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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
mit einem Ejektor als einer Kältemitteldekompressions- und
Zirkulationsvorrichtung.
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In
einer Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung ist es
bekannt, einen Ejektor als eine Dekompressionsvorrichtung zum Dekomprimieren
von Kältemittel zu verwenden, das von einem Kompressor
in einen überkritischen Zustand komprimiert und durch einen
Strahler gekühlt wurde. Der Ejektor ist zum Beispiel in
JP-A-2004-116807 beschrieben.
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Der
Ejektor hat einen Düsenabschnitt, der Druckenergie des
aus dem Strahler strömenden Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie
umwandelt, um das Kältemittel dadurch isentrop zu dekomprimieren und
zu expandieren. Ferner saugt der Ejektor gasphasiges Kältemittel
mittels einer Hochgeschwindigkeitsstrahlströmung von Kältemittel
von dem Düsenabschnitt von einem Verdampfer ein und wandelt
die Geschwindigkeitsenergie durch einen Diffusor in Druckenergie
um, während das angesaugte Kältemittel mit dem
von dem Düsenabschnitt ausgestoßenen Kältemittel
vermischt wird, um dadurch den Druck des Kältemittels zu
erhöhen. Durch die Druckerhöhung des Kältemittels
kann die Leistung des Kompressors verringert werden, und ferner
kann ein Leistungskoeffizient (COP) der Kältekreislaufvorrichtung verbessert
werden.
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In
dem in
JP-A-2004-116807 beschriebenen Ejektor
ist eine innere Oberfläche des Düsenabschnitts,
der einen Kältemitteldurchgang bereitstellt, eine sanft
gekrümmte Oberfläche ohne Ecken, um die Strömung
des Kältemittels zu erleichtern, indem das Auftreten einer
Wirbelströmung oder ähnliches verringert wird.
Folglich verbessert sich der Wirkungsgrad des Ejektors.
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In
einer Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung mit einem
Ejektor ist es aufgrund einer Änderung der Wärmelast
der Kältekreislaufvorrichtung schwierig, den Leistungskoeffizienten
hinreichend zu verbessern. Wenn das Kältemittel, wie zum Beispiel
in 6A und 6B gezeigt,
an dem Einlass eines Düsenabschnitts eines Ejektors in
einem gasförmigen und flüssigen Zweiphasenzustand
ist, ist die Druckenergie als Eingangsenergie des Ejektors augrund
der Änderung der Wärmelast im Vergleich zu einem
Fall, in dem das Kältemittel an dem Einlass des Düsenabschnitts
des Ejektors in einem überkritischen Zustand oder einem
kritischen Übergangszustand ist, klein. Damit ist es wahrscheinlich, dass
der Düsenwirkungsgrad verringert wird, und es ist wahrscheinlich,
dass die Druckzunahme durch den Ejektor verringert wird. Folglich
ist es schwierig, die Verbesserung des Leistungskoeffizienten der Kältekreislaufvorrichtung
hinreichend zu erzielen.
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Die
vorliegende Erfindung wird angesichts des vorangehenden Themas gemacht,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
bereitzustellen, die fähig ist, den Leistungskoeffizienten
zu verbessern, indem sie eine Druckzunahmewirkung durch einen Ejektor
sicherstellt, selbst wenn eine Wärmelast der Kältekreislaufvorrichtung
geändert wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
einen Kompressor, einen Strahler, eine erste Drosselvorrichtung,
einen Strömungsverteiler, einen Ejektor, einen ersten Verdampfer,
einen Ansaugdurchgang, eine zweite Drosselvorrichtung und einen
zweiten Verdampfer. Der Kompressor saugt Kältemittel an
und komprimiert es. Der Strahler strahlt Wärme des aus
dem Kompressor ausgestoßenen Hochruckkältemittels
ab. Die erste Drosselvorrichtung dekomprimiert aus dem Strahler
abgelassenes Kältemittel, um gas- und flüssigphasiges
Kältemittel zu erzeugen. Der Strömungsverteiler
hat einen ersten Durchgang und einen zweiten Durchgang und trennt
das von der ersten Drosselvorrichtung abgelassene gas- und flüssigphasige
Kältemittel in den ersten Durchgang und den zweiten Durchgang.
Der Ejektor umfasst einen Düsenabschnitt, einen Ansaugabschnitt
und einen Druckerhöhungsabschnitt. Der Düsenabschnitt
steht in Verbindung mit dem ersten Durchgang und dekomprimiert und
expandiert das Kältemittel, das den ersten Durchgang durchläuft. Der
Ansaugabschnitt saugt Kältemittel durch eine Strahlströmung
von Kältemittel von dem Düsenabschnitt an. Der Druckerhöhungsabschnitt
vermischt von dem Ansaugabschnitt angesaugtes Kältemittel mit
dem von dem Düsenabschnitt ausgestoßenen Kältemittel
und erhöht den Druck des Kältemittels. Der erste
Verdampfer verdampft das von dem Ejektor ausgestoßene Kältemittel
und lässt das verdampfte Kältemittel in Richtung
des Kompressors ab. Der Ansaugdurchgang leitet Kältemittel,
das den zweiten Durchgang durchläuft, zu dem Ansaugabschnitt
des Ejektors. Die zweite Drosselvorrichtung ist auf dem Ansaugdurchgang
angeordnet und dekomprimiert und expandiert Kältemittel,
das den Ansaugdurchgang durchläuft. Der zweite Verdampfer
ist auf dem Ansaugdurchgang stromabwärtig von der zweiten Drosselvorrichtung
angeordnet und verdampft das Kältemittel, das den Ansaugdurchgang
durchläuft. Ferner ist der Strömungsverteiler
derart aufgebaut, dass er fähig ist, ein Verhältnis
eines Durchsatzes des Kältemittels, das den zweiten Durchgang
durchläuft, zu einem Durchsatz des Kältemittels,
das den ersten Durchgang durchläuft, entsprechend einer Wärmelast
des Strahlers und/oder des ersten Verdampfers und/oder des zweiten
Verdampfers einzustellen.
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Da
der Durchsatz des in den Düsenabschnitt des Ejektors strömenden
Kältemittels entsprechend der Wärmelast eingestellt
wird, kann folglich die Druckenergie als Ejektoreingangsenergie
eingestellt werden. Als solches ist es möglich, eine Druckzunahme
durch den Ejektor geeignet sicherzustellen. Daher wird der Ejektorwirkungsgrad
verbessert, und folglich wird der Leistungskoeffizient der Kältekreislaufvorrichtung
verbessert.
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Zum
Beispiel ist der Strömungsverteiler derart aufgebaut, dass
er fähig ist, die Trockenheit des Kältemittels
des ersten Durchgangs in einem ersten Lastzustand, in dem die Wärmelast
geringer als eine vorgegebene Last ist, derart einzustellen, dass
sie geringer als die Trockenheit des Kältemittels des zweiten
Durchgangs ist. Im Allgemeinen steigt eine Druckzunahme durch den
Ejektor, wenn ein Verhältnis eines Durchsatzes des in den
Ansaugabschnitt gesaugten Kältemittels zu einem Durchsatz
des in den Düsenabschnitt strömenden Kältemittels
sinkt. In dem ersten Lastzustand wird ein Durchsatz des durch die
Kältekreislaufvorrichtung zirkulierenden Kältemittels
verringert, und folglich wird Eingangsenergie, die auf den Ejektor
angewendet wird, verringert. Als ein Ergebnis wird die Druckzunahme
durch den Ejektor verringert. Da in dem ersten Lastzustand die Trockenheit
des Kältemittels des ersten Durchgangs unter Berücksichtigung
einer derartigen Bedingung niedriger als die Trockenheit des Kältemittels
des zweiten Durchgangs eingestellt wird, wird der Durchsatz des
flüssigphasigen Kältemittels, das den ersten Durchgang
durchläuft, erhöht. Daher wird das Durchsatzverhältnis
verringert, und folglich wird die Druckzunahme durch den Ejektor
vergrößert. Folglich wird selbst in dem ersten
Lastzustand der Ejektorwirkungsgrad hinreichend aufrechterhalten, und
die Druckzunahme wird sichergestellt. Als ein Ergebnis verbessert
sich der Leistungskoeffizient der Kältekreislaufvorrichtung.
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In
einem zweiten Lastzustand, in dem die Wärmelast zum Beispiel
höher als die vorgegebene Last ist, wird die Trockenheit
des Kältemittels des ersten Durchgangs höher eingestellt
als die Trockenheit des Kältemittels des zweiten Durchgangs.
In dem zweiten Lastzustand wird der Durchsatz des Kältemittels,
das durch die erste Kältekreislaufvorrichtung zirkuliert,
erhöht. Wenn der Durchsatz des Kältemittels, das
in den Düsenabschnitt strömt, übermäßig
erhöht wird, ist es wahrscheinlich, dass die Expansion
des Kältemittels in dem Düsenabschnitt unzureichend
ist. Folglich wird der Düsenwirkungsgrad verringert, und
die Energierückgewinnung wird verringert. Als ein Ergebnis
sinkt die Eingangsenergie des Ejektors. Da die Trockenheit des Kältemittels
des ersten Durchgangs unter Berücksichtigung eines derartigen
Umstands in dem zweiten Lastzustand höher eingestellt wird
als die Trockenheit des Kältemittels des zweiten Durchgangs,
wird der Durchsatz des flüssigphasigen Kältemittels,
das den ersten Durchgang durchläuft, verringert, und folglich
kann das Kältemittel in dem Düsenabschnitt geeignet
expandiert werden. Als solches verbessert sich der Düsenwirkungsgrad.
Damit wird die Druckzunahme durch den Ejektor sichergestellt, und
der Leistungskoeffizient der Kältekreislaufvorrichtung
verbessert sich.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen gegeben wird, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsnummern
bezeichnet sind, deutlicher, wobei:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Diagramm ist, das eine Druckerhöhung durch einen Ejektor
in einem Niederlastzustand der Kältekreislaufvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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3 ein
Diagramm ist, das Betriebe der Kältekreislaufvorrichtung
in dem Niederlastzustand und einem Hochlastzustand gemäß der
ersten Ausführungsform zeigt;
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4 ein
Diagramm ist, das eine Druckzunahme durch den Ejektor in einem Ultrahochlastzustand
der Kältekreislaufvorrichtung gemäß der
ersten Ausführungsform zeigt;
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5 ein
Diagramm ist, das Betriebe der Kältekreislaufvorrichtung
in dem Hochlastzustand und dem Ultrahochlastzustand gemäß der
ersten Ausführungsform zeigt;
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6A ein
Diagramm ist, das einen Betrieb einer Kältekreislaufvorrichtung,
die in einem überkritischen Zustand betrieben wird, und
einen Betrieb einer Kältekreislaufvorrichtung, die in einem
gasförmigen und flüssigen Zweiphasenzustand betrieben wird,
gemäß einer verwandten Technik zeigt; und
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6B ein
Diagramm ist, das eine Eingangsenergie an einem Einlass eines Düsenabschnitts
eines Ejektors gemäß der verwandten Technik zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun
unter Bezug auf 1 bis 5 beschrieben. 1 zeigt
eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung der ersten
Ausführungsform. Die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
ist zum Beispiel für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug
montiert.
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Die
Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung umfasst im Allgemeinen
einen Kompressor 1, einen Strahler 2, einen Sammler 2a,
eine erste Drosselvorrichtung 3, einen Strömungsverteiler 8,
einen Ejektor 5, einen ersten Verdampfer 6, einen zweiten
Verdampfer 7 und eine zweite Drosselvorrichtung 4.
Der Kompressor 1, der Strahler 2, der Sammler 2a,
die erste Drosselvorrichtung 3, der Strömungsverteiler 8,
der Ejektor 5 und der erste Verdampfer 6 sind
durch Kältemittelrohrleitungen in der Form einer Schleife
verbunden. Die Kältekreislaufvorrichtung hat ferner einen
Ansaugdurchgang 9, der von dem Strömungsverteiler 8 verzweigt
und mit dem Ejektor 5 verbindet. Die zweite Drosselvorrichtung 4 und
der zweite Verdampfer 7 sind auf dem Ansaugdurchgang 9 angeordnet.
Ein Betrieb des Kompressors 1 wird von einer (nicht gezeigten)
Steuereinheit gesteuert.
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Der
Kompressor 1 ist eine Fluidvorrichtung und wird durch eine
(nicht gezeigte) elektromagnetische Kupplung und einen (nicht gezeigten)
Riemen von einem Motor eines Fahrzeugs angetrieben. Der Kompressor 1 saugt
aus dem ersten Verdampfer 6 strömendes Kältemittel
an und komprimiert das Kältemittel in einen Hochtemperatur-Hochdruckzustand. Der
Kompressor 1 stößt ferner das Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel
in Richtung des Strahlers 2 aus. Der Kompressor 1 ist
zum Beispiel ein Taumelscheibenkompressor, der fähig ist,
die Ausstoßkapazität entsprechend einem Steuersignal
zu ändern, das von der Steuereinheit in ein elektromagnetisches Kapazitätssteuerventil
eingegeben wird.
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Zum
Beispiel kann der Kompressor 1 die Ausstoßkapazität
kontinuierlich zwischen 100% und ungefähr 0% ändern,
indem der Druck seiner Taumelscheibenkammer eingestellt wird. Wenn
die Ausstoßkapazität auf ungefähr 0%
verringert wird, ist der Kompressor 1 im Wesentlichen in
einem Nichtbetriebszustand. In diesem Fall kann der Kompressor 1 als
eine kupplungsfreie Struktur aufgebaut werden, in der eine Drehwelle
des Kompressors 1 normalerweise durch eine Riemenscheibe
und einen V-Riemen mit dem Motor verbunden ist.
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Der
Strahler 2 ist ein Wärmetauscher, der den Wärmeaustausch
zwischen dem von dem Kompressor 1 ausgestoßenen
Hochdruckkältemittel und Luft durchführt, um dadurch
das Hochdruckkältemittel zu kühlen. Zum Beispiel
ist die Luft Außenluft, die von außerhalb eines
Fahrgastraums des Fahrzeugs eingeleitet wird und zum Beispiel durch
ein (nicht gezeigtes) Gebläse zwangsweise auf den Strahler 2 angewendet
wird.
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Der
Sammler 2a ist auf einer Kältemittelauslassseite
des Strahlers 2 angeordnet. Der Sammler 2a scheidet
das Kältemittel, das durch den Strahler 2 gekühlt
wurde, in ein gasphasiges Kältemittel und ein flüssigphasiges
Kältemittel ab. Der Sammler 2a lässt nur
das flüssigphasige Kältemittel in Richtung der ersten
Drosselvorrichtung 3 ab. Zum Beispiel ist der Sammler 2a mit
dem Strahler 2 integriert.
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Die
erste Drosselvorrichtung 3 ist zum Beispiel ein Expansionsventil
und dekomprimiert das von dem Strahler 2 und dem Sammler 2a abgelassene
Hochdruckkältemittel. Das Expansionsventil 3 ist zum
Beispiel ein Temperaturabtastexpansionsventil, in dem ein Öffnungsgrad
eines Ventils entsprechend der Temperatur von Kältemittel
gesteuert wird, das von dem ersten Verdampfer 6 abgelassen
wird.
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Der
Strömungsverteiler 8 hat zum Beispiel im Allgemeinen
eine Blockform, wie etwa eine Kubusform oder eine rechteckige Form.
Der Strömungsverteiler 8 ist mit einem ersten
Durchgang 81 und einem zweiten Durchgang 82 darin
ausgebildet. Der Strömungsverteiler 8 verteilt
das Kältemittel, das durch das Expansionsventil 3 dekomprimiert
wurde, an den ersten Durchgang 81 und den zweiten Durchgang 82.
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Der
Strömungsverteiler 8 ist ferner mit einem Basisdurchgang 8a darin
ausgebildet. Der Basisdurchgang 8a erstreckt sich in einer
Auf- und Abrichtung im Inneren des Strömungsverteilers 8.
Der erste Durchgang 81 erstreckt sich von einem unteren
Ende des Basisdurchgangs 8a, der entgegengesetzt zu dem
Expansionsventil 3 ist, in eine horizontale Richtung. Der
zweite Durchgang 82 erstreckt sich von einem Abschnitt
des Basisdurchgangs 8a in die horizontale Richtung, wobei
der Abschnitt sich zwischen dem unteren Ende und einem oberen Ende
des Basisdurchgangs 8a befindet. Folglich ist der zweite Durchgang 82 zum
Beispiel höher angeordnet als der erste Durchgang 81.
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Der
Strömungsverteiler 8 hat eine Selbststeuerungsfunktion
zum Steuern von Verteilungsmengen des Kältemittels an den
ersten Durchgang 81 und den zweiten Durchgang 82,
wie etwa einen Düsendurchsatz Gn und einen Ansaugdurchsatz
Ge, durch eine Zentrifugalkraft, die Schwerkraft, eine Trägheitskraft
und ähnliches des Kältemittels entsprechend einem
Durchsatz G (Kompressordurchsatz G) des Kältemittels, das
von dem Strahler 2 und dem Sammler 2a abgelassen
wird.
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Der
Strömungsverteiler 8 ist zum Beispiel aus dem
gleichen Material wie die Kältemittelrohrleitungen, wie
etwa Aluminium, gefertigt. Der Strömungsverteiler 8 wird
zum Beispiel durch Schneiden eines Aluminiumblockelements, Druckgießen
von Aluminium, Schmieden oder ähnliches ausgebildet. Alternativ
kann der Strömungsverteiler 8 aus einem anderen
Material, wie etwa Messing, Kupfer oder ähnlichem, gefertigt
sein. Die Kältemittelrohrleitungen sind zum Beispiel durch
Hartlöten mit dem Strömungsverteiler 8 verbunden,
um jeweils mit dem ersten Durchgang 81 und dem zweiten
Durchgang 82 in Verbindung zu stehen.
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Der
erste Durchgang 81 steht durch die Kältemittelrohrleitung
mit dem Ejektor 5 in Verbindung. Der Ejektor 5 dient
als eine Dekompressionsvorrichtung zum Dekomprimieren von Kältemittel
ebenso wie als eine Kältemittelzirkulationsvorrichtung
(Fluidtransportvorrichtung) zum Zirkulieren von Kältemittel mittels
einer Saugwirkung (Mitführungswirkung), die durch eine
Kältemittelstrahlströmung mit hoher Geschwindigkeit
erzeugt wird.
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Der
Ejektor 5 hat einen Düsenabschnitt 5a und
einen Ansaugabschnitt 5b. Der Düsenabschnitt 5a saugt
das Kältemittel an, das den ersten Durchgang 81 durchläuft.
In dem Düsenabschnitt 5a ist eine Durchgangsfläche
(Schnittfläche) des Kältemitteldurchgangs gedrosselt,
um Druckenergie des Kältemittels in Geschwindigkeitsenergie
umzuwandeln, um das Kältemittel dadurch isentrop zu dekomprimieren
und expandieren. Der Ansaugabschnitt 5b ist derart angeordnet,
dass er in Verbindung mit einer Strahlöffnung des Düsenabschnitts 5a steht.
Der Ansaugabschnitt 5b saugt das gasphasige Kältemittel von
dem zweiten Verdampfer 7.
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Ferner
hat der Ejektor 5 einen Druckerhöhungsabschnitt 5c stromabwärtig
von dem Düsenabschnitt 5a und dem Ansaugabschnitt 5b.
In dem Druckerhöhungsabschnitt 5c werden das von
dem Düsenabschnitt 5a ausgestoßene Hochgeschwindigkeitskältemittel
und das von dem Ansaugabschnitt 5b angesaugte Kältemittel
miteinander vermischt. Die Geschwindigkeit des vermischten Kältemittels
wird verringert, und die Geschwindigkeitsenergie wird in Druckenergie
umgewandelt, um dadurch den Druck des Kältemittels zu erhöhen.
Der Druckerhöhungsabschnitt 5c hat eine Diffusorform,
in der eine Durchgangsfläche (Schnittfläche) eines
Kältemitteldurchgangs allmählich zunimmt, um eine
Druckerhöhungsfunktion zu erzielen.
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Der
erste Verdampfer 6 ist in Bezug auf die Kältemittelströmung
stromabwärtig von dem Druckerhöhungsabschnitt 5c angeordnet.
Der erste Verdampfer 6 ist ein Wärmetauscher,
wie etwa ein Wärmeabsorber, der das im Inneren des ersten
Verdampfers 6 strömende Kältemittel durch
Aufnehmen von Wärme aus Luft (Außenluft), die
außerhalb des ersten Verdampfers 6 strömt,
verdampft. Die Luft wird zwangsweise auf den ersten Verdampfer 6 angewendet.
Ein Kältemittelauslass des ersten Verdampfers 6 steht
durch die zweite Kältemittelrohrleitung in Verbindung mit
einer Ansaugseite des Kompressors 1.
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Der
Ansaugdurchgang 9 ist durch eine Rohrleitung bereitgestellt,
die sich von dem zweiten Durchgang 82 des Strömungsverteilers 8 erstreckt und
mit dem Ansaugabschnitt 5b des Ejektors 5 verbindet.
Die zweite Drosselvorrichtung 4 ist auf dem Ansaugdurchgang 9 angeordnet.
Auch der zweite Verdampfer 7 ist auf dem Ansaugdurchgang
stromabwärtig von der zweiten Drosselvorrichtung 4 angeordnet.
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Die
zweite Drosselvorrichtung 4 ist zum Beispiel eine Kapillarröhre
und dient dazu, den Durchsatz des Kältemittels, das in
den zweiten Verdampfer 7 strömt, zu steuern und
das Kältemittel zu dekomprimieren. Zum Beispiel ist die
Kapillarröhre ist durch ein Spiralröhrchen bereitgestellt.
Alternativ kann die zweite Drosselvorrichtung 4 aus einer
festen Drossel, wie etwa einer Drosselblende oder ähnlichem,
aufgebaut sein.
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Der
zweite Verdampfer 7 ist ein Wärmetauscher, wie
etwa ein Wärmeabsorber, der das im Inneren des Verdampfers 7 strömende
Kältemittel durch Aufnehmen von Wärme der Luft
(Außenluft), die außerhalb des zweiten Verdampfers 7 strömt,
verdampft. Die Luft wird zwangsweise auf den zweiten Verdampfer 7 angewendet.
Der zweite Verdampfer 7 befindet sich in Bezug auf den
Luftstrom stromabwärtig von dem ersten Verdampfer 6.
Folglich sind der erste Verdampfer 6 und der zweite Verdampfer 7 in Bezug
auf den Luftstrom in Reihe angeordnet.
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Die
(nicht gezeigte) Steuereinheit ist aus einem Mikrocomputer einschließlich
einer CPU, einer ROM, einem RAM und ähnlichem und seinen
peripheren Schaltungen aufgebaut. Die Steuereinheit ist aufgebaut,
um verschiedene Bediensignale, die von einem Bedienfeld des Fahrzeugs
entsprechend der Bedienung verschiedener Schalter auf dem Bedienfeld,
wie etwa einem Klimaanlagenbedienschalter, einem Temperaturfestlegungsschalter
und ähnlichen, ausgegeben werden, und verschiedene Erfassungssignale,
die von verschiedenen Sensoren ausgegeben werden, zu empfangen.
Die Steuereinheit führt unter Verwendung der Bediensignale
und der Erfassungssignale verschiedene Berechnungen und Verarbeitungen
gemäß in dem ROM gespeicherten Steuerprogrammen
durch, um Betriebe der verschiedenen Vorrichtungen einschließlich
des Kompressors 1 zu steuern.
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Als
nächstes wird ein Betrieb der vorliegenden Ausführungsform
unter Bezug auf 1 bis 5 beschrieben.
Wenn die Bediensignale entsprechend Bedienungen des Klimaanlagenschalters,
des Temperaturfestlegungsschalters und ähnlichen in die Steuereinheit
eingegeben werden, wird die elektromagnetische Kupplung des Kompressors 1 entsprechend
einem von der Steuereinheit ausgegebenen Steuersignal elektrisch
leitend. Folglich kommt die elektromagnetische Kupplung in einen
Verbindungszustand, und die Antriebskraft von dem Motor wird an den
Kompressor 1 übertragen.
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Wenn
ein Steuerstrom (Steuersignal) von der Steuereinheit an das elektromagnetische
Kapazitätssteuerventil des Kompressors 1 ausgegeben wird,
wird die Ausstoßkapazität des Kompressors 1 basierend
auf dem Steuerprogramm gesteuert. Auf diese Weise saugt der Kompressor 1 das
gasphasige Kältemittel von dem ersten Verdampfer 6 an
und komprimiert das Kältemittel darin. Dann stößt
der Kompressor 1 das Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel
in Richtung des Strahlers 2 aus.
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In
dem Strahler 2 wird das Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel
kondensiert, indem es durch die Außenluft gekühlt
wird. Das Hochdruckkältemittel, das von dem Strahler 2 gekühlt
wurde, strömt in den Sammler 2a. In dem Sammler 2a wird das
Kältemittel in das gasphasige Kältemittel und
das flüssigphasige Kältemittel abgeschieden.
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Das
aus dem Sammler 2a strömende flüssigphasige
Kältemittel wird von dem Expansionsventil 3 auf
einen vorgegebenen Druck dekomprimiert und expandiert und wird auf
diese Weise das gasförmige und flüssige Zweiphasenkältemittel.
Das gasförmige und flüssige Zweiphasenkältemittel
strömt in den Strömungsverteiler 8. In
dem Strömungsverteiler 8 wird das Kältemittel
mit geeigneten Durchsätzen in einen ersten Strom, der den
ersten Durchgang 81 in Richtung des Ejektors 5 durchläuft,
und einen zweiten Strom, der den zweiten Durchgang 82 in
Richtung der Kapillarröhre 4 durchläuft,
getrennt.
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Das
Kältemittel, das den ersten Durchgang 81 durchläuft,
strömt in den Düsenabschnitt 5a des Ejektors 5.
In dem Düsenabschnitt 5a wird das Kältemittel
dekomprimiert und expandiert. Da die Druckenergie des Kältemittels
in die Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird, während
das Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird, wird
das Kältemittel mit hoher Geschwindigkeit aus der Strahlöffnung
des Düsenabschnitts 5a ausgestoßen. Durch
die Strahlströmung des Kältemittels wird die Saugkraft
erzeugt. Folglich wird das Kältemittel, das den zweiten Verdampfer 7 durchläuft,
zu dem Ansaugabschnitt 5b gesaugt.
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Das
von dem Düsenabschnitt 5a ausgestoßene
Kältemittel und das von dem Ansaugabschnitt 5b gesaugte
Kältemittel strömen in den Druckerhöhungsabschnitt 5c,
der sich stromabwärtig von dem Düsenabschnitt 5a befindet.
In dem Druckerhöhungsabschnitt 5c wird die Geschwindigkeitsenergie des
Kältemittels aufgrund der erhöhten Durchgangsfläche
in die Druckenergie umgewandelt. Daher wird der Druck des Kältemittels
erhöht.
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Das
von dem Druckerhöhungsabschnitt 5c ausgestoßene
Kältemittel strömt in den ersten Verdampfer 6.
In dem ersten Verdampfer 6 nimmt das Niederdruckkältemittel
Wärme aus der Luft auf und verdampft auf diese Weise. Mit
anderen Worten wird die Luft durch das Kältemittel gekühlt,
während es den ersten Verdampfer 6 durchläuft.
Das von dem ersten Verdampfer 6 abgelassene Kältemittel
wird zu dem Kompressor 1 gesaugt und erneut komprimiert.
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Das
Kältemittel, das den zweiten Durchgang 82 des
Strömungsverteilers 8 durchläuft, strömt durch
den Ansaugdurchgang 9 in die Kapillarröhre 4. In
der Kapillarröhre 4 wird das Kältemittel
in ein Niederdruckkältemittel dekomprimiert. Das Niederdruckkältemittel
strömt in den zweiten Verdampfer 7.
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In
dem zweiten Verdampfer 7 nimmt das Niederdruckkältemittel
Wärme aus der Luft auf, die durch den ersten Verdampfer 6 gekühlt
wurde, und verdampft auf diese Weise. Mit anderen Worten wird die
Luft während des Durchlaufens des zweiten Verdampfers 7 weiter
gekühlt.
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Das
Kältemittel, das in dem zweiten Verdampfer 7 verdampft
wurde, wird in den Ansaugabschnitt 5b des Ejektors 5 gesaugt,
mit dem flüssigphasigen Kältemittel, das den Düsenabschnitt 5a durchläuft,
vermischt und dann zu dem ersten Verdampfer 6 geleitet.
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Hier
ist der Durchsatz des Kältemittels, das in den Düsenabschnitt 5a strömt,
als der Düsendurchsatz Gn definiert, und der Durchsatz
des Kältemittels, das in den Ansaugabschnitt 5b strömt,
ist als der Ansaugdurchsatz Ge definiert. In dem Ejektor 5 verringert
sich die Druckerhöhung des Kältemittels, wenn
ein Verhältnis des Ansaugdurchsatzes Ge zu dem Düsendurchsatz
Gn (hier nachstehend das Durchsatzverhältnis Ge/Gn) kleiner
wird, wie in 2 und 4 gezeigt.
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Wenn
die Kältekreislaufvorrichtung in einem Hochlastzustand
ist, in dem eine Wärmelast, wie etwa eine Wärmeabstrahlungslast
des Strahlers 2 oder eine Wärmeaufnahmelast der
ersten und zweiten Verdampfer 6, 7, zum Beispiel
im Sommer eine vorgegebene Last ist, ist eine erforderliche Kältekapazität
im Allgemeinen hoch. Folglich wird der von dem Kompressor 1 ausgestoßene
Kompressordurchsatz G erhöht. Damit wird der von dem ersten Durchgang 81 an
den Düsenabschnitt 5a zugeführte Düsendurchsatz
Gn erhöht. Daher wird der Düsenwirkungsgrad auf
einem hohen Niveau gehalten, und der Ejektorwirkungsgrad wird verbessert.
Auf die Wärmestrahlungslast des Strahlers 2 und
die Wärmeaufnahmelast der ersten und zweiten Verdampfer 6, 7 wird
im Allgemeinen als die Wärmelast Bezug genommen.
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Wie
insbesondere in 3 gezeigt, wird sie derart eingestellt,
dass die Trockenheit X1 des Kältemittels, das den ersten
Durchgang 81 durchläuft (auf die hier nachstehend
als Düseneinlasstrockenheit X1 Bezug genommen wird) und
die Trockenheit X2 des Kältemittels, das den zweiten Durchgang 82 durchläuft
(auf die hier nachstehend als die Kapillareinlasstrockenheit X2
Bezug genommen wird) im Wesentlichen gleich sind. Als ein Ergebnis
wird die Druckzunahme durch den Ejektor 5, wie durch einen
Punkt A in 2 gezeigt, sichergestellt. Folglich
wird die Verbesserungswirkung des Leistungskoeffizienten der Kältekreislaufvorrichtung
auf einem hohen Niveau gehalten. In 2 stellt
eine durchgezogene Linie L1 die Druckzunahme in dem Hochlastzustand
dar.
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Wenn
die Kältekreislaufvorrichtung in einem Niederlastzustand
ist, in dem die Wärmelast niedriger als die vorgegebene
Last ist, wie etwa im Frühling und Winter, ist die erforderliche
Kühlkapazität im Allgemeinen gering. Folglich
ist der Kompressordurchsatz G verringert, und folglich ist der Düsendurchsatz Gn
verringert. Damit ist die Druckzunahme durch den Ejektor 5,
wie durch einen Punkt B in 2 gezeigt, niedrig.
Als ein Ergebnis ist es schwierig, die Verbesserungswirkung des
Leistungskoeffizienten wie in dem Hochlastzustand zu erzielen. In 2 stellt
eine gestrichelte Linie L3 die Druckzunahme in dem Niederlastzustand
einer Kältekreislaufvorrichtung ohne den Strömungsverteiler 8 der
vorliegenden Ausführungsform dar.
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In
der vorliegenden Ausführungsform ist der Strömungsverteiler 8 fähig,
das Durchsatzverhältnis des Kältemittels in den
ersten Durchgang 81 und den zweiten Durchgang 82 entsprechend
der Wärmelast einzustellen. Daher wird die Verbesserung
des Leistungskoeffizienten selbst in dem Niederlastzustand wie folgt
erzielt.
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In
dem Niederlastzustand stellt der Strömungsverteiler 8,
wie in 3 gezeigt, durch die Trägheitskraft,
die Zentrifugalkraft, die Schwerkraft und ähnliches des
Kältemittels entsprechend der Abnahme des Kompressordurchsatzes
G eine höhere Priorität für das Zuführen
des flüssigphasigen Kältemittels an den ersten
Durchgang 81 als an den zweiten Durchgang 82 bereit.
Zum Beispiel wird die Düseneinlasstrockenheit X1 durch
den Strömungsverteiler 8 eingestellt, so dass
sie kleiner als die Kapillareneinlasstrockenheit X2 ist.
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Auf
diese Weise wird, wie durch einen Pfeil A1 in 2 gezeigt,
der Durchsatz des flüssigphasigen Kältemittels
in Richtung des Düsenabschnitts 5a erhöht,
um die Eingangsenergie des Ejektors 5 zu erhöhen.
Damit wird das Durchsatzverhältnis Ge/Gn verringert, wie
durch einen Pfeil A2 in 2 gezeigt, und die Druckzunahme
wird, wie durch einen Pfeil A3 und einen Punkt C in 2 gezeigt,
erhöht. Folglich wird der Ejektorwirkungsgrad in dem Niederlastzustand
auf einem hohen Niveau gehalten, und die Druckzunahme durch den
Ejektor 5 wird zum Beispiel ähnlich der Druckzunahme
in dem Hochlastzustand, wie durch Pfeile B1, B2 in 3 gezeigt,
sichergestellt. Ferner wird der Leistungskoeffizient der Kältekreislaufvorrichtung
verbessert. In 2 stellt eine durchgezogene
Linie L2 die Druckzunahme in dem Niederlastzustand der Kältekreislaufvorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform dar.
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Als
nächstes wird ein Betrieb in einem Ultrahochlastzustand,
in dem die Wärmelast höher als die vorgegebene
Last ist, unter Bezug auf 4 und 5 beschrieben.
In dem Ultrahochlastzustand ist der Kompressordurchsatz G des durch
die Kältekreislaufvorrichtung zirkulierenden Kältemittels
unmäßig erhöht. Wenn der Düsendurchsatz
Gn übermäßig erhöht wird, wird
die Expansion des Kältemittels in dem Düsenabschnitt 5a wird
unzureichend, was zu einer Abnahme des Wirkungsgrads des Düsenabschnitts 5a führt.
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Daher
wird der Betrag der Energierückgewinnung verringert, und
folglich wird die Eingangsenergie in den Ejektor 5 verringert,
und die Druckzunahme in dem Ejektor 5 wird verringert,
wie durch einen Punkt D in 4 gezeigt.
In 4 stellt eine gestrichelte Linie L5 die Druckzunahme
in einer Kältekreislaufvorrichtung ohne den Strömungsverteiler 8 der vorliegenden
Ausführungsform dar.
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In
der vorliegenden Ausführungsform verringert der Strömungsverteiler 8 daher
in dem Ultrahochlastzustand, wie in 5 gezeigt,
den Durchsatz des flüssigen Kältemittels, das
den ersten Durchgang 81 durchläuft, entsprechend
einer Zunahme in dem Kompressordurchsatz G. Insbesondere verringert
der Strömungsverteiler 8 den Durchsatz des flüssigen
Kältemittels, das in Richtung des Düsenabschnitts 5a strömt,
durch höheres Erhöhen der Düseneinlasstrockenheit
X1 als die Kapillareneinlasstrockenheit X2, so dass das Kältemittel
in dem Düsenabschnitt 5a richtig expandiert wird.
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Folglich
verbessert sich der Wirkungsgrad des Düsenabschnitts 5a,
und ferner steigt die Eingangsenergie, wie durch einen Pfeil A4
in 4 angezeigt. In einem derartigen Fall wird das
Strömungsverhältnis Ge/Gn, wie durch einen Pfeil
A5 in 4 gezeigt, umgekehrt zu dem Lastzustand erhöht. Folglich
wird in dem Ultrahochlastzustand der Düsenwirkungsgrad
verbessert, und die Eingangsenergie wird erhöht, obwohl
sich das Strömungsverhältnis Ge/Gn erhöht,
indem die Düseneinlasstrockenheit X1 höher als
die Kapillareneinlasstrockenheit X2 eingestellt wird. Ferner wird
die Druckzunahme selbst in dem Ultralastzustand entsprechend der
Verbesserung des Düsenwirkungsgrads, wie durch einen Pfeil A6
in 4 und einen Pfeil A7 in 5 gezeigt,
zu dem Punkt E erhöht. Entsprechend wird der Leistungskoeffizient
der Kältekreislaufvorrichtung verbessert. In 4 stellt
eine durchgezogene Linie L4 die Druckzunahme in dem Ultrahochlastzustand
der Kältekreislaufvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
dar.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
hier nachstehend beschrieben.
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In
der ersten Ausführungsform sind das Expansionsventil 3,
die Kapillarröhre 4, der Ejektor 5, der
erste Verdampfer 6 und der Strömungsverteiler 8 getrennt
voneinander angeordnet, können aber wie folgt integriert
werden.
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Zum
Beispiel kann der Strömungsverteiler 8 mit dem
Expansionsventil 3 integriert werden. Als ein anderes Beispiel
können der Strömungsverteiler 8 und die
Kapillarröhre 4 miteinander integriert werden. Als
ein weiteres anderes Beispiel können der Strömungsverteiler 8 und
der Ejektor 5 miteinander integriert werden. In derartigen
Fällen haben Vorrichtungen um den Strömungsverteiler 8 herum
eine verringerte Größe. Daher verbessert sich
die Montierbarkeit der Kältekreislaufvorrichtung an dem
Fahrzeug.
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Ferner
können der Strömungsverteiler 8, der Ejektor 5 und
der erste Verdampfer 6 miteinander integriert werden. Da
der erste Verdampfer 6 in einem derartigen Fall als eine
Basisvorrichtung bereitgestellt ist, werden einzelne Räume
zum Montieren des Strömungsverteilers 8 und des
Ejektors 5 verkleinert. Ferner werden die Montageschritte
zum Montieren des Strömungsverteilers 8 und des
Ejektors 5 verringert. Folglich verbessert sich die Montierbarkeit
der Kältekreislaufvorrichtung an dem Fahrzeug weiter.
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(Andere Ausführungsformen)
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Die
verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind hier vorstehend beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht auf die vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen
beschränkt, sondern kann auf verschiedene andere Weisen
implementiert werden, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen.
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Zum
Beispiel kann die Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung
der vorstehenden Ausführungsformen anstatt für
die Fahrzeugklimaanlage für einen Wärmepumpenkreislauf
einer Innenklimaanlage oder eine Heißwasserversorgungsvorrichtung,
die für eine Hausanwendung gedacht ist, verwendet werden.
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Der
Kompressor 1 ist nicht auf den Taumelscheibenkompressor
beschränkt, sondern kann ein Kompressor mit fester Kapazität,
wie etwa ein Spiralkompressor oder ein Rotationskompressor sein.
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Ferner
kann anstelle des Sammlers 2a ein Akkumulator auf einer
Auslassseite des ersten Verdampfers 6 bereitgestellt werden.
Die erste Drosselvorrichtung 3 ist nicht auf das Expansionsventil 3 beschränkt,
sondern kann ein elektrisches Strömungssteuerungsventil
oder ein festes Durchsatzsteuerventil sein.
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Der
Ejektor 5 kann ein Ejektor mit variablem Durchsatz sein,
der fähig ist, die Durchgangsfläche des Düsenabschnitts
zu variieren.
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Das
Kältemittel ist nicht auf das spezifische Kältemittel
beschränkt, sondern kann ein Kältemittel auf Fluorchlorkohlenwasserstoffbasis,
ein Kältemittel auf HC-Basis, Kohlendioxid und ähnliches
sein. In einem derartigen Fall kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung
neben einem allgemeinen Kreislauf als ein überkritischer
Kreislauf und ein unterkritischer Kreislauf verwendet werden.
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Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten der Technik ohne weiteres
einfallen. Die Erfindung ist in ihrem weiteren Sinne daher nicht auf
die spezifischen Details, die stellvertretende Vorrichtung und veranschaulichende
Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-116807
A [0002, 0004]