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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfkompressions-Kühlmaschine
zum Transport von Wärme
von einem Bereich auf der Niedertemperatur-Seite zu einem Bereich
auf der Hochtemperatur-Seite. Die Dampfkompressions-Kühlmaschine der
vorliegenden Erfindung findet wirksam Anwendung bei einer Klimaanlage
zur Verwendung bei einem Fahrzeug.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik.
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Wie
bekannt arbeitet die Dampfkompressions-Kühlmaschine wie folgt. Ein in
flüssiger
Phase vorliegendes Kühlmittel
wird mittels eines Expansionsventils dekomprimiert, und das Kühlmittel,
dessen Druck herabgesetzt worden ist, wird verdampft, um Wärme zu absorbieren,
und das so verdampfte Kühlmittel,
dessen Phase zur gasförmigen
Phase geworden ist, wird adiabat mittels eines Kompressors komprimiert,
sodass die Temperatur angehoben werden kann und die in dem Verdampfungsvorgang
absorbierte Wärme
abgestrahlt werden kann.
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In
herkömmlicher
Weise ist das Expansionsventil mit einer Feder, um eine Vorlast
(Ausgangslast) am Ventilkörper
wirken zu lassen, der den Grad der Drosselöffnung einstellt, sodass der Überhitzungsgrad
des in den Kompressor eingesaugten Kühlmittels in einem vorbestimmten
Bereich eingestellt werden kann. Diese Technik betreffend siehe
beispielsweise das Amtsblatt zur ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-213 842.
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In
diesem Zusammenhang besteht das Expansionsventil aus einer Vielzahl
von Teilen, wie einer Membran, einem Ventilkörper usw. Üblicherweise ist die maximale
Verschiebung des Ventilkörpers nicht
größer als
1 mm, d.h. die maximale Verschiebung des Ventilkörpers ist sehr klein. Entsprechend kann
sogar dann, wenn die Schwankung der Abmessungen der Teile, die das
Expansionsventil bilden, klein ist, die Arbeit des Ventilkörper stark
beeinträchtigt
sein.
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Daher
ist es üblich,
eine Vorlast-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Vorlast (Ausgangslast) vorzusehen,
die auf den Ventilkörper
oder eine Membran mittels einer Feder zur Einwirkung gebracht wird.
Wenn die Vorlast-Einstelleinrichtung eingestellt wird, nachdem alle
Teile zusammengebaut worden sind, wird die Vorlast so eingestellt,
dass der Ventilkörper
in geeigneter Weise betätigt
werden kann.
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Entsprechend
dem im Amtsblatt zur ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2002-213 842 beschriebenen Expansionsventil ist eine Vorlast-Einstelleinrichtung
vorgesehen. Es ist notwendig, die Vorlast-Einstelleinrichtung einzustellen,
nachdem alle Teile zusammengebaut worden sind. Daher ist es schwierig,
die Anzahl der Teile des Expansionsventils zu verringern. Ferner
ist es schwierig, die Anzahl der Vorgänge bei dem Herstellungsvorgang
zu verringern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf die obigen Punkte geschaffen
worden. Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfkompressions-Kühlmaschine
zu schaffen, die ein neues Expansionsventil aufweist, das sich von dem
herkömmlichen
unterscheidet. Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die Herstellungskosten der Dampfkompressions-Kühlmaschine durch Herabsetzung
der Herstellungskosten des Expansionsventils herabzusetzen.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgaben umfasst unter einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung eine Dampfkompressions-Kühlmaschine zum Transport von
Wärme von
einer Niedertemperatur-Seite zu einer Hochtemperatur-Seite: einen
Kompressor (1) zum Ansaugen und Komprimieren eines Kühlmittels; einen
Kühler
(2) zum Abstrahlen von Wärme von dem Hochdruck-Kühlmittel;
ein Expansionsventil (5) zum Dekomprimieren und Expandieren
des mittels des Kühlers
(2) gekühlten
Kühlmittels;
einen Verdampfer (6) zum Verdampfen des mittels des Expansionsventils
(5) dekomprimierten Kühlmittels,
sodass Wärme
durch das Kühlmittel
absorbiert werden kann; und einen inneren Wärmetauscher (7) zur
Durchführung
eines Wärmeaustauschs
zwischen dem Hochdruck-Kühlmittel
vor der Dekomprimierung mittels des Expansionsventils (5)
und dem Niederdruck-Kühlmittel,
das durch den Kompressor (1) anzusaugen ist, wobei das
Expansionsventil (5) aufweist: eine dünne folienartige Membran (5c)
zur Ausbildung eines luftdicht abgeschlossenen Raums (5a), in
dem eine vorbestimmte Gas menge enthalten ist; einen Ventilkörper (5d)
zur Änderung
des Grads der Drosselöffnung,
die mit einer Verschiebung der Membran (5c) gekoppelt ist;
eine Feder (5q), um eine elastische Kraft an dem Ventilkörper (5d)
in einer solchen Richtung, dass das Volumen des luftdicht abgeschlossenen
Raums (5a) verkleinert werden kann, von einer der Membran
(5c) gegenüberliegenden Seite
aus zu der Seite der Membran (5c) hin, an der der luftdicht
abgeschlossene Raum (5a) angeordnet ist, einwirken zu lassen,
und einen Lastlieferungsbereich (5r), um eine Ausgangslast
an der Feder (5q) einwirken zu lassen, wobei sich der Druck
in dem luftdicht abgeschlossenen Raum (5a) entsprechend
der Temperatur des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels ändert, der
Druck des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels an der Seite der
Membran (5), die der Seite der Membran (5c), an
der der luftdicht abgeschlossene Raum (5a) angeordnet ist,
gegenüberliegt,
wirkt und der Lastlieferungsbereich (5r) mit Bezug auf
das Gehäuse
(5j) nicht bewegt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der innere Wärmetauscher
(7) vorgesehen. Daher wird das in das Expansionsventil
(5) einströmende
Kühlmittel durch
diesen inneren Wärmetauscher
(7) gekühlt, und
wird die Enthalpie des in den Verdampfer (6) einströmenden Kühlmittels
herabgesetzt. Im Gegensatz hierzu wird das in den Kompressor (1)
eingesaugte Kühlmittel
durch diesen inneren Wärmetauscher
(7) erwärmt.
Entsprechend ist die Enthalpiedifferenz zwischen dem Kühlmittel
am Einlass und dem Kühlmittel am
Auslass des Verdampfers (6) vergrößert, und kann das Wärmeabsorptionsvermögen des
Verdampfers (6) vergrößert werden.
Ferner kann, da der Überhitzungsgrad
des in den Kompressor (1) eingesaugten Kühlmittels
vergrößert werden
kann, sogar, falls die Vorlast-Einstelleinrichtung weggelassen ist, die
Dampfkompressions-Kühlmaschine
stabil betrieben werden.
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Entsprechend
können,
da die Herstellungskosten des Expansionsventils (5) herabgesetzt
werden können,
die Herstellungskosten der Dampfkompressions-Kühlmaschine
herabgesetzt werden.
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Unter
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dampfkompressions-Kühlmaschine
zum Transport von Wärme
von einem Bereich an der Niedertemperatur-Seite zu einem Bereich
an der Hochtemperatur-Seite: einen Kompressor (1) zum Ansaugen
und Komprimieren eines Kühlmittels;
einen Kühler
(2) zum Abstrahlen von Wärme von dem Hochdruck-Kühlmittel; ein Expansionsventil
(5) zum Dekomprimieren und Expandieren des mittels des
Kühlers
(2) gekühlten
Kühlmittels;
einen Verdampfer (6) zum Verdampfen des mittels des Expansionsventils
(5) dekomprimierten Kühlmittels,
sodass Wärme
durch das Kühlmittel
absorbiert werden kann; und einen inneren Wärmetauscher (7) zur
Durchführung
eines Wärmeaustauschs zwischen
dem Hochdruck-Kühlmittel
vor der Dekomprimierung mittels des Expansionsventils (5)
und dem Niederdruck-Kühlmittel,
das durch den Kompressor (1) anzusaugen ist, wobei das
Expansionsventil (5) aufweist: eine dünne folienartige Membran (5c)
zur Ausbildung eines luftdicht abgeschlossenen Raums (5a),
in dem eine vorbestimmte Gasmenge enthalten ist; und einen Ventilkörper (5d)
zur Änderung
des Grads der Drosselöffnung,
die mit einer Verschiebung der Membran (5c) gekoppelt ist;
wobei sich der Druck in dem luftdicht abgeschlossenen Raum (5a)
entsprechend Temperatur des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels ändert, der
Druck des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels an der Seite der
Membran (5), die der Seite der Membran (5c), an
der der luftdicht abgeschlossene Raum (5a) angeordnet ist,
gegenüberliegt,
wirkt und die Membran (5c) ausschließlich durch die Druckdifferenz
zwischen dem luftdicht abgeschlossenen Raum (5a) und dem
aus dem Verdampfer (6) ausströmenden Kühlmittel verschoben wird.
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Da
bei der vorliegenden Erfindung der innere Wärmetauscher (7) vorgesehen
ist, wird das in das Expansionsventil (5) einströmende Kühlmittel
durch diesen inneren Wärmetauscher
(7) gekühlt.
Daher wird die Enthalpie des in den Verdampfer (6) einströmenden Kühlmittels
herabgesetzt. Im Gegensatz hierzu wird das in den Kompressor (1)
eingesaugte Kühlmittel
erwärmt.
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Entsprechend
ist die Enthalpiedifferenz zwischen dem Kühlmittel am Einlass und dem
Kühlmittel am
Auslass des Verdampfers (6) vergrößert, und kann die Wärmeabsorptionseigenschaft
des Verdampfers (6) verbessert werden. Ferner kann, da
der Überhitzungsgrad
des in den Kompressor (1) eingesaugten Kühlmittels
vergrößert werden
kann, sogar, falls die Vorlast-Einstelleinrichtung weggelassen ist, die
Dampfkompressions-Kühlmaschine
stabil betrieben werden.
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Entsprechend
können,
da die Herstellungskosten des Expansionsventils (5) herabgesetzt
sind, die Herstellungskosten der Dampfkompressions-Kühlmaschine
herabgesetzt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Verbindungsstange (5f) zur Verbin dung
der Membran (5c) mit dem Ventilkörper (5d) mit der
Membran (5) zusammengefügt,
und ist ferner die Verbindungsstange (5f) mit dem Ventilkörper (5d)
zusammengefügt.
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Infolge
der oben angegebenen Struktur können
die Membran (5c) und der Ventilkörper (5d) gemeinsam
verschoben werden. Daher kann das Expansionsventil (5)
schnell reagieren.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist das Membrangehäuse (5s) zur Abstützung der
Membran (5c) von der Seite der Membran (5c), die
der Seite der Membran (5c), an der der luftdicht abgeschlossene Raum
(5a) angeordnet ist, gegenüberliegt, mit dem Gehäuse (5f)
zusammengefasst ausgebildet, in dem der Ventilsitz (5h)
ausgebildet ist. Alternativ ist als Membrangehäuse (5s) mit dem Gehäuse (5j)
integral zusammengefasst.
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Infolge
der oben angegebenen Struktur kann die Abmessungsgenauigkeit des
Zusammenbaus der Membran (5c), des Ventilkörpers (5d)
und des Ventilsitzes (5h) verbessert sein.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist der innere Wärmetauscher (7) ein
doppeltes Rohr, das aus einem inneren zylindrischen Rohr (7a)
und einem äußeren zylindrischen
Rohr (7b) besteht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Expansionsventil (5) das Expansionsventil
(5) in dem Leitungsmittel untergebracht, das einen Kühlmittelkanal
bildet, in dem das Niederdruck-Kühlmittel strömt.
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Infolge
der oben angegebenen Struktur kann beispielsweise, während das
Expansionsventil (5) gegenüber der Wärme, die durch den Motor für den Fahrbetrieb
erzeugt wird, geschützt
ist, das durch die Vibration des Expansionsventils (5)
erzeugte Geräusch
herabgesetzt werden. Ferner kann, während eine Fehlfunktion des
Expansionsventils (5), die durch Wärme, die durch den Motor erzeugt
wird, verursacht ist, verhindert ist, der Grad der Freiheit vergrößert werden,
wenn eine Position, an der das Expansionsventil (5) angebracht
ist, zu bestimmen ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Expansionsventil (5) in einer solchen
Weise befestigt, dass das Expansionsventil (5) in dem Leitungsmittel (8)
elas tisch verschoben werden kann.
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Infolge
der oben angegebenen Struktur kann die Vibration des Expansionsventils
(5), die bei dem Vorgang der Dekompression erzeugt wird,
absorbiert werden. Daher kann das durch die Vibration des Expansionsventils
(5) erzeugte Geräusch
herabgesetzt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind der innere Wärmetauscher
(7) und das Expansionsventil (5) miteinander zu
einem einzigen Körper
zusammengefasst.
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Infolge
der oben angegebenen Struktur kann die Anzahl der Leitungen verringert
werden. Daher kann die Anzahl der Vorgänge für den Zusammenbau der Dampfkompressions-Kühlmaschine
verringert werden, und kann die Dampfkompressions-Kühlmaschine
in einem kleinen Raum eingebaut werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist vollständiger aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen zu verstehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Ansicht mit der Darstellung
eines Modells einer Dampfkompressions-Kühlmaschine einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein p-h-Diagramm der Dampfkompressions-Kühlmaschine
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung
des inneren Wärmetauschers
der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung
des Expansionsventils der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung
des Expansionsventils der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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6 ein Diagramm mit der Darstellung
der Beziehung zwischen der Kühlkapazität und dem Überhitzungsgrad;
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7 eine schematische Darstellung
eines Expansionsventils einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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8 eine schematische Darstellung
des Expansionsventils der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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9 eine schematische Darstellung
eines Expansionsventils einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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10 eine schematische Darstellung
eines Expansionsventils einer vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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11 eine schematische Darstellung
eines Expansionsventils einer vierten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
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12 ein Diagramm mit der
Darstellung der Beziehung zwischen der Strömungsrate und dem Überhitzungsgrad.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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(Erste Ausführungsform)
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Bei
dieser Ausführungsform
findet die Dampfkompressions-Kühlmaschine
der vorliegenden Erfindung Anwendung bei einer Klimaanlage zur Verwendung
bei einem Fahrzeug. 1 ist
eine Ansicht mit der Darstellung eines Modells der Dampfkompressions-Kühlmaschine
der vorliegenden Erfindung, und 2 ist
ein p-h-Diagramm der Dampfkompressions-Kühlmaschine der vorliegenden
Erfindung.
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In 1 saugt der Kompressor 1 das
Kühlmittel
an und komprimiert es. Bei dieser Ausführungsform ist der Kompressor 1 mit
einem Motor für den
Fahrbetrieb zusammengebaut und durch die vom Motor aus zugeführte Energie
angetrieben. Der Kühler 2 ist
ein Wärmetauscher
auf der Hochdruck-Seite, der Wärme
zwischen dem Hochdruck-Kühlmittel,
das vom Kompressor 1 aus abgegeben worden ist, und der
Außenluft
austauscht, sodass das Hochdruck-Kühlmittel
gekühlt
werden kann.
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In
diesem Zusammenhang ist bei dieser Ausführungsform der Druck des Hochdruck-Kühlmittels auf
einen Wert niedriger als der kritische Druck des Kühlmittels
eingestellt. Daher wird, während
das Kühlmittel
von der Dampfphase zur Flüssigphase
im Kühler 2 wechselt,
die Enthalpie des Kühlmittels
herabgesetzt.
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Der
Aufnahmebehälter 3 ist
ein Dampf/Flüssigkeits-Abscheider
zur Aufteilung des vom Kühler 2 ausströmenden Kühlmittels
in dampfförmiges
Kühlmittel
und in flüssiges
Kühlmittel
und zur Speicherung des überschüssigen Kühlmittels
als flüssiges
Kühlmittel.
Der Überkühler 4 ist
ein Neben-Kühler
zum weiteren Kühlen
des flüssigen
Kühlmittels,
das vom Aufnahmebehälter 3 aus
zugeführt
wird, um so den Überhitzungsgrad
des Kühlmittels
zu vergrößern In diesem
Zusammenhang sind bei der vorliegenden Erfindung, der Kühler 2,
der als Kondensator dient, der Aufnahmebehälter 2 und der Neben-Kühler 4 miteinander
zu einem einzigen Körper
im Wege der Verlötung
zusammengefasst.
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Das
Expansionsventil 5 ist ein Dekompressionsmittel zum Dekomprimieren
des Hochdruck-Kühlmittels.
Bei dieser Ausführungsform
wird ein Expansionsventil des Temperaturtyps verwendet, bei dem der
veränderbare
Drosselungsbereich für
das Einstellen des Drosselungsgrads entsprechend dem Überhitzungsgrad
auf der Zuführungsseite
des Verdampfers 6 und der Temperaturfeststellungsbereich zum
Feststellen des Überhitzungsgrads
des Kühlmittels
zu einem einzigen Körper
zusammengefasst sind. Detaillierte Erläuterungen der Struktur folgen weiter
unten.
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Der
Verdampfer 6 ist ein niedertemperaturseitiger Wärmetauscher
zum Verdampfen des flüssigen
Kühlmittels,
das mittels des Expansionsventils 5 dekomprimiert worden
ist. Bei dieser Ausführungsform
arbeitet der Verdampfer 6 in einer solchen Weise, dass
Wärme aus
einem Strom von Luft, die in den Fahrgastraum ausgeblasen wird,
absorbiert wird und das Kühlmittel
verdampft wird, sodass der Strom der in den Fahrgastraum ausgeblasenen
Luft gekühlt werden
kann und die so absorbierte Wärme
durch den Kühler 2 nach
außen
abgestrahlt wird. Im Gegensatz hierzu kann Wärme aus der Außenluft
absorbiert werden, und kann die so absorbierte Wärme in den Strom der Luft,
die in den Fahrgastraum ausgeblasen wird, abgestrahlt werden, sodass
der Fahrgastraum erwärmt
werden kann.
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In
dem inneren Wärmetauscher 7 wird
Wärme zwischen
dem Hochdruck-Kühlmittel
vor der mittels des Expansionsventils 5 durchgeführten Dekomprimierung
und dem Niederdruck-Kühlmittel
durchgeführt,
das in den Kompressor 1 einzusaugen ist. Mittels dieses
inneren Wärmetauschers 7 wird
das in das Expansionsventil 5 einströmende Kühlmittel gekühlt, und
wird die Enthalpie des in den Verdampfer 6 einströmenden Kühlmittels
herabgesetzt. Im Gegensatz hierzu wird das in den Kompressor 1 eingesaugte
Kühlmittel
erwärmt,
und kann der Überhitzungsgrad
erhöht
werden.
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In
diesem Zusammenhang ist der innere Wärmetauscher 7 ein
Wärmetauscher
des Typs mit einem doppelten Rohr, der aus einem inneren zylindrischen
Rohr 7a, in dem das Hochdruck-Kühlmittel strömt, und
einem äußeren zylindrischen Rohr 7b besteht,
in dem das Niederdruck-Kühlmittel
strömt.
In diesem Zusammenhang sind bei dieser Ausführungsform sowohl das innere
zylindrische Rohr 7a als auch das äußere zylindrische Rohr 7b zu
einem Zylinder 7 ausgebildet. Jedoch ist zu beachten, dass
die vorliegende Erfindung nicht auf die oben angegebene besondere
Ausführungsform
beschränkt
ist und beispielsweise sowohl das innere zylindrische Rohr 7a als
auch das äußere zylindrische
Rohr 7b zu einem quadratischen Rohr ausgebildet sein können.
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Als
Nächstes
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 und 5 die Struktur des Expansionsventils 5 beschrieben.
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In 4 ist die erste Druckkammer 5a ein luftdicht
abgeschlossener Raum, in dem eine vorbestimmte Gasmenge (Kühlmittelgas
bei dieser Ausführungsform)
enthalten ist. Diese erste Druckkammer 5a besteht aus einem
ersten Membrangehäuse 5b,
das aus einem steifen Material, beispielsweise Metall, hergestellt
ist, und aus einer dünnen
folienartigen Membran 5c.
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Der
Ventilkörper 5d stellt
den Grad der Drosselöffnung
des Expansionsventils 5 ein, das heißt den Öffnungsgrad des Ventilanschlusses 5e.
Der Ventilkörper 5d und
die Membran 5c sind mechanisch miteinander gekoppelt und
werden zusammen mittels der pfeilerförmigen Verbindungsstange 5f verschoben.
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Ein
Abstandhalter 5g führt
die Verschiebung der Verbindungsstange 5f, sodass die Verbindungsstange 5f in
axialer Richtung hin und her bewegt werden kann. In diesem Abstandhalter 5g ist
ein konischer, verjüngter
Ventilsitz 5h ausgebildet, um den Ventilkörper 5d zu
stabilisieren. Dieser Abstandhalter 5g ist in das Gehäuse 5j im
Ruhesitz oder im Presssitz eingesetzt.
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Das
Gehäuse 5j weist
auf: einen Einlass 5k für
Hochdruck-Kühlmittel,
der mit dem inneren Wärmetauscher 7 verbunden
ist; einen Auslass 5m für dekomprimiertes
Kühlmittel,
der mit der Kühlmittel-Einlassseite
des Verdampfers 6 verbunden ist, und einen Einführungsanschluss 5n für Niederdruck-Kühlmittel
zum Einführen
des Drucks des Kühlmittels,
das aus dem Verdampfer 6 ausströmt ist.
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Der
Druck, der vom Einführungsanschluss 5n für Niederdruck-Kühlmittel
eingeführt
worden ist, wird in eine zweite Druckkammer 5p eingeführt, die an
der Seite der Membran 5c vorgesehen ist, die der Seite
der Membran 5c gegenüberliegt, an
der die erste Druckkammer 5a angeordnet ist. Daher wirkt
der vom Einführungsanschluss 5n für Niederdruck-Kühlmittel
aus eingeführte
Druck an der Membran 5c von der der ersten Druckkammer 5a gegenüberliegenden Seite
aus.
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In
diesem Zusammenhang besteht die zweite Druckkammer 5p aus
der Membran 5c, dem Gehäuse 5j und
dem zweiten Membrangehäuse 5s.
Das zweite Membrangehäuse 5s ist
an dem Gehäuse 5j angeschraubt.
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Entsprechend
wirkt der Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a an der
Membran 5c so in einer Richtung, dass die Drosselöffnung vergrößert werden
kann. Andererseits wirkt der Kühlmitteldruck
in der zweiten Druckkammer 5p an der Membran 5c so in
einer Richtung, dass die Drosselöffnung
verkleinert werden kann.
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In
diesem Zusammenhang wird, da die Temperatur in der zweiten Druckkammer 5p im
Wesentlichen die gleiche ist wie die Kühlmitteltemperatur an der Kühlmittelauslassseite
des Verdampfers 6, die Temperatur in der zweiten Druckkammer 5p in
die erste Druckkammer 5a über die Membran 5c und
die Verbindungsstange 5f übertragen. Daher wird die Temperatur
in der ersten Druckkammer 5a im Wesentlichen die gleiche
wie die Kühlmitteltemperatur an
der Kühlmittelauslassseite
des Verdampfers 6. Gleichzeitig ist, da eine vorbestimmte
Kühlmittelmenge
in der ersten Druckkammer 5a enthalten ist und das gasförmige Kühlmittel
in der ersten Druckkammer 5a jederzeit in gesättigtem
Zustand gehalten wird, der Innendruck der ersten Druckkammer 5a der gleiche
wie der Druck des gesättigten
Gases.
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Die
Feder 5q ist ein elastisches Mittel, um an der Membran 5c über den
Ventilkörper 5d und
die Verbindungsstange 5f eine elastische Kraft einwirken zu
lassen, wobei diese elastische Kraft so, dass das Volumen der ersten
Druckkammer 5a verkleinert werden kann, von der Seite der
Membran 5c aus, die der Seite der Membran 5c,
an der die erste Druckkammer 5a angeordnet ist, gegenüberliegt,
das heißt
von der Seite der zweiten Druckkammer 5p aus, zu der Seite
der ersten Druckkammer 5a hin wirkt. Die Ausgangslast,
die auf die Feder 5q zur Einwirkung gebracht wird, ist
durch den Abstand von dem Lastlieferungsbereich 5r, der
einen Stufenbereich aufweist, der mit der Feder 5q auf
der dem Ventilkörper 5d gegenüberliegenden
Seite in Berührung
kommt, zu dem Ventilsitz 5h bestimmt.
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In
diesem Fall kann gemäß dieser
vorliegenden Ausführungsform,
da der Lastlieferungsbereich 5r einstückig mit dem Gehäuse 5j zu
einem Körper ausgebildet
ist, der Lastlieferungsbereich 5r nicht gegenüber dem
Gehäuse 5j bewegt
werden, das heißt, der
Lastlieferungsbereich 5r und das Gehäuse 5j sind zu einer
feststehenden Struktur zusammengefasst. Das heißt, gemäß dieser vorliegenden Ausführungsform
ist das Vorlast-Einstellmittel zum Einstellen der Ausgangslast weggelassen,
und ist die Ausgangslast auf einen feststehenden Wert durch die Abmessungsbeziehung
zwischen dem Lastlieferungsbereich 5r und dem Ventilsitz 5h eingestellt.
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In
diesem Zusammenhang ist die maximale Verschiebung des Ventilkörpers 5d zu
dem Zeitpunkt des Betriebs der Dampfkompressions-Kühlmaschine klein,
und ist ferner die Federkonstante der Feder 5q auf einen
niedrigen Wert eingestellt. Daher ist die Last, mit der die Feder 5q auf
die Membran 5c einwirkt, im Wesentlichen die gleiche wie
die Ausgangslast unabhängig
von der Position des Ventilkörpers 5d.
Daher wird die Membran 5c so verschoben, dass die Kraft,
die durch den Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a geschaffen
wird, durch die Summe der Kraft, die durch den Druck in der zweiten
Druckkammer 5p geschaffen wird, und der Ausgangslast ausgeglichen
werden kann.
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Gemäß Darstellung
in 5 ist das Expansionsventil 5 mit
dem inneren Wärmetauscher 7 zu
einem Körper
unter der Bedingung zusammengefasst, dass das Leitungsmittel, um
das Niederdruck-Kühlmittel
strömen
zu lassen, durch Verbinden des inneren Wärmetauschers 7 mit
dem Kompressor 1 und des Leitungsmittels zum Verbinden
des Expansionsventils 5 mit dem Verdampfer 6 in
dem integrierten Gehäuse 8 untergebracht
sind.
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In
diesem Fall kann, da das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 befestigt
ist, das zwischen den elastischen Elementen 8a und 8b,
die aus Gummi hergestellt sind und die elastisch deformiert werden
können,
befestigt ist, das Expansionsventil 5 in dem Leitungsmittel 7 elastisch
deformiert werden.
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In
diesem Zusammenhang ist ein O-Ring 8c ein Dichtungselement
zur Aufrechterhaltung der Luftdichtigkeit des Verbindungsbereichs,
und ist der Deckel 8d ein Element zum Schließen der Öffnung, durch
die hindurch das Expansionsventil 5 in das Gehäuse 8 eingesetzt
wird. Bei dieser Ausführungsform sind
Teile des Expansionsventils 5, das Gehäuse 8 und der innere
Wärmetauscher 7,
aus Metall hergestellt, und sind das Gehäuse 8 und der innere
der Wärmetauscher 7 miteinander
im Wege des Verstemmens kombiniert, und ist der Deckel 8d am
Gehäuse 8 mit
Hilfe von Schrauben befestigt.
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Als
Nächstes
werden nachfolgend die Arbeitsweise und Wirkung dieser Ausführungsform
beschrieben.
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Die
Menge der latenten Wärme
der Verdampfung ist viel größer als
die Menge der fühlbaren Wärme (spezifische
Wärme des
Kühlmittels
in Dampfphase). Daher ist es, um die Kühlkapazität der Dampfkompressions-Kühlmaschine
wirksam zu vergrößern, das
heißt,
um die durch den Verdampfer 6 absorbierte Wärmemenge
wirksam zu vergrößern, notwendig,
das Kühlmittel
in der flüssigen
Phase in allen Bereichen vom Kühlmitteleinlass
aus zum Kühlmittelauslass
des Verdampfers 6 hin zu verdampfen.
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Wenn
das in flüssiger
Phase vorliegende Kühlmittel,
dessen Menge größer als
die Menge des Kühlmittels
ist, die der durch den Verdampfer 6 zu absorbierenden Wärme entspricht,
dem Verdampfer 6 zugeführt
wird, kann das in flüssiger
Phase vorliegende Kühlmittel
in allen Bereichen vom Kühlmitteleinlass
aus zum Kühlmittelauslass
des Verdampfers 6 hin verdampft werden. Entsprechend kann
die durch den Verdampfer 6 zu absorbierende Wärmemenge definitiv
gewährleistet
werden. Jedoch besteht eine große
Möglichkeit,
dass das in flüssiger
Phase vorliegende Kühlmittel
in den Kompressor 1 eingesaugt wird. Wenn das in flüssiger Phase
vorliegende Kühlmittel
in den Kompressor 1 eingesaugt wird, wird das Kühlmittel übermäßig komprimiert,
und steigt der Abgabedruck des Kompressors 1 anormal an,
was eine Beschädigung
des Kompressors 1 und des Kühlers 2 verursacht.
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Der
Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a ist jedoch der Druck
des gesättigtem
Gases, und die Membran 5c wird so verschoben, dass die
Kraft, die durch den Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a erzeugt
wird, durch die Summe der Kraft, die durch den Druck in der zweiten
Druckkammer 5p erzeugt wird, und der Ausgangslast ausgeglichen
werden kann. Daher wird der Grad der Drosselöffnung des Expansionsventils 5 so
geregelt, dass der Grad der Überhitzung
des Kühlmittels
am Einlass 5n zur Einführung
des Niederdruck-Kühlmittels
ein Wert sein kann, der der Ausgangslast entspricht. Entsprechend besteht
aus idealer Sicht keine Möglichkeit,
dass das in flüssiger
Phase vorliegende Kühlmittel
in den Kompressor 1 eingesaugt wird.
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Entsprechend
wird, wie im Abschnitt zum Stand der Technik beschrieben ist, die
Arbeitsweise in herkömmlicher
Weise wie nachfolgend angegeben durchgeführt. Zur Absorption einer Unterschiedlichkeit
zwischen den einzelnen Körpern
des Expansionsventils 5, die durch eine Abmessungsschwankung
verursacht ist, wird, nachdem alle Teile zusammengefügt worden
sind, die Vorlast-Einstelleinrichtung eingestellt, sodass die Ausgangslast
eingestellt werden kann und der Ventilkörper 5d in geeigneter Weise
betätigt
werden kann.
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Andererseits
wird bei dieser Ausführungsform,
da der innere Wärmetauscher 7 vorgesehen
ist, das in das Expansionsventil 5 einströmende Kühlmittel
durch diesen inneren Wärmetauscher 7 gekühlt, und
wird die Enthalpie des in den Verdampfer 6 einströmenden Kühlmittels
herabgesetzt. Daher wird das in den Kompressor 1 eingesaugte
Kühlmittel
im Gegensatz hierzu erwärmt.
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Entsprechend
kann das Wärmeabsorptionsvermögen des
Verdampfers 6 dadurch verbessert werden, dass die Enthalpiedifferenz
zwischen dem Kühlmitteleinlass
und dem Kühlmittelauslass
des Verdampfers 6 groß gemacht
wird, und wird es möglich,
einen Überhitzungsgrad
bei dem in den Kompressor 1 eingesaugten Kühlmittel
vorzusehen. Entsprechend kann sogar dann, wenn die Vorlast-Einstelleinrichtung
weggelassen ist, die Dampfkompressions-Kühlmaschine stabil betrieben
werden.
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Gemäß Darstellung
in 6 wird die Vorlast-Einstelleinrichtung
herkömmlicherweise
so eingestellt, dass der Überhitzungsgrad
in einem vorbestimmten Bereich am Kühlmittelauslass des Verdampfers 6 vorliegen
kann. Jedoch ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung, da die Dampfkompressions-Kühlmaschine mit dem inneren
Wärmetauscher 7 ausgestattet
ist, sogar dann, wenn das in flüssiger Phase
vorliegende Kühlmittel
am Kühlmittelauslass des
Verdampfers 6 vorliegt, beispielsweise möglich, den Überhitzungsgrad
dem Kühlmittel
zu verleihen, das in den Kompressor 1 eingesaugt wird.
Daher kann die Dampfkompressions-Kühlmaschine
in einem weiten Betriebsbereich stabil betrieben werden.
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Da
das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8, das ein Leitungsmittel
bildet, untergebracht ist, kann das durch die Vibration des Expansionsventils 5 verursachte
Geräusch
reduziert werden, während
das Expansionsventil 5 gegenüber der vom Motor für den Fahrbetrieb übertragenen
Wärme geschützt ist.
Entsprechend kann, während
das Auftreten einer Fehlfunktion des Expansionsventils 5 verur sacht
durch die vom Motor aus übertragene
Wärme schon
vorher verhindert ist, der Freiheitsgrad für die Anordnung des Expansionsventils 5 vergrößert sein.
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Da
der innere Wärmetauscher 7 und
das Expansionsventil 5 miteinander zu einem Körper zusammengefasst
sind, ist es möglich,
die Anzahl der Rohrleitungen herabzusetzen, und ist es weiter möglich, die
Anzahl der Vorgänge
für den
Anbau der Dampfkompressions-Kühlmaschine
an einem Fahrzeug herabzusetzen. Ferner ist es möglich, die Dampfkompressions-Kühlmaschine
in einem kleinen Raum anzubringen.
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Da
das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 in einer solchen
Weise befestigt ist, dass das Expansionsventil 5 elastisch
verschoben werden kann, kann die Vibration des Expansionsventils 5,
die bei dem Vorgang der Dekompression erzeugt wird, absorbiert werden.
Daher kann das Auftreten eines durch die Vibration des Expansionsventils 5 verursachten
Geräuschs
herabgesetzt werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei
der ersten Ausführungsform
ist das gesamte Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 untergebracht.
Jedoch ist gemäß der zweiten
Ausführungsform,
wie in 7 und 8 dargestellt ist, wenn der
Deckel 8d im Expansionsventil 5 angeordnet ist,
der Deckel 8d des Gehäuses 8 weggelassen,
sodass die Anzahl der Vorgänge
für den
Anbau verringert sein kann und weiter die Anzahl der Teile verringert
sein kann.
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In
diesem Zusammenhang ist bei dieser Ausführungsform unter der Bedingung,
dass der Ventilanschluss 5e des Expansionsventils 5,
dass heißt
der Drosselungsbereich, im Gehäuse 8 untergebracht ist,
das Expansionsventil 5 in dem Gehäuse 8 befestigt, wobei
es elastisch verschoben werden kann.. Daher kann die während des
Vorgangs der Dekompression erzeugte Vibration des Expansionsventils 5 absorbiert
werden, und kann das Auftreten eines durch die Vibration des Expansionsventils 5 verursachten
Geräuschs
herabgesetzt sein.
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[Dritte Ausführungsform)
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Bei
der ersten und der zweiten Ausführungsform
ist das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 untergebracht.
Jedoch besteht gemäß dieser
Ausführungsform,
wie in 9 dargestellt
ist, das Expansionsventil 5 aus einem einzigen Körper.
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In
diesem Zusammenhang ist bei der ersten und der zweiten Ausführungsform
der Lastlieferungsbereich 5r so ausgebildet, dass er mit
dem Gehäuse 5j zu
einem Körper
zusammengefasst ist. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform der Lastlieferungsbereich 5r vom
Gehäuse 5j getrennt
ausgebildet, und ist der Lastlieferungsbereich 5r am Gehäuse 5j im Wege
des Verstemmens befestigt, sodass der Lastlieferungsbereich 5r in
Hinblick auf das Gehäuse 5j nicht
bewegt werden kann.
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In
diesem Zusammenhang ist es bei der ersten und der zweiten Ausführungsform
in dem Fall, bei dem die Regelungscharakteristik des Expansionsventils 5 bei
der ersten und der zweiten Ausführungsform
geändert
wird, notwendig, dass entweder der Abstandhalter 5g und/oder
das Gehäuse 5j verändert wird,
um die Abmessungsbeziehung zwischen dem Lastlieferungsbereich 5r und
dem Ventilsitz 5h zu ändern.
Jedoch kann bei dieser Ausführungsform, wenn
die Dicke des Lastlieferungsbereichs 5r geändert wird,
die Abmessungsbeziehung zwischen dem Lastlieferungsbereich 5r und
dem Ventilsitz 5h geändert
werden. Daher können
mit Ausnahme des Lastlieferungsbereichs 5r die Teile gemeinsam
verwendet werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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Bei
der ersten bis dritten Ausführungsform weist
das Expansionsventil 5 eine Feder 5q auf, um die
Ausgangslast zur Verfügung
zu stellen. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform, wie in 10 und 11 dargestellt ist, die Feder 5q weggelassen,
und wird die Membran 5c ausschließlich durch die Druckdifferenz Δp zwischen
dem Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a und dem Druck
in der zweiten Druckkammer 5p verschoben.
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In
diesem Zusammenhang sind bei der ersten vorliegenden Ausführungsform
die Membran 5c und die Verbindungsstange 5f miteinander
im Wege des Verschweißens
oder Verlötens
verbunden, und sind die Verbindungsstange 5f und der Ventilkörper 5d miteinander
im Wege des Verschweißens
oder Verlötens
verbunden. Ferner ist das zweite Membrangehäuse 5s mit dem Gehäuse 5j zu
einem Körper zusammengefasst.
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In
diesem Zusammenhang wird bei der vorliegenden Erfindung, nachdem
die Verbindungsstange 5f und der Ventilkörper 5d miteinander
zusammengefügt
sind, die Verbindungsstange 5f in das Gehäuse 5j eingefügt, und
werden die Membran 5c und die Verbindungsstange 5f miteinander
zusammengefügt Als
Nächstes
werden nachfolgend die Arbeitsweise und Wirkung dieser Ausführungsform
beschrieben.
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Da
der Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a der Druck des
gesättigten
Gases ist und die Membran 5c so verschoben wird, dass die
Kraft, die durch den Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a erzeugt wird,
durch die Kraft ausgeglichen werden kann, die durch den Druck in
der zweiten Druckkammer 5p erzeugt wird, wird der Grad
der Drosselöffnung
des Expansionsventils 5 so geregelt, dass der Druck des Kühlmittels
am Einführungsanschluss 5n für die Einführung des
Niederdruck-Kühlmittels
der Druck des gesättigten
Gases sein kann, wie mittels der ausgezogenen Linie in 12 dargestellt ist, dass
heißt
der Grad der Drosselöffnung
des Expansionsventils 5 wird so geregelt, dass der Überhitzungsgrad
in dem Zustand, bei dem der Kompressor 1 angehalten ist, Null
sein kann.
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Andererseits
wird bei dieser Ausführungsform,
da der innere Wärmetauscher 7 vorgesehen
ist, das in das Expansionsventil 5 einströmende Kühlmittel
durch diesen inneren Wärmetauscher 7 gekühlt, und
wird die Enthalpie des in den Verdampfer 6 einströmenden Kühlmittels
herabgesetzt. Daher wird andererseits das in den Kompressor 1 angesaugte Kühlmittel
erwärmt.
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Entsprechend
kann das Wärmeabsorptionsvermögen des
Verdampfers 6 dadurch verbessert werden, dass die Enthalpiedifferenz
zwischen dem Kühlmitteleinlass
und dem Kühlmittelauslass
des Verdampfers 6 groß gemacht
wird, und wird es möglich,
dem in den Kompressor 1 angesaugten Kühlmittel einen Überhitzungsgrad
zu verleihen. Entsprechend kann sogar dann, wenn die Vorlast-Einstelleinrichtung
weggelassen ist, die Dampfkompressions-Kühlmaschine stabil betrieben
werden.
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Da
die Membran 5c und die Verbindungsstange 5f miteinander
zusammengefügt
sind und die Verbindungsstange 5f und der Ventilkörper 5d ebenfalls
miteinander zusammengefügt
sind, ist es möglich,
den Ventilkörper 5d vollständig mit
der Verschiebung der Membran 5c gekoppelt zu verschieben. Entsprechend
kann das Expansionsventil 5 schnell reagieren.
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In
diesem Zusammenhang besteht bei der ersten Ausführungsform, da der Ventilkörper 5d durch
die Feder 5q nach unten gedrückt wird, dann, wenn die Deformationsgeschwindigkeit
der Feder 5q niedriger als die Verschiebungsgeschwindigkeit
der Membran 5c ist, die Möglichkeit, dass der Ventilkörper 5d nicht
mit der Verschiebung der Membran 5c vollständig gekoppelt
sein muss.
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Da
das zweite Membrangehäuse 5s mit
dem Gehäuse 5j zu
einem Körper
zusammengefasst ausgebildet ist, kann die Abmessungsgenauigkeit
zwischen Membran 5c, Ventilkörper 5d und Ventilsitz 5h verbessert
sein.
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Bei
der obigen Ausführungsform
findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei einer Klimaanlage
zur Verwendung bei einem Fahrzeug. Jedoch sollte beachtet werden,
dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obige besondere Ausführungsform beschränkt ist.
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Die
Struktur des inneren Wärmetauschers 7 ist
nicht auf die besondere Struktur beschränkt, die bei der obigen Ausführungsform
dargestellt ist.
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Zwar
ist die Erfindung unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen,
die zu dem Zweck der Erläuterung
ausgewählt
sind, beschrieben worden, jedoch ist ersichtlich, dass zahlreiche
Modifikationen an ihr durch den Fachmann durchgeführt werden
können,
ohne das Grundkonzept und den Umfang der Erfindung zu verlassen.