der Einheit B der Wärmequellenseite (Außeneinheit)
enthalten einen ersten Druckwert P1, der benutzt wird, um eine Druckanstiegshemmzone
zu bestimmen, wenn die Treiberdrehzahl des Kompressors wie später beschrieben
gesteuert wird, und einen zweiten Druckwert P2, der niedriger als
der erste Druckwert ist. Das externe ROM 50 speichert auch eine
vorbestimmte Druckabfallrate, mit der der Druckwert des Kühlmittels
in einer Druckabfallzone verringert wird, in der sich der Kühlmitteldruck über dem
Druck P1 befindet, und es bildet ein Drehzahlsteuermittel zur Steuerung
der Motortreiberschaltung 38 über den Mikrocomputer 41.
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Das
Symbol F bei jeder der Steuerschaltungen der Einheit B der Wärmequellenseite
und der Einheit A der Benutzerseite stellt eine Sicherung dar.
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Der
Mikrocomputer (die Steuerschaltung) 14 (41) enthält ein ROM,
in dem Programme zuvor gespeichert werden, ein RAM, in dem Bezugsdaten
gespeichert werden, und eine CPU zur Ausführung der Programme, wobei
diese Bauelemente auf demselben Chip angebracht sind (z. B. 87C196
MC (MCS-96 Serie), der von INTEL vertrieben wird).
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Als
Nächstes
wird das Kühlmittel
beschrieben.
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Nach
diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Kühlmittel
geeignet, das einen hohen Druck im Betrieb aufweist, und eine Kühlmittelmischung
wird verwendet. Zum Beispiel kann R-410A oder R-410B verwendet werden.
R-410A ist ein Kühlmittelgemisch
eines Zweikomponenten-Systems, und es wird aus 50 Gew.-% R-32 und
50 Gew.-% R-125 gebildet. R-410A hat einen Siedepunkt von –52,2 °C und einen Taupunkt
von –52,2 °C. R-410B
wird aus 45 Gew.-% R-32 und 55 Gew.-% R-125 gebildet. Bei einem
Vergleichstest für
beide oben beschriebene Zweikomponenten-Kühlgemische und einem herkömmlichen einzelnen
Kühlmittel
(z. B. HCFC-22) unter denselben Bedingungen war die Ausströmtemperatur
des Kompressors gleich 66,0 °C
für HCFC-22
und 73,6 °C
für R-140A,
und war der Kondensationsdruck 17,35 Bar für HCFC-22 und 27,30 Bar für R-410A. Weiter hin
war der Dampfdruck 6,79 Bar für
HCFC-22 und 10,86 Bar für
R-410A. Kurzum weist das Zweikomponenten-Kühlmittelgemisch eine höhere Temperatur
und einen höheren
Druck als das einzelne Kühlmittel
(HCFC-22) in dem gesamten Kühlkreis auf.
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Wenn
ein azeotropes Kühlmittelgemisch
von R-110A und R-110B verwendet wird, variiert andererseits die
Kühlmittelzusammensetzung
weniger, da beide Kühlmittelkomponenten
nahe beieinander liegende Siedepunkte aufweisen und es somit unnötig ist,
ein Temperaturverschiebungsproblem aufgrund der Variation der Kühlmittelzusammensetzung
zu berücksichtigen.
Daher kann die Steuerung des Kühlmittels
im Betrieb einfach durchgeführt
werden.
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Als
Nächstes
wird der Betrieb der Klimaanlage nach diesem Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Bei
dem Kühlbetrieb,
wie er durch einen Pfeil mit durchgezogener Linie in 2 angezeigt
ist, wird das Kühlmittel,
das aus dem Kompressor 1 strömt, in dem Kühlmittelkreis
nacheinander in dem Schalldämpfer 2,
dem Vierwege-Wechselventil 3, dem Wärmetauscher auf der Wärmequellenseite
(Außenwärmetauscher) 4,
der Kapillare 5, die als Drosselorgan dient, dem Siebfilter 6,
dem Wärmetauscher
auf der Benutzerseite (Innenwärmetauscher) 7,
dem Schalldämpfer 8,
dem Vierwege-Wechselventil 3 und dem Akkumulator 9 zirkuliert.
Der Innenwärmetauscher 7 dient
als Verdampfer, und der Druck des Kühlmittels wird durch die Kapillare 5 verringert.
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Bei
dem Heizbetrieb, wie er durch einen Pfeil mit unterbrochener Linie
in 2 angezeigt ist, wird das Kühlmittel, das aus dem Kompressor 1 strömt, in dem
Kühlmittelkreis
nacheinander in dem Schalldämpfer 2,
dem Vierwege-Wechselventil 3, dem Schalldämpfer 8,
dem Wärmetauscher
der Benutzerseite (Innenwärmetauscher) 7,
dem Siebfilter 6, der Kapillare 5, dem Wärmetauscher
der Wärmequellenseite
(Außenwärmetauscher) 4,
dem Vierwege-Wechselventil 3 und dem Akkumulator 9 zirkuliert. Der
Außenwärmetauscher 4 dient
als Verdampfer, und der Druck des Kühlmittels wird durch die Kapillare 5 verringert.
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Nach
dem Ausführungsbeispiel
wird R-410A oder R-410B verwendet, die die oben beschriebenen Kühlmittelgemische
sind. Im Vergleich mit der Situation, bei der ein einzelnes Kühlmittel
verwendet wird, ist daher der Kühlmitteldruck
in der Kühlmittelleitung hoch.
Andererseits hat der Kühlmittelkreis
eine Obergrenze hinsichtlich des Widerstandes gegenüber dem
Kühlmitteldruck
(d. h. den maximal erlaubten Druckwert). Insbesondere wenn eine
Kühlmittelmischung
in einem Kühlmittelkreis
verwendet wird, der darauf ausgelegt ist, ein einzelnes Kühlmittel
zu verwenden, ist es notwendig, den Kühlmittelkreis so zu steuern,
dass verhindert wird, dass der Kühlmitteldruck
auf einen anomal hohen Druckwert ansteigt (d. h. über den
maximal erlaubten Druckwert).
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Um
diese Anforderungen zu erfüllen,
sind nach diesem Ausführungsbeispiel
Drucksensoren 2 zur Erfassung der Kühlmitteldruckes an dem Kühlmittelkreis
vorgesehen. Das Treiben des Kompressors (der Ausströmbetrag
des Kühlmittels
aus dem Kompressor) wird basierend auf dem erfassten Druckwert so
gesteuert, dass verhindert wird, dass der Kühlmitteldruck in dem Kühlmittelkreis
auf einen anomal hohen Druck steigt.
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Die
Steuerung des Betriebs des Kompressors wird nachfolgend beschrieben.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das einen Hauptsteuerbereich des Kompressors
zeigt.
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Eine
Lastanfrageeinheit 101 empfängt eine Lastanfrage, die basierend
auf dem Differenzwert zwischen einer Zieltemperatur, die durch eine
Fernsteuerung 60 eingestellt wurde, und der aktuellen Raumtemperatur
und dem veränderten
Wert dieses Differenzwertes berechnet wird, oder eine Lastanfrage,
die auf einer Schnellkühlanweisung
oder dergleichen basiert. Eine Drehzahlberechnungseinheit (Rechner) 103 berechnet
die Treiberdrehzahl des Kompressors in Übereinstimmung mit der Lastanfrage.
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Nach
Empfang des Drucksignals von den Druckselektoren 2 bestimmt
eine Zonenbearbeitungseinheit (Zonenprozessor) 105 eine
Druckzone, zu der der erfasste Druck gehört, und gibt dann eine Korrekturanweisung
aus, die der Zone entspricht. Das heißt, dass der Zonenprozessor 105 eine
Druckzone erfasst, zu der der aktuelle Kühlmitteldruck gehört. Die Druckzone
ist in drei Zonen unterteilt: eine freie Zone A, bei der der erfasste
Druckwert P des Druckdetektors 2 niedriger als der zweite
Druckwert (P < P2)
ist, eine Anstiegshemmzone B, bei der der erfasste Druckwert P nicht
kleiner als der zweite Druckwert P2 und nicht größer als der erste Druckwert
P1 ist (P2 ≤ P ≤ P 1), und
eine Abfallzone, bei der der erfasste Druckwert P größer als
der erste Druckwert P1 ist (P > P
1), wie in 6 gezeigt ist. Basierend auf
dem Erfassungsergebnis gibt der Zonenprozessor 105 an einen
Korrekturprozessor (Korrekturbearbeitungsmittel) 107 ein
Korrektursignal aus, das jeder Zone entspricht.
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Der
Korrekturprozessor 107 korrigiert die Antriebsdrehzahl
des Kompressors, die durch den Drehzahlberechner, wie oben beschrieben,
berechnet wird, und gibt ein Treibersignal an den Motor des Kompressors
aus, um den Kompressormotor basierend auf der korrigierten Drehzahl
zu betreiben. Das bedeutet, dass in dem Korrekturprozessor 107 die folgende
Steuerung auf die Drehzahl durchgeführt wird, die durch den Drehzahlberechner 103 berechnet
wurde.
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Wenn
der erfasste Druck P zu der freien Zone A gehört (P < P2), führt der Korrekturprozessor 107 keine
Korrektur an der Treiberdrehzahl von der Einheit A aus. Dementsprechend
wird der Kompressor 1 direkt in Übereinstimmung mit dem Wert
betrieben, der basierend auf einer Lastanfrage berechnet wurde,
die von der Fernsteuerung 60 oder dergleichen übermittelt
wurde.
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Wenn
andererseits der erfasste Druck P zu der Anstiegshemmzone B (P2 ≤ P ≤ P1) gehört, hemmt
der Korrekturprozessor 107 das Anweisungssignal, das den
Anstieg der Treiberdrehzahl auf die Werte anweist, die durch den
Drehzahlberechner 103 berechnet wurden. Dies bedeutet,
dass, selbst wenn eine Anfrage für
einen weiteren Anstieg der Klimatisierungslast empfangen wurde,
der Korrekturprozessor 107 den Treiberzustand (die Treiberdrehzahl)
des Kompressors auf den aktuellen Treiberzustand (Treiberdrehzahl)
hält, und
er an die Treibereinheit ein Treibersignal zum Treiben des Kompressors
mit ei ner neuen Treiberdrehzahl nur ausgibt, wenn er eine Anfrage
zur Verringerung der Kompressorleistung empfängt.
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Wenn
der erfasste Druck P zu der Abfallzone C gehört (P > P1), hebt der Korrekturprozess 107 das Signal
von dem Drehzahlberechner 103 auf, und gibt an den Kompressor
ein Treibersignal zur Verringerung der aktuellen Treiberdrehzahl
aus. Die Verringerungsrate der Treiberdrehzahl in der Abfallzone
C ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, allerdings gibt es bevorzugte
Verringerungsraten der Drehzahl. (Wenn der Kompressor einen Induktionsmotor
aufweist, beträgt
die Verringerungsrate 1 Hz oder 2 Hz pro Sekunde. Wenn der Kompressor
einen Gleichstrommotor aufweist, beträgt die Verringerungsrate 100 oder 200 Drehzahlen
pro Sekunde.) Hier werden zuerst der erste Druckwert P1 und der zweite
Druckwert P2 beschrieben.
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Der
erste Druckwert P1 wird auf den maximal möglichen Druckwert des Kühlkreises
oder einen Wert, der nahe diesem Wert liegt, eingestellt. Zum Beispiel
wird der allgemein auf ungefähr
35 kg/cm2 für eine Hausklimaanlage mit
einem einzelnen Kühlmittel
eingestellt. Der zweite Druckwert P2 wird vorzugsweise auf einen
Wert eingestellt, der um 2 bis 3 % des ersten Druckwertes P 1 geringer
als der Druckwert P1 ist. Wenn der erste Druckwert P1 auf ungefähr 35 kg/cm2 eingestellt ist, wird z. B. der zweite
Druckwert P2 auf 34 kg/cm2 eingestellt.
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Aus
den folgenden Gründen
wird die Abfallrate (2 – 3
%) des zweiten Druckwertes P2 hinsichtlich des ersten Druckwertes
P 1 bestimmt. Wenn die Verringerungsrate weniger als 2 % beträgt (d. h., dass
der zweite Druckwert P2 auf einen Wert verringert wird, der um einen
Betrag weniger als 2 % von P1 geringer als der erste Druckwert P1
ist), überschreitet
der Kühlmitteldruck
unmittelbar den ersten Druckwert aufgrund einer Antwortverzögerung oder eines
durch Pulsieren verursachten Fehlers. Wenn andererseits die Verringerungsrate
mehr als 3 % beträgt,
wird der wiederkehrende Strom von dem Motor verstärkt, und
somit kann die Treiberleistung selbst nicht auf einem festen stabilen
Wert gehalten werden.
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Als
Nächstes
wird der Steuerbetrieb des Kompressors 1 unter Bezug auf
das Flußdiagramm von 5 beschrieben.
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Nach
dem Start des Steuerbetriebs im Startschritt wird die Außenlufttemperatur
durch den Temperatursensor 44 im Schritt S1 erfasst. Ein
Erfassungssignal, das den erfassten Wert darstellt, wird an den
Mikrocomputer 41 ausgegeben, und das Verfahren fährt mit
einem Schritt S2 fort. Im Schritt S2 wird eine gewünschte Kompressorantriebsleistung
(Kompressordrehzahl) basierend auf einem Einstellwert der Raumtemperatur
(Zieltemperatur) berechnet, der durch die Fernsteuerung 60 und
die Zustandssignale von den verschiedenen Sensoren eingestellt wurde, und
dann fährt
das Verfahren mit dem Schritt S3 fort.
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Im
Schritt S3 wird der aktuelle Druck P (Ausströmdruckwert) des Kühlkreises
durch die Drucksensoren 2 erfasst, und dann fährt das
Verfahren mit dem Schritt S4 fort.
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Im
Schritt S4 wird der erfasste Wert mit dem ersten Druckwert P1 verglichen.
Wenn der erfasste Wert P höher
als der erste Druckwert P1 ist, wird entschieden, dass der erfasste
Druckwert zu der Abfallzone C gehört, wie in 6 gezeigt,
und das Verfahren fährt
mit dem Schritt S5 fort, um ein Anweisungssignal zum Treiben des
Motors des Kompressors mit einer Treiberdrehzahl auszugeben, die
geringer als die aktuelle Treiberdrehzahl ist. Wenn andererseits der
erfasste Wert P nicht höher
als der erste Druckwert P1 ist, fährt das Verfahren mit dem Schritt
S6 fort, um den erfassten Wert P mit dem zweiten Druckwert P2 zu
vergleichen.
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Wenn
im Schritt S6 der erfasste Wert P nicht niedriger als der zweite
Druckwert P2 ist, wird entschieden, dass der erfasste Druckwert
zu der Anstiegshemmzone B gehört,
wie in 6 gezeigt, und somit fährt das Verfahren mit dem Schritt
S7 fort. Wenn der Drehzahleinstellwert, der einer neuen Lastanfrage
entspricht, höher
als die aktuelle Treiberdrehzahl ist, wird der Drehzahleinstellwert
korrigiert, um die aktuelle Treiberdrehzahl zu halten. Wenn andererseits
die neue Lastanfrage die aktuelle Treiberdrehzahl bewirkt, gibt
die Steuerung direkt ein Anweisungssignal aus, das die Treiberdrehzahl
darstellt, die der Lastanfrage an den Kompressormotor entspricht.
Im Schritt S7 wird die Treiberdrehzahl des Kompressors unter Berücksichtigung
des erfassten Wertes von dem Zimmertemperatursensor 20 und dem
erfassten Wert der Außenlufttemperatur
bestimmt.
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Wenn
der erfasste Wert P niedriger als der zweite Druckwert P2 ist, wird
bestimmt, dass der erfasste Druckwert P zu der freien Zone A gehört, wie in 6 gezeigt,
und der Kompressormotor 43 wird direkt mit dem Drehzahlsignal
betrieben, das in Übereinstimmung
mit der Lastanfrage ohne Begrenzung durch den Drehzahlberechner
berechnet wurde.
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Wie
oben beschrieben wird die Treiberdrehzahl in Übereinstimmung mit dem erfassten
Wert des Druckes des Kühlmittelkreises
so gesteuert, dass ein weiterer Anstieg des Druckes verhindert wird
oder er zwangsweise verringert wird, wodurch verhindert werden kann,
dass der Kühlmitteldruck
anomal ansteigt, während
eine Verringerung der Leistung im Kühl-/Heizbetrieb vermieden wird.
Da weiterhin eine Kühlmittelmischung
in einem Kühlmittelkreis
verwendet wird, der für
ein einzelnes Kühlmittel
konstruiert ist, können
die Herstellungskosten verringert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt, und
verschiedene Modifikationen können
durchgeführt
werden, ohne von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen,
wie er in den beigefügten
Ansprüchen
bestimmt ist.
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Zum
Beispiel wurde in der obigen Beschreibung der Kühlbetrieb für das Ausführungsbeispiel verwendet. Allerdings
kann dieselbe Wirkung auch bei dem Heizbetrieb erhalten werden.
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Weiterhin
ist die Druckverringerungsrate in der Abfallzone C nicht auf einen
bestimmten Wert beschränkt.
Zum Beispiel können
verschiedene Abfallzonen eingestellt werden und die Verzögerungsraten der
Drehzahlen können
in Übereinstimmung
mit jeder der Zonen variiert werden.
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Weiterhin
sind die Anzahl und die Befestigungspositionen der Drucksensoren
nicht auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Jede Anzahl und jede Position kann für die Drucksensoren verwendet werden,
wenn die gleiche Wirkung, wie oben beschrieben, erhalten wird.
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Wenn
der Kühlmitteldruck
des Kühlmittelkreises
höher als
der erste Druckwert ist, wird nach der vorliegenden Erfindung das
an den Kompressor auszugebende Leistungssignal so korrigiert, dass
die Treiberleistung geringer als die aktuelle Treiberleistung ist,
selbst wenn die Lastanfrage einen weiteren Anstieg der Leistung
erfordert, und der Kompressor wird basierend auf dem korrigierten
Leistungssignal betrieben. Daher kann das Auftreten eines anomalen hohen
Druckes in dem Kühlmittelkreis
verhindert werden. Zusätzlich
wird das Treiben des Kompressors nicht unterbrochen, so dass die
Verringerung der Treiberleistung verringert werden kann. Insbesondere
für die
Kühlmittelmischung
kann der Kühl-/Heizbetrieb
effizient durchgeführt
werden, ohne den maximal möglichen
Druckwert des herkömmlichen
Kühlmittelkreises
zu erhöhen.
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Weiterhin
wird nach der vorliegenden Erfindung der zweite Druckwert, der geringer
als der erste Druckwert ist, eingestellt, und wenn der Druckwert des
Kühlmittelkreises
den zweiten Druckwert überschreitet,
verhindert der zweite Korrekturprozessor, dass die aktuelle Leistung
weiter ansteigt. Dementsprechend wird in dem Bereich von dem ersten Druckwert
bis zu dem zweiten Druckwert verhindert, dass die Treiberleistung
des Kompressors weiter ansteigt, und sie wird auch nicht verringert.
Daher kann in dem Kühlmittelkreis
verhindert werden, dass der Kühlmitteldruck
auf einen anomalen hohen Wert ansteigt. Insbesondere kann die vorliegenden
Erfindung effektiv für
den Fall angewendet werden, bei dem der Druck schnell ansteigt.
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Weiterhin
wird nach der vorliegenden Erfindung der zweite Druckwert auf einen
Wert eingestellt, der um einen Betrag von 2 bis 3 % des ersten Druckwertes
niedriger als der erste Druckwert ist. Daher kann der Treiberbetrieb
des Kompressors effizient durchgeführt werden, ohne die Treiberleistung
der Klimaanlage zu unterbrechen, wobei ein stabiler Treiberzustand
gehalten wird.