DE69825178T2 - Kältegerät - Google Patents

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heat exchanger
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subcooling
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Einspritzkreis versehene Kühlvorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine weitere Kühlvorrichtung ist bekannt aus dem Patent US 5,596,878 .
  • Außerdem verursacht das Vorsehen des elektromagnetisch gesteuerten Ventils 66 nur zum Ein- und Ausschalten des Einspritzkreises nachteilig einen Anstieg der Kosten.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist ein Kreisdiagramm eines Kühlkreislaufs einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 1B ist ein modifiziertes Beispiel des Gleichrichterkreises der ersten Ausführungsform;
  • 2 ist ein Mollier-Diagramm zum Erläutern des Betriebs der oben beschriebenen Klimaanlage;
  • 3 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern des Steuerungsbetriebs des motorisierten Expansionsventils in der Einspritzverwendung der oben erwähnten Klimaanlage;
  • 4 ist ein Kreisdiagramm eines Kühlkreislaufs für eine Klimaanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist ein Mollier-Diagramm, wenn eine Flüssigkeitseinspritzung in der oben erwähnten zweiten Ausführungsform ausgeführt wird;
  • 6 ist ein Taktungsdiagramm beim Ausführen eines Abtauvorgangs im Umkehrzyklus gemäß der zweiten oben erwähnten Ausführungsform;
  • 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;
  • 9 ist ein Mollier-Diagramm des Gas-Einspritzzyklus der oben erwähnten herkömmlichen Kühlvorrichtung;
  • 10 ist ein Kreisdiagramm des Kühlkreislaufs einer anderen herkömmlichen Kühlvorrichtung, die eine Gaseinspritzung ausführt; und
  • 11 ist ein Mollier-Diagramm, wenn eine Gaseinspritzung während des Abtauens in der oben erwähnten herkömmlichen Kühlvorrichtung ausgeführt wird.
  • BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird genau auf der Grundlage der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 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.
  • 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.
  • Dann sind ein Unterkühlkreis 8, ein motorisiertes Hauptventil 9 und ein Einspritzkreis 10 zwischen den Verbindungen P1 und P2 des Gleichrichterkreises 5 angeschlossen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 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.
  • 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.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • 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.

Claims (7)

  1. Kühlgerät mit einem Kompressor (1), einem Kondensator (3, 6), einem Hauptexpansionsmechanismus (9), einem Verdampfer (6, 3), einem Unterkühlungskreis (8) zwischen dem Kondensator (3, 6) und dem Hauptexpansionsmechanismus (9) sowie einem Einspritzkreis (10) zum Einspritzen eines Gaskühlmittels aus dem Unterkühlungskreis (8) in einen Zwischendruckbereich (1a) des Kompressors (1) hinein, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät außerdem ein motorisiertes Expansionsventil (16) aufweist, das in einem Unterkühlungsrohr vorgesehen ist, welches von einem Hauptstrom auf der stromaufwärtigen Seite (P1) des Unterkühlungskreises (8) abzweigt und den Unterkühlungskreis (8) erreicht.
  2. Kühlgerät nach Anspruch 1, mit einem ersten Öffnungssteuerabschnitt (S2, S3, S4), um das motorisierte Expansionsventil (16) auf einen geringen Öffnungsgrad nahe eines vollständig geschlossenen Zustands zu setzen, wenn der Einspritzkreis (10) seinen Betrieb im Wesentlichen eingestellt hat.
  3. Kühlgerät nach Anspruch 1, mit einem Gleichrichterkreis (5), um das Kühlmittel sequentiell in den Kondensator (3, 6), den Unterkühlungs-Wärmetauscher (15) und den Hauptexpansionsmechanismus (9) eintreten zu lassen, und zwar sowohl in einem Kühlvorgang als auch in einem Heizvorgang.
  4. Kühlgerät nach Anspruch 1, mit einem zweiten Öffnungssteuerabschnitt (56, S7, 58, S9) zum Steuern des Öffnungsgrads des motorisierten Expansionsventils (16), um den Öffnungsgrad gemäß einer Kühlmitteltemperatur des Einspritzkreises (10) zu erhöhen oder abzusenken.
  5. Kühlgerät nach Anspruch 1, worin der Einspritzkreis (10) während eines Abtauvorgangs (1) im Umkehrzyklus ein Kühlmittel aus dem äußeren Wärmetauscher (3) in den Kompressor einspritzen kann, indem der Hauptexpansionsmechanismus (9) und der im Innenraum angeordnete Wärmetauscher (6) umgangen werden.
  6. Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei der Unterkühlungskreis (8) einen Unterkühlungs-Wärmetauscher (15) hat und der Einspritzkreis (10) ein Gaskühlmittel von dem Unterkühlungs-Wärmetauscher (15) in einen Zwischendruckbereich (1a) des Kompressors (1) hineinspritzen kann, und worin das Unterkühlungsrohr von dem Hauptstrom auf der stromaufwärtigen Seite (P1) des Unterkühlungs-Wärmetauschers (15) abzweigt und den Unterkühlungs-Wärmetauscher (15) erreicht.
  7. Kühlgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, zum Steuern der Ausgabe des Kompressors (1) mittels eines Inverters, wobei das Gerät ein Steuermittel (S2, S3, S5) zum Einschalten eines Einspritzbetriebs des Einspritzkreises (10) durch Öffnen des motorisierten Expansionsventils (16) aufweist, wenn der Kompressor (1) eine Betriebsfrequenz erreicht, die nicht geringer ist als eine spezifizierte Betriebsfrequenz.
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