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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Einspritzkreis versehene
Kühlvorrichtung.
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STAND DER
TECHNIK
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Bisher
ist als Kühlvorrichtung
dieser Art eine bekannt gewesen, die in 8 dargestellt
ist. Diese Kühlvorrichtung
hat einen Hauptkreis 57, in welchem ein Kompressor 51,
ein Kondensator 52, ein Unterkühlungs-Wärmetauscher 53, ein
Hauptexpansionsventil 54, ein Verdampfer 55 sowie
ein Akkumulator 56 in Reihe verbunden sind.
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Eine
Verzweigungsleitung 60, die von dem Hauptkreis 57 zwischen
dem Kondensator 52 und dem Unterkühlungs-Wärmetauscher 53 abzweigt,
ist mit einer inneren Leitung 53A des Unterkühlungs-Wärmetauschers 53 verbunden.
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Diese
innere Leitung 53A erstreckt sich von der stromabwärtigen Seite
zur stromaufwärtigen
Seite innerhalb einer äußeren Leitung 61 und
ist verbunden mit einer Einspritzleitung 62. Die Verzweigungsleitung 60 hat
ein mechanisches Expansionsventil 63, und der Öffnungsgrad
dieses mechanischen Expansionsventil 63 wird durch ein
Signal von einer an der Einspritzleitung 62 angebrachten
wärmeempfindlichen
Röhre 65 verändert.
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Die
Einspritzleitung 62 ist mit einem Zwischendruckbereich 51A des
Kompressors 51 verbunden. Die Einspritzleitung 62 hat
ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 66. Durch Öffnen und Schließen dieses
Ventils 66 wird die Einspritzung eines Gaskühlmittels
zu dem Kompressors ein- und ausgeschaltet.
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Diese
Kühlvorrichtung
ist in der Kühleffizienz durch
Unterkühlen
des Kühlmittels
verbessert, das von dem Kondensator 52 in Richtung des
Hauptexpansionsventils 54 geleitet wird, und zwar durch
einen Unterkühlungs-Kreislauf,
der aus dem Unterkühlungs-Wärmetauscher 53,
der Verzweigungsleitung 60 und dem mechanischen Expansionsventil 63 aufgebaut
ist. Die Kühleffizienz
ist weiter verbessert durch Einspritzen des Verzweigungskühlmittels,
das Hitze in dem Unterkühlungs-Wärmetauscher 53 absorbiert
hat und von der Verzweigungsleitung 60 her kommt, von der
Einspritzleitung 62 in den Zwischendruckbereich 51A des
Kompressors 51 hinein.
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Manchmal
ist es für
die Verbesserung der Effizienz besser, das gesamte Kühlmittel
zu dem Verdampfer 55 zu schicken, ohne das Hauptstromkühlmittel
in die Verzweigungsleitung 60 hinein abzweigen zu lassen.
In diesem Fall wird das elektromagnetisch gesteuerte Ventil 66 geschlossen,
so dass weder der Unterkühlungs-Kreislauf
noch der Einspritzkreis betätigt
wird. Es wird darauf hingewiesen, dass das mechanische Expansionsventil 63 nicht
vollständig
geschlossen werden kann, und zwar aufgrund seines Mechanismus.
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Gemäß der eben
erwähnten
herkömmlichen Kühlvorrichtung
treten jedoch aufgrund des Öffnens und
Schließens
des elektromagnetisch gesteuerten Ventils 66, das zum Ein-
und Ausschalten des Einspritzkreises vorgesehen ist, Geräusche auf,
und dies führt
insbesondere zu dem Problem, dass bei einer Druckänderung
Geräusche
durch ein Klappern verursacht werden.
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Eine
weitere Kühlvorrichtung
ist bekannt aus dem Patent
US
5,596,878 .
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Außerdem verursacht
das Vorsehen des elektromagnetisch gesteuerten Ventils 66 nur
zum Ein- und Ausschalten des Einspritzkreises nachteilig einen Anstieg
der Kosten.
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10 zeigt
den Kühlkreislauf
einer anderen herkömmlichen
Kühlvorrichtung.
Dieser Kühlkreislauf ist
mit einem Hauptkühlkreislauf 210 versehen,
in welchem ein Kompressor 201, ein Vierwege-Steuerungsventil 202,
ein außen
angeordneter Wärmetauscher 203,
ein erstes Expansionsventil 205, ein Gas-Flüssigkeits-Separator 206,
ein zweites Expansionsventil 207 sowie ein innen angeordneter
Wärmetauscher 208 in
Reihe geschaltet sind. Dieser Kühlkreislauf
ist außerdem
mit einem Bypass-Kreis 211 zum Verbinden der Decke des
Gas-Flüssigkeits-Separators 206 mit
einem Zwischendruckbereich 201A des Kompressors 201 versehen.
Dieser Bypass-Kreis 211 hat ein elektromagnetisch gesteuertes
Ventil 212. In diesem herkömmlichen Beispiel bildet das
Vierwege-Steuerventil 202 während des Erhitzens einen Verbindungsweg
aus, der durch die Strichlinien angezeigt ist, um einen Heizvorgang
zur Verwendung des innen angeordneten Wärmetauschers 208 als
Kondensator auszuführen.
Wenn das elektromagnetisch gesteuerte Ventil 212 während dieses
Heizvorgangs geöffnet
wird, dann kann ein Gaskühlmittel
von dem Gas-Flüssigkeits-Separator 206 durch
den Bypass-Kreis 211 hindurchlaufen und wird in den Zwischendruckbereich 201A des
Kompressors 201 eingespritzt. Wie oben beschrieben, tritt manchmal
der Fall auf, dass die Menge des Kühlmittels, die durch den innen
angeordneten Wärmetauscher 208 strömt, der
als Kondensator arbeitet, durch Umgehen des ersten Expansionsventils 205 und
des außen
angeordneten Wärmetauschers 203 und Rückführen des
Gaskühlmittels
von dem Bypass-Kreis 211 zu dem Kompressor 201 erhöht wird, so
dass sich die Effizienz verbessert.
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9 zeigt
den oben beschriebenen Heizvorgang, ausgedrückt durch ein Mollier-Diagramm. Wie
durch dieses Mollier-Diagramm ausgedrückt, ist eine Durchflussmenge
Gc in dem innen angeordneten Wärmetauscher 208,
der als Kondensator arbeitet, die Summe (Ge + Gi) aus einer Durchflussmenge Ge
in dem außen
angeordneten Wärmetauscher 203,
der als Verdampfer dient, und einer Durchflussmenge Gi durch den
Bypass-Kreis 211 hindurch.
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Wenn
das gesamte Gas von dem Gas-Flüssigkeits-Separator 206 in
den Kompressor 201 hineingespritzt wird, dann ist die Durchflussmenge
Gi der Gaseinspritzung (Gc × X).
In diesem Fall steht X für
die Trockenheit (beispielsweise 0,2 bis 0,3) des Kühlmittels
am Ausgang des Expansionsventils 207. Daher wird die Durchflussmenge
Gc in dem innen angeordneten Wärmetauscher 208 Gc
= Ge/(1 – X).
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Wenn
sich an dem außen
angeordneten Wärmetauscher 203 während dieses
Heizvorgangs Eis bildet, dann wird ein Abtauvorgang im Umkehrzyklus
ausgeführt.
Das heißt,
das Vierwege-Steuerungsventil 202 wird
umgeschaltet, um den durch die durchgezogenen Linien angezeigten
Verbindungsweg zu schaffen, über
den der außen
angeordnete Wärmetauscher 203 als
Kondensator betätigt
wird, um das Eis zu schmelzen. Durch Öffnen des elektromagnetisch
gesteuerten Ventils 212 auch in diesem Abtauvorgang im
Umkehrzyklus wird es dann möglich,
das Gaskühlmittel
von dem Bypass-Kreis 211 zu dem Kompressor 201 zurückzuführen, die
Menge des Kühlmittels
zu erhöhen,
das von dem Kompressor 201 zu dem außen angeordneten Wärmetauscher 203 umläuft, und
das Eis an dem außen
angeordneten Wärmetauscher 203 schnell
zu schmelzen.
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Während dieses
Enteisungsvorgangs im Umkehrzyklus, wie er in 11 dargestellt
ist, ist jedoch die Trockenheit am Ausgang des Expansionsventils 205 gering
(beispielsweise X = 0,1 oder weniger), wenn die Gaskomponente des
Kühlmittels
klein ist. Aus diesem Grund ist die Menge des umlaufenden Kühlmittels
weniger angestiegen, selbst wenn die Gaseinspritzung während des
Abtauvorgangs ausgeführt
wurde, und dies führte
zu einem geringen Effekt des Reduzierens der Abtauzeit.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Demzufolge
ist es das erste Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung
mit einer geringen Geräuschentwicklung zu
schaffen, die kostengünstig
ist und den Unterkühlungs-Kreislauf und den Einspritzkreis
steuern kann. Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,
eine Kühlvorrichtung
zu schaffen, die die Abtauzeit vermindern kann.
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In
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kühlvorrichtung
geschaffen, mit einem Kompressor, einem Kondensator, einem Hauptexpansionsmechanismus,
einem Verdampfer, einem Unterkühlungskreis
zwischen dem Kondensator und dem Hauptexpansionsmechanismus sowie
einem Einspritzkreis zum Einspritzen eines Gaskühlmittels aus dem Unterkühlungskreis
in einen Zwischendruckbereich des Kompressors hinein, welche Vorrichtung
umfasst ein motorisiertes Expansionsventil umfasst, das in einem
Unterkühlungsrohr
vorgesehen ist, welches von einem Hauptstrom auf der stromaufwärtigen Seite
des Unterkühlungskreises abzweigt
und den Unterkühlungskreis
erreicht.
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In
dieser Kühlvorrichtung
kann der Einspritzvorgang des Einspritzkreises abgeschaltet werden durch
vollständiges
Schließen
des motorisierten Expansionsventils. Der Grad der Unterkühlung des
Unterkreislaufs und die Menge der Einspritzung des Einspritzkreises
können
auf die gewünschten
Werte gesetzt werden durch Steuern des Grads der Öffnung des
motorisierten Expansionsventils auf den gewünschten Grad der Öffnung.
Das heißt,
gemäß dieser
Kühlvorrichtung
spielt das motorisierte Expansionsventil die Rolle des herkömmlichen
elektromagnetisch gesteuerten Ventils und die Rolle des herkömmlichen
mechanischen Expansionsventils. Dies kann die Notwendigkeit für das elektromagnetisch gesteuerte
Ventil vermeiden, so dass Geräusche
vermieden werden können,
die beim Öffnen
und Schließen
dieses elektromagnetisch gesteuerten Ventils auftreten, oder insbesondere
das Klappern. Außerdem
können
Kosteneinsparungen realisiert werden, da das elektromagnetisch gesteuerte
Ventil nicht benötigt
wird. Daher können
gemäß der Erfindung
der Unterkühlkreislauf
und der Einspritzkreis linear mit reduzierten Geräuschen zu
geringen Kosten angesteuert werden.
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In
einer Ausführungsform
hat der Unterkühlkreislauf
einen Unterkühl-Wärmetauscher,
und der Einspritzkreislauf ist betätigbar, um ein Gaskühlmittel von
dem Unterkühl-Wärmetauscher in einen Zwischendruckbereich
des Kompressors einzuspritzen, und die Unterkühlleitung weicht von dem Hauptstrom auf
der stromaufwärtigen
Seite des Unterkühl-Wärmetauschers ab und erreicht
den Unterkühl-Wärmetauscher.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist ein erster Öffnungssteuerabschnitt
zum Setzen des motorisierten Expansionsventils auf einen kleinen Öffnungsgrad
nahe einem vollständig
geschlossenen Zustand vorgesehen, wenn der Einspritzkreis seinen Betrieb
im Wesentlichen einstellt.
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Bei
der Kühlvorrichtung
dieser Ausführungsform
kann durch leichtes Öffnen
des motorisierten Expansionsventils in der Einspritzverwendung,
selbst wenn der Einspritzvorgang nicht ausgeführt wird, die mögliche Erzeugung
eines Zwischenraumvolumens (eines Totraums) verhindert werden, so
dass die Verminderung der volumetrischen Effizienz des Kompressors
vermieden werden kann.
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Eine
noch andere Ausführungsform
weist einen Gleichrichterkreis zum sequentiellen Fließenlassen
des Kühlmittels
in den Kondensator, den Unterkühl-Wärmetauscher
und den Hauptexpansionsmechanismus hinein sowohl während eines
Kühlvorgangs
als auch während
eines Heizvorgangs auf.
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Bei
dieser Kühlvorrichtung
kann das Kühlmittel
dazu gebracht werden, sequentiell in den Kondensator, den Unterkühl-Wärmetauscher und den Hauptexpansionsmechanismus
hinein zu strömen
durch den Gleichrichter-Kreislauf sowohl während des Kühlvorgangs als auch während des
Heizvorgangs. Daher können
die Unterkühlung
und die Einspritzung des Gaskühlmittels sowohl
in dem Kühlbetrieb
als auch im Heizbetrieb ausgeführt
werden, was zu einer Verbesserung der Effizienz führt.
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Eine
weitere Ausführungsform
hat einen zweiten Öffnungssteuerabschnitt
zum Steuern des Grads der Öffnung
des motorisierten Expansionsventils, um den Grad der Öffnung gemäß einer
Kühlmitteltemperatur
des Einspritzkreises zu erhöhen
oder zu vermindern.
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In
dieser Kühlvorrichtung
wird die Einspritzdurchflussmenge erhöht durch Vergrößern des Öffnungsgrads
des motorisierten Expansionsventils in der Einspritzverwendung,
wenn die Einspritzdurchflussmenge gering ist, und die Einspritzdurchflussmenge
wird vermindert durch Absenken des Öffnungsgrads des motorisierten
Expansionsventils in der Einspritzverwendung, wenn die Einspritzdurchflussmenge
groß ist,
wodurch die Einspritzdurchflussmenge invariabel bei dem gewünschten
Wert gehalten werden kann.
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Eine
noch weitere Ausführungsform
schafft eine Kühlvorrichtung,
die einen Kompressor, ein Vierwege-Steuerventil, einen außen angeordneten
Wärmetauscher,
einen Hauptexpansionsmechanismus und einen innen angeordneten Wärmetauscher
aufweist und einen Abtauvorgang im Umkehrzyklus ausführt, welche
Vorrichtung einen Flüssigkeitseinspritzkreis
zum Einspritzen eines flüssigen
Kühlmittels
von dem außen
angeordneten Wärmetauscher
in den Kompressor hinein während
des Abtauens im Umkehrzyklus durch Umgehen des Hauptexpansionsmechanismus
und des innen angeordneten Wärmetauschers
aufweist.
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Bei
dieser Kühlvorrichtung
wird das flüssige Kühlmittel
in den Kompressor hinein während
des Abtauens durch den Flüssigkeitseinspritzkreis
eingespritzt. Demzufolge kann die Menge des Umlaufs des Kompressors
noch stärker
erhöht
werden als im Fall der Gaseinspritzung. So kann das Eis in kurzer Zeit geschmolzen
werden, so dass die Abtauzeit reduziert werden kann.
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Eine
Ausführungsform
weist ein Steuerungsmittel zum Einschalten eines Einspritzvorgangs
des Einspritzkreises durch Öffnen
des motorisierten Expansionsventils, wenn der Kompressor eine Betriebsfrequenz
nicht unterhalb einer spezifizierten Betriebsfrequenz hat, auf.
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Bei
dieser Kühlvorrichtung
wird der Einspritzvorgang eingeschaltet, wenn die Betriebsfrequenz des
Kompressors auf die Frequenz gesetzt ist, die nicht geringer ist
als die spezifizierte Betriebsfrequenz. Daher kann eine effiziente
Einspritzung erzielt werden mit der Menge des umlaufenden Kühlmittels, die
auf zumindest eine spezifizierte Menge erhöht ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
ein Kreisdiagramm eines Kühlkreislaufs
einer Klimaanlage gemäß einer
Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
der vorliegenden Erfindung;
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1B ist
ein modifiziertes Beispiel des Gleichrichterkreises der ersten Ausführungsform;
-
2 ist
ein Mollier-Diagramm zum Erläutern
des Betriebs der oben beschriebenen Klimaanlage;
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3 ist
ein Flussdiagramm zum Erläutern des
Steuerungsbetriebs des motorisierten Expansionsventils in der Einspritzverwendung
der oben erwähnten
Klimaanlage;
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4 ist
ein Kreisdiagramm eines Kühlkreislaufs
für eine
Klimaanlage gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Mollier-Diagramm, wenn eine Flüssigkeitseinspritzung in der
oben erwähnten
zweiten Ausführungsform
ausgeführt
wird;
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6 ist
ein Taktungsdiagramm beim Ausführen
eines Abtauvorgangs im Umkehrzyklus gemäß der zweiten oben erwähnten Ausführungsform;
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7 ist
Kreisdiagramm eines Kühlkreislaufs
einer Klimaanlage gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
der vorliegenden Erfindung;
-
8 ist
ein Kreisdiagramm des Kühlkreislaufs
einer herkömmlichen
Kühlvorrichtung;
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9 ist
ein Mollier-Diagramm des Gas-Einspritzzyklus
der oben erwähnten
herkömmlichen Kühlvorrichtung;
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10 ist
ein Kreisdiagramm des Kühlkreislaufs
einer anderen herkömmlichen
Kühlvorrichtung, die
eine Gaseinspritzung ausführt;
und
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11 ist
ein Mollier-Diagramm, wenn eine Gaseinspritzung während des
Abtauens in der oben erwähnten
herkömmlichen
Kühlvorrichtung
ausgeführt
wird.
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BESTE ART
UND WEISE ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird genau auf der Grundlage der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsformen
beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1A zeigt
eine Klimaanlage gemäß der ersten
Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
der vorliegenden Erfindung. Diese erste Ausführungsform hat einen Kühlkreislauf,
in welchem ein Kompressor 1, ein Vierwege-Steuerventil 2,
ein außen
angeordneter Wärmetauscher 3,
ein Gleichrichterkreis 5 und ein innen angeordneter Wärmetauscher 6 in
dieser Reihenfolge verbunden sind. Der innen angeordnete Wärmetauscher 6 ist
verbunden mit der Einlassseite des Kompressors 1 über einen
Akkumulator 7.
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Der
Gleichrichterkreis 5 ist ein Kreis, in welchem eine Reihenschaltung
eines ersten 11 und eines zweiten Rückschlagventils 12 sowie
eine Reihenschaltung eines dritten 13 und eines vierten Rückschlagventils 14 parallel
zueinander angeschlossen sind. Das erste Rückschlagventil 11 und das
zweite Rückschlagventil 12 sind
miteinander so verbunden, dass ihre Vorwärtsrichtungen in Richtung ihrer
Verbindung P1 gerichtet sind, während
das dritte 13 und das vierte Rückschlagventil 14 so
miteinander verbunden sind, dass die Rückwärtsrichtungen dieser Ventile
in Richtung ihrer Verbindung P2 gerichtet sind.
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Dann
sind ein Unterkühlkreis 8,
ein motorisiertes Hauptventil 9 und ein Einspritzkreis 10 zwischen
den Verbindungen P1 und P2 des Gleichrichterkreises 5 angeschlossen.
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Der
Unterkühlkreislauf 8 besteht
aus einem Unterkühl-Wärmetauscher 15 und
einem motorisierten Expansionsventil 16 in der Einspritzverwendung. Der
Unterkühl-Wärmetauscher 15 ist
angeschlossen zwischen der Verbindung P1 und dem motorisierten Hauptventil 9.
Das motorisierte Expansionsventil 16 in der Einspritzverwendung
ist an einer Leitung vorgesehen, die von der Verbindung P1 abzweigt,
und es ist verbunden mit einem Einlass 21a einer inneren Leitung 21,
die sich innerhalb des Unterkühl-Wärmetauschers 15 befindet.
Dann hat diese innere Leitung 21 einen Auslass 21b,
die mit einer Einspritzleitung 22 verbunden ist. Diese
Einspritzleitung 22 ist verbunden mit einem Zwischendruckbereich 1a des Kompressors 1.
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Die
grundlegende Arbeitsweise der Klimaanlage mit dem oben beschriebenen
Aufbau wird nun erläutert. 2 zeigt
die Zustände
an den Punkten Q1 bis Q8 des Kühlkreislaufs
der 1A in einem Mollier-Diagramm. Zunächst wird,
wenn das Vierwege-Steuerventil 2 in der Kühlposition
vorgesehen ist, wie in 1A durch die durchgezogenen
Linien angezeigt, das von dem Kompressor 1 ausgegebene Kühlmittel
kondensiert durch den außen
angeordneten Wärmetauscher 3 und
strömt
in ein erstes Rückschlagventil 11 des
Gleichrichterkreises 5 hinein, um dann in einen Hilfsstrom
zu dem motorisierten Expansionsventil 16 in der Einspritzverwendung
hin abzuzweigen und einen Hauptstrom hin zu dem Unterkühl-Wärmetauscher 15 an
der Verbindung P1. Der Hauptstrom wird unterkühlt durch den Unterkühl-Wärmetauscher 15,
und nachdem er in dem motorisierten Hauptventil 9 expandiert
worden ist, erreicht der Hauptstrom den innen angeordneten Wärmetauscher 6 durch
die Verbindung P2 und das vierte Rückschlagventil 14.
Dann kehrt der in dem innen angeordneten Wärmetauscher verdampfte Hauptstrom
zur Einlassseite des Kompressors 1 zurück über das Vierwege-Steuerventil 2 und
den Akkumulator 7.
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Andererseits
wird der Hilfsstrom in dem motorisierten Expansionsventil 16 in
der Einspritzverwendung expandiert, und nachdem er Hitze absorbiert
hat, während
er durch die innere Leitung 21 des Unterkühl-Wärmetauschers 15 hindurchgelaufen
ist, wird der Hilfsstrom in den Zwischendruckbereich 1a des
Kompressors 1 durch die Einspritzleitung 21 hindurch
eingespritzt.
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Wenn
sich das Vierwege-Steuerventil 2 in der Heizposition befindet,
wie durch die gestrichelten Linien in 1A dargestellt,
dann wird das von dem Kompressor ausgegebene Kühlmittel durch den innen angeordneten
Wärmetauscher 6 kondensiert und
strömt
in das zweite Rückschlagventil 12 des Gleichrichterschaltkreises 5 hinein,
um in den Hilfsstrom hin zu dem motorisierten Expansionsventil 16 in
der Einspritzverwendung und den Hauptstrom hin zu dem Unterkühl-Wärmetauscher 15 an
der Verbindung P1 sich zu verzweigen. Der Hauptstrom wird unterkühlt durch
den Unterkühl-Wärmetauscher 15 und
anschließend
expandiert in dem motorisierten Hauptventil 9, um den außen angeordneten
Wärmetauscher 3 zu
erreichen durch die Verbindung P2 und das dritte Rückschlagventil 13.
Dann kehrt der in dem außen
angeordneten Wärmetauscher 3 verdampfte Hauptstrom
zurück
zur Einlassseite des Kompressors 1 über das Vierwege-Steuerventil 2 und
den Akkumulator 7. Andererseits wird der Hilfsstrom in
dem motorisierten Expansionsventil 16 in der Einspritzverwendung
expandiert, und nachdem er Hitze absorbiert hat, während er
durch die innere Leitung 21 des Unterkühl-Wärmetauschers 15 hindurchgelaufen
ist, wird der Hilfsstrom in den Zwischendruckbereich 1a des
Kompressors 1 durch die Einspritzleitung 22 hindurch
eingespritzt.
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Wie
oben beschrieben, kann gemäß dieser ersten
Ausführungsform
die Unterkühlung
und die Einspritzung des Gaskühlmittels
in den Zwischendruckbereich 1a des Kompressors hinein sowohl während des
Kühlbetriebs
als auch während
des Heizbetriebs durch die Arbeitsweise des Gleichrichterkreises 5 ausgeführt werden.
So kann die Effizienz durch die Unterkühlung und die Gaseinspritzung
sowohl während
des Kühlvorgangs
als auch während des
Heizvorgangs verbessert werden.
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Außerdem kann
gemäß dieser
ersten Ausführungsform
durch vollständiges
Schließen
des motorisierten Expansionsventils 16 in der Einspritzverwendung
der Einspritzvorgang des Einspritzkreises 10 abgeschaltet
werden. Außerdem
können
der Grad der Unterkühlung
des Unterkühlkreises 8 und
der Betrag der Einspritzung des Einspritzkreises 10 auf
die gewünschten
Werte festgelegt werden, indem der Öffnungsgrad des motorisierten
Expansionsventils 16 auf den gewünschten Öffnungsgrad gesteuert wird.
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Das
heißt,
gemäß dieser
ersten Ausführungsform
spielt das motorisierte Expansionsventil 16 die Rolle des
herkömmlichen
elektromagnetisch gesteuerten Ventils und die Rolle des herkömmlichen mechanischen
Expansionsventils. Dies vermeidet die Notwendigkeit für das elektromagnetisch
gesteuerte Ventil, was die Vermeidung von Geräuschen ermöglicht, die beim Öffnen und
Schließen
dieses elektromagnetisch gesteuerten Ventils auftreten, insbesondere
die Klappergeräusche.
Außerdem
können die
Kosten reduziert werden, da das elektromagnetisch gesteuerte Ventil
nicht notwendig ist. Daher können
gemäß dieser
Ausführungsform
der Unterkühlkreis 8 und
der Einspritzkreis 10 linear gesteuert werden mit reduzierten
Geräuschen
mit geringen Kosten. Durch lineares Ansteuern des Grads der Unterkühlung und
des Betrags der Gaseinspritzung kann die Effizienz maximiert werden.
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Der
Steuerungsvorgang des motorisierten Expansionsventils 16 in
der Einspritzverwendung dieser ersten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf
das Flussdiagramm der 3 beschrieben. Ein Mikrocomputer
(nicht dargestellt) wurde als Vorrichtung zum Ausführen dieser
Steuerung verwendet.
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Zunächst wird
im Schritt S1 bestimmt, ob der Kompressor 1 angehalten
worden ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Kompressor 1 angehalten
ist, dann schreitet das Programm zum Schritt S10 fort, um das motorisierte
Expansionsventil 16 der Einspritzverwendung vollständig zu
schließen.
Wie oben beschrieben, wird durch vollständiges Schließen des
motorisierten Expansionsventils 16, wenn der Kompressor 1 angehalten
ist, verhindert, dass das Kühlmittel
in dem Kompressor 1 bleibt und sich in das kühlende Maschinenöl (die sogenannte
Kühlmittellösung) hinein
löst, während der
Kompressor 1 angehalten ist, was einen einfachen Neustart
ermöglicht.
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Wenn
bestimmt wird, dass der Kompressor 1 bereits läuft, dann
schreitet das Programm zum Schritt S2 fort, um zu bestimmen, ob
die Betriebsfrequenz des Kompressors 1 höher ist
als eine spezifizierte Frequenz. Wenn bestimmt wird, dass die Betriebsfrequenz
höher ist,
dann schreitet das Programm zum Schritt S5 fort, um das motorisierte
Expansionsventil 16 in der Einspritzverwendung zu öffnen und
den Unterkühlkreis 8 sowie
den Einspritzkreis 10 zu betreiben. Durch diesen Vorgang
kann ein effektives Einspritzen in einem Zustand erzielt werden,
in welchem die Menge des umlaufenden Kühlmittels auf zumindest eine
spezifizierte Menge erhöht ist.
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Nun
schreitet das Programm zum Schritt S6 fort, um die Zwischentemperatur
des Kühlmittels
des Hilfsstroms zu bestimmen, der in Richtung der Einspritzleitung 22 gerichtet
ist, und zwar durch ein Signal von einem an der Kühlmittelleitung
zwischen dem motorisierten Expansionsventil 16 in der Einspritzverwendung
und dem Einlass 21a der inneren Leitung 21 angebrachten
Thermistor 31. Diese Zwischentemperatur kann erfasst werden
durch einen an der Einspritzleitung 22 in der Nähe des Auslasses 21b der inneren
Leitung 21 angebrachten Thermistor 32. Anschließend schreitet
das Programm zum Schritt S7 fort, um zu bestimmen, ob die Zwischentemperatur höher ist
als die spezifizierte Temperatur. Wenn bestimmt wird, dass die Zwischentemperatur
höher ist als
die spezifizierte Temperatur, dann schreitet das Programm zum Schritt
S8 fort, um den Grad der Öffnung
des motorisierten Expansionsventils 16 in der Einspritzverwendung
zu reduzieren, und kehrt zum Start zurück. Wenn bestimmt wird, dass
die Zwischentemperatur nicht höher
als die spezifizierte Temperatur, dann schreitet das Programm zum Schritt
S9 fort, um den Öffnungsgrad
des motorisierten Expansionsventils 16 in der Einspritzverwendung zu
vergrößern um
einen spezifizierten Öffnungsgrad, und
kehrt zum Start zurück.
Die oben beschriebenen Schritte S6 bis S9 bilden den zweiten Öffnungssteuerabschnitt.
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Mit
dieser Anordnung wird der Grad der Öffnung des motorisierten Expansionsventils 16 in
der Einspritzverwendung vergrößert, um
die Einspritzdurchflussmenge zu erhöhen, wenn die Einspritzdurchflussmenge
gering ist (wenn die Zwischentemperatur gering ist), und der Grad
der Öffnung
des motorisierten Expansionsventils 16 in der Einspritzverwendung
wird vermindert, um die Einspritzdurchflussmenge zu vermindern,
wenn die Einspritzdurchflussmenge groß ist (wenn die Zwischentemperatur hoch
ist) für
die Verminderung der Einspritzdurchflussmenge. Durch diesen Vorgang
kann die Einspritzdurchflussmenge invariabel auf dem gewünschten
Wert gehalten werden.
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Wenn
im Schritt S2 bestimmt wird, dass die Betriebsfrequenz des Kompressors 1 nicht
höher ist als
die spezifizierte Frequenz, dann schreitet das Programm fort zum
Schritt S3, um das motorisierte Expansionsventil 16 der
Einspritzverwendung zu schließen,
um den Betrieb des Unterkühlkreises 8 und
des Einspritzkreises 10 anzuhalten. Dann schreitet das
Programm fort zum Schritt S4, um den Grad der Öffnung des motorisierten Expansionsventils 16 in
der Einspritzverwendung auf einen spezifizierten Öffnungsgrad
festzusetzen, und kehrt zum Start zurück. Die oben beschriebenen
Schritte S2, S3 und S4 bilden den ersten Öffnungssteuerabschnitt. Wie
oben beschrieben, wird durch leichtes Öffnen des motorisierten Expansionsventils 16,
selbst wenn der Einspritzvorgang nicht ausgeführt wird, die mögliche Erzeugung
eines Zwischenraumvolumens (eines Totraums) verhindert, so dass
die Verminderung der volumetrischen Effizienz des Kompressors 1 vermieden werden
kann.
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Obwohl
der Gleichrichterkreis 5 in dieser ersten Ausführungsform
aus den vier Rückschlagventilen
gebildet ist, kann der Kreis auch aus einem Vierwege-Steuerventil 40 aufgebaut
sein, wie in 1B dargestellt. In diesem Fall
ist es sinnvoll, ein erstes Ende 40a des Vierwege-Steuerventils 40 mit
dem außen
angeordneten Wärmetauscher 3 zu
verbinden, ein zweites Ende 40b mit der Verbindung P1,
ein drittes Ende 40c mit dem innen angeordneten Wärmetauscher 6 und
ein viertes Ende 40d mit der Verbindung P2. Dann werden
die durch die durchgezogenen Linien 41 und 43 des
Vierwege-Steuerventils 40 gekennzeichneten
Wege ausgebildet, wie in 1B dargestellt,
in dem Kühlvorgang,
und die durch die Strichlinien 42 und 44 des Vierwege-Steuerventils 40 angezeigten
Wege werden, wie in 1B dargestellt, in dem Heizbetrieb
ausgebildet. Durch diese Arbeitsweise kann das Kühlmittel von dem Kondensator
dazu gebracht werden, sequentiell von dem Unterkühl-Wärmetauscher 15 zu
dem motorisierten Hauptventil 9 zu strömen, und zwar sowohl während des
Kühlbetriebs
als auch während
des Heizbetriebs.
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Obwohl
der Unterkühlkreis 8 in
der oben genannten ersten Ausführungsform
mit dem Unterkühl-Wärmetauscher 15 versehen
ist, ist es akzeptabel, zwei Kühlmittelleitungen
anzuschließen,
die sich im Wesentlichen parallel zueinander befinden, mittels einer
Wärmetauscherplatte
statt des Unterkühl-Wärmetauschers 15,
eine Kühlmittelleitung
mit dem Hauptstromkreis zu verbinden und die andere mit dem Hilfsstromkreis.
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(Zweite Ausführungsform)
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4 zeigt
einen Kühlmittelkreis
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
der vorliegenden Erfindung. Diese zweite Ausführungsform hat den gleichen
Kühlkreis
wie die erste Ausführungsform,
die in 1 dargestellt ist, und unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform
darin, dass ein Inverter 101 zum Steuern der Ausgabe des Kompressors 1 und
ein Steuerabschnitt 102 zum Steuern dieses Inverters 101 vorgesehen
sind. Daher wird diese zweite Ausführungsform beschrieben mit
einer Betonung auf den Unterschied von der ersten Ausführungsform,
wobei die gleichen Bezugsziffern für die gleichen Bereiche verwendet
werden wie in der oben erwähnten
ersten Ausführungsform.
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Mit
Bezug auf den in 4 dargestellten Kühlkreislauf
und das in 6 dargestellte Taktungsdiagramm
wird nun ein Abtauvorgang des Umkehrzyklus beschrieben, der durch
Unterbrechen des Heizvorgangs aufgrund des an dem außen angeordneten Wärmetauschers 3 erzeugten
Eises ausgeführt
wird. Auch eine Arbeitsweise zum Einspritzen eines liquiden Kühlmittels
von der Einspritzleitung 22 in den Kompressor 1 hinein
durch Öffnen
des motorisierten Expansionsventils 16 in der Einspritzverwendung während dieses
Abtauvorgangs im Umkehrzyklus wird beschrieben.
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Während des
Heizbetriebs wird das Vierwege-Steuerventil 2 so geschaltet,
dass der durch die gestrichelten Linien angezeigte Verbindungsweg
besteht. In dieser zweiten Ausführungsform
wird angenommen, dass das Vierwege-Steuerventil 2 so gestaltet
ist, dass der durch die gestrichelten Linien angezeigte Verbindungsweg
besteht, wenn das Ventil abgeschaltet ist, und dass der durch die
durchgezogenen Linien angezeigte Verbindungsweg besteht, wenn das
Ventil eingeschaltet ist. In diesem Heizbetrieb sind ein äußerer Lüfter 103 auf
der Seite des außen
angeordneten Wärmetauschers 3 sowie
ein innerer Lüfter 105 auf
der Seite des innen angeordneten Wärmetauschers 6 im
Betrieb. In dieser Stufe ist der Grad der Öffnung des motorisierten Hauptventils 9 vermindert.
Das motorisierte Expansionsventil 16 in der Einspritzverwendung
ist geschlossen.
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Wenn
der Steuerabschnitt 102 erfasst, dass Eis an dem außen angeordneten
Wärmetauscher 3 während dieses
Heizbetriebs erzeugt wird, und zwar durch ein Temperatursignal von
einem außen
angeordneten Temperatursensor 106, dann wird das Vierwege-Steuerventil 2 zunächst umgeschaltet,
so dass der durch die durchgezogenen Linien angezeigte Verbindungsweg
besteht, um den Weg in die Kühlposition
zu versetzen. Unmittelbar nach diesem Vorgang werden der äußere Lüfter 103 und
der innere Lüfter 105 angehalten
und die Öffnungsgrade
des motorisierten Hauptventils 9 und des motorisierten Expansionsventils 16 in
der Einspritzverwendung werden vergrößert, um so einen spezifizierten Öffnungsgrad
für die
Abtauverwendung einzustellen. Gleichzeitig mit diesem Vorgang erhöht der Steuerungsabschnitt 102 die
Frequenz des Inverters 101, um die Ausgabe des Kompressors 1 zu
erhöhen. Durch
diesen Vorgang beginnt die Vorrichtung den Abtauvorgang im Umkehrzyklus.
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Während dieses
Abtauvorgangs im Umkehrzyklus wird das von dem Kompressor 1 ausgegebene Kühlmittel
kondensiert mittels des außen
angeordneten Wärmetauschers 3,
um das Eis an dem außen angeordneten
Wärmetauscher 3 zu
schmelzen, und anschließend
wird es dazu gebracht, von der Verbindung P1 in den Unterkühl-Wärmetauscher 15 hinein über das
Rückschlagventil 11 des
Gleichrichterkreises 5 zu strömen. Das in den Unterkühl-Wärmetauscher 15 hineinströmende Hauptstrom-Kühlmittel tauscht Wärme mit
dem Bypass-Strom-Kühlmittel, das
durch die innere Leitung 21 hindurchströmt, und strömt dann in das motorisierte
Hauptventil 9 hinein. Nach dem Expandieren in diesem Expansionshauptventil 9 kehrt
der Hauptstrom des Kühlmittels
zur Einlassseite des Kompressors 1 durch den innen angeordneten
Wärmetauscher 6 hindurch
zurück.
Die Veränderung
des Zustands des Hauptstrom-Kühlmittels in
diesem Abtauvorgang im Umkehrzyklus wird angezeigt durch die Liniensegmente
G1, G2, G3, G4 und G5 des in 5 dargestellten
Mollier-Diagramms.
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Andererseits
verläuft
das Bypass-Strom-Kühlmittel
von der Verbindung P1 durch das motorisierte Expansionsventil 16 in
der Einspritzverwendung, dessen Öffnungsgrad
groß ist,
und durch die innere Leitung 21 und die Einspritzleitung 22 in
einem Zustand geringer Trockenheit hindurch, in welchem eine große Menge
an flüssigem
Kühlmittel
vorhanden ist, um dann in den Zwischendruckbereich 1a des
Kompressors 1 eingespritzt zu werden. Die Veränderung
des Zustands des Bypass-Strom-Kühlmittels
in diesem Abtauvorgang des Umkehrzyklus ist angezeigt durch die
Liniensegmente H1 und H2 des Mollier-Diagramms der 5. Wie oben
beschrieben, kann dadurch, dass der Grad der Öffnung des motorisierten Expansionsventils 16 in der
Einspritzverwendung groß gemacht
wird, die Länge
des Liniensegments H2 verkürzt
werden, so dass das Kühlmittel,
das einen großen
Anteil an flüssigem
Kühlmittel
beinhaltet und eine geringe Trockenheit hat, in den Kompressor 1 eingespritzt
werden kann.
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Wie
oben beschrieben, wird gemäß dieser zweiten
Ausführungsform
das Bypass-Strom-Kühlmittel,
das das motorisierte Hauptventil 9 und den innen angeordneten
Wärmetauscher 6 umgangen
hat, dazu gebracht, von der Einspritzleitung 22 zum Kompressor 1 in
dem Zustand zurückzukehren,
in welchem ein großer
Anteil an flüssigem
Kühlmittel
vorhanden ist. Daher kann die Menge des Kühlmittels, das von dem Kompressor 1 zu
dem außen
angeordneten Wärmetauscher 3 während des
Abtauvorgangs im Umkehrzyklus umläuft, erhöht werden, so dass der Abtauvorgang
in einer kurzen Zeit vollendet werden kann. Die Zeit, während der
der Heizbetrieb unterbrochen ist, kann daher reduziert werden durch den
Abtauvorgang im Umkehrzyklus, wodurch der Komfort beim Heizen verbessert
werden kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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Die 7 zeigt
einen Kühlkreislauf
gemäß der dritten
Ausführungsform
der Kühlvorrichtung
der vorliegenden Erfindung. Diese dritte Ausführungsform hat einen Kühlkreislauf,
in welchem ein Kompressor 81, ein Vierwege-Steuerventil 82,
ein außen angeordneter
Wärmetauscher 83,
ein Hauptexpansionsventil 85 und ein innen angeordneter
Wärmetauscher 86 in
Reihe verbunden sind. Dieser Kühlkreislauf
hat eine Bypass-Leitung 90, die verbunden ist mit einem
Zwischendruckbereich 81a des Kompressors 81, und
eine Kühlleitung 88 zum
Verbinden des außen
angeordneten Wärmetauschers 83 mit
dem Hauptexpansionsventil 85. Diese Bypass-Leitung 90 ist
versehen mit einem elektromagnetisch gesteuerten Ventil 91.
Dieses elektromagnetisch gesteuerte Ventil 91 und die Bypass-Leitung 90 bilden
einen Flüssigkeitseinspritzkreis 93.
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In
der dritten Ausführungsform
mit dem oben beschriebenen Aufbau wird der Abtauvorgang des Umkehrzyklus
ausgeführt
durch Umschalten des Vierwege-Steuerventils 82, um in diesem Ventil
einen Verbindungsweg herzustellen, der durch die durchgezogenen
Linien angezeigt ist, wenn Eis an dem außen angeordneten Wärmetauscher 83 erzeugt
wird, während
der Heizbetrieb ausgeführt
wird, indem in dem Vierwege-Steuerventil 82 ein
durch die gestrichelten Linien angezeigter Verbindungsweg erzeugt wird.
Durch Öffnen
des elektromagnetisch gesteuerten Ventils 91 während dieses
Abtauvorgangs im Umkehrzyklus kann das von dem außen angeordneten
Wärmetauscher 83 in
Richtung des Haupt-Expansionsventils 85 gerichtete
flüssige
Kühlmittel
von der Bypass-Leitung 90 in den Zwischendruckbereich 81a des
Kompressors 81 eingespritzt werden, während es das Haupt-Expansionsventil 85 und
den innen angeordneten Wärmetauscher 86 umgeht. Durch
diesen Vorgang kann die Menge des Kühlmittels, die von dem Kompressor 81 zu
dem außen
angeordneten Wärmetauscher 83 während des
Abtauvorgangs im Umkehrzyklus umläuft, erhöht werden. So kann der Abtauvorgang
in einer kurzen Zeit vollendet werden. Daher kann die Zeit, während der
der Heizbetrieb unterbrochen ist, reduziert werden durch den Abtauvorgang
im Umkehrzyklus, wodurch der Komfort beim Heizen verbessert werden
kann.
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GEWERBLICHE
ANWENDBARKEIT
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Wie
oben beschrieben, kann die Kühlvorrichtung
der vorliegenden Erfindung auf eine Kühlvorrichtung angewandt werden,
die mit einem Einspritzkreis versehen ist, und sie ist insbesondere
dazu nützlich,
den Einspritzkreis zu geringen Kosten leise zu machen. Die Kühlvorrichtung
ist außerdem
nützlich
beim Reduzieren der Abtauzeit im Umkehrzyklus durch Verwenden des
Einspritzkreises und zum Verbessern des Komforts.