DE102009056281A1

DE102009056281A1 - Expansionsventil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009056281A1
Application number: DE102009056281A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kariya-city Ikegami; Kenichi Kariya-city Fujiwara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2010-09-16
Also published as: US8851394B2; CN101749901A; CN101749901B; US20100163637A1

Abstract

Ein Expansionsventil zum Expandieren von Hochdruckkältemittel und Befördern des expandierten Kältemittels in Richtung eines Verdampfers (6) wird in einem Dampfkompressionskältekreislauf verwendet, und umfasst einen Körperabschnitt (51), einen Elementabschnitt (53) und einen Ventilabschnitt (52a). Der Körperabschnitt hat einen ersten Durchgang (51c), durch den das Hochdruckkältemittel läuft, einen Drosseldurchgang (51h), der sich in dem ersten Durchgang befindet, um Kältemittel zu expandieren, und einen zweiten Durchgang (51f), durch den aus dem Verdampfer strömendes Kältemittel läuft. Der Elementabschnitt, der außerhalb des Körperabschnitts angeordnet ist, hat eine druckansprechende Kammer (53b), die entsprechend einer Differenz zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums (20) und einem Druck von Kältemittel, das durch den zweiten Durchgang strömt, verschoben werden soll. Temperaturabtastmedium ist in den abgeschlossenen Raum gefüllt, und ein Druck des Mediums wird durch die Temperatur geändert. Der Ventilabschnitt wird entsprechend der druckansprechenden Kammer verschoben, um eine Öffnung des Drosseldurchgangs zu steuern. Ein Zusatzstoff ist mit dem Medium in den abgeschlossenen Raum gefüllt, um eine Kondensationstemperatur des Mediums zu senken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Expansionsventil, das in einem Kältekreislauf, wie etwa einer Klimaanlage oder einer Kältevorrichtung verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung des Expansionsventils.
Ein thermisches Expansionsventil wird in einem Dampfkompressionskältekreislauf verwendet. Das thermische Expansionsventil dekomprimiert und expandiert Hochdruckkältemittel in einer Weise, dass ein Überhitzungsgrad von Kältemittel, das aus einem Verdampfer strömt, nahe einem vorgegebenen Wert wird. Diese Art von Expansionsventil umfasst einen Elementabschnitt, der entsprechend einer Temperatur und einem Druck von Kältemittel, das aus dem Verdampfer strömt, verschoben werden soll. Ein Ventilabschnitt wird durch die Verschiebung des Elementabschnitts verschoben, so dass ein Öffnungsgrad eines Drosseldurchgangs zum Dekomprimieren und Expandieren von Hochdruckkältemittel gesteuert wird.
Insbesondere umfasst der Elementabschnitt eine Membran, die einem druckansprechenden Teil entspricht, die entsprechend einer Druckdifferenz verschoben wird. Die Druckdifferenz ist zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums, der mit einem Temperaturabtastmedium gefüllt ist, und einem Druck von Kältemittel, das aus dem Verdampfer strömt, definiert. Ein Druck des Mediums ändert sich entsprechend der Temperatur. Die Verschiebung der Membran wird durch einen Temperaturmessstab an den Ventilabschnittübertragen. Der Stab überträgt eine Temperatur von Kältemittel, das aus dem Verdampfer strömt, auf das Medium.
Auf diese Weise entspricht der Druck des in den abgeschlossenen Raum gefüllten Mediums der Temperatur von Kältemittel, das aus dem Verdampfer strömt. Die Membran wird basierend auf der Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des abgeschlossenen Raums und dem Druck des aus dem Verdampfer strömenden Kältemittels verschoben. JP-B2-3995828 offenbart ein Expansionsventil, in dem ein Öffnungsgrad eines Drosseldurchgangs durch Verschieben eines Ventilabschnitts gesteuert wird. Der Ventilabschnitt wird durch eine Verschiebung einer Membran entsprechend einer Temperatur und einem Druck von Kältemittel, das aus einem Verdampfer strömt, verschoben.
Diese Art von thermischem Expansionsventil umfasst typischerweise einen Körperabschnitt, um einen Außenrahmen zu bilden, und der Körperabschnitt hat einen Kältemitteldurchgang, durch den Hochdruckkältemittel läuft, einen Drosselabschnitt, um das Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren und einen anderen Kältemitteldurchgang, durch den aus einem Verdampfer strömendes Kältemittel läuft. Ferner sind ein Temperaturmessstab und ein Ventilabschnitt im Inneren des Körperabschnitts angeordnet, und ein Elementabschnitt ist außerhalb des Körperabschnitts angeordnet.
Wenn daher die Außenlufttemperatur im Winter niedrig ist, kondensiert in einen abgeschlossenen Raum des Elementabschnitts gefülltes Abtastmedium. Das heißt, das Medium ist in einem unterkühlten flüssigen Zustand.
Da es in diesem Fall schwierig ist, dass der abgeschlossene Raum eine Druckänderung hat, kann der Druck des abgeschlossenen Raums nicht der Temperatur von aus dem Verdampfer strömendem Kältemittel entsprechen. Als ein Ergebnis kann eine Fehlfunktion erzeugt werden, da der Ventilabschnitt den Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs nicht richtig steuern kann.
JP-A-H09-159324 offenbart ein gasgefülltes Expansionsventil als eine Dekompressionsvorrichtung eines Kältekreislaufs. Gasphasiges Temperaturabtastmedium ist in einen Temperaturabtastabschnitt des Expansionsventils gefüllt. Harz mit niedriger Wärmeleitfähigkeit ist um einen Außenumfang eines Temperaturmessstabs eingefügt. Der Stab ist aus Aluminium gefertigt und entspricht einem Stiel, der einen Ventilantriebsstab definiert. Das Harz ist fest mit dem Temperaturmessstab integriert und kann zum Beispiel aus PPS-Harz gefertigt sein, bei dem durch Kältemittel keine Änderung mit der Zeit erzeugt wird.
Ein Teil des Temperaturmessstabs liegt zu einem Niederdruckkältemitteldurchgang frei, durch den gasphasiges Kältemittel eines Kältekreislaufs läuft, und das Harz ist auf dem freiliegenden Teil angeordnet. Eine Temperatur des Dampfkältemittels, das durch den Niederdruckkältemitteldurchgang aus dem Verdampfer strömt, wird an Kältemittel übertragen, das als ein Temperaturabtastfluid in eine obere druckansprechende Kammer eines Leistungselements gefüllt ist. Auf diese Weise wird Arbeitsgas mit einem Druck, der der übertragenen Temperatur entspricht, erzeugt. Selbst wenn daher nicht dampfförmiges Niederdruckkältemittel aus dem Verdampfer in den Niederdruckkältemitteldurchgang strömt und auf dem Harz haftet, wird eine Wärmeübertragungszeitkonstante groß, da das Harz die niedrige Wärmeleitfähigkeit hat. Folglich wird die Ansprechcharakteristik des Expansionsventils unempfindlich. Wenn folglich der Verdampfer eine schnelle Änderung der thermischen Last hat, kann der Kältekreislauf dabei beschränkt werden, ein Pendelphänomen aufzuweisen, weil die Ansprechcharakteristik des Expansionsventils unempfindlich ist.
Ferner offenbart JP-A2001-33123 ein mit Adsorptionsmittel gefülltes Expansionsventil. Eine obere druckansprechende Kammer eines Leistungselements und ein hohler Teil eines Temperaturmessstabs stehen miteinander in Verbindung, um einen Raum zu definieren, der mit Arbeitsfluid gefüllt ist. Adsorptionsmittel, wie etwa Aktivkohle, ist in dem hohlen Teil angeordnet, und Poren des Adsorptionsmittels haben Durchmesser, die einem Moleküldurchmesser des Arbeitsfluids entsprechen. Eine untere druckansprechende Kammer des Leistungselements steht durch einen Spielraum, der um den Temperaturmessstab definiert ist, mit einem Niederdruckkältemitteldurchgang in Verbindung. Eine Temperatur von Dampfkältemittel, das durch den Niederdruckkältemitteldurchgang aus dem Verdampfer strömt, wird an das Arbeitsfluid des hohlen Teils übertragen. Auf diese Weise wird ein Druck, der der übertragenen Temperatur entspricht, an das Arbeitsfluid der oberen Kammer übertragen.
Daher treibt eine Membran des Leistungselements den Stab basierend auf einer Druckdifferenz, die zwischen einem Gasdruck des Arbeitsfluids in der oberen Kammer und einem Dampfdruck von Kältemittel an einem Auslass des Verdampfers definiert ist, an. Auf diese Weise wird ein Öffnungsgrad einer Mündung durch einen Ventilabschnitt gesteuert, so dass eine Strömungsmenge an flüssigem Kältemittel in einen Einlass des Verdampfers gesteuert wird.
Aufgrund der in dem hohlen Teil des Stabs angeordneten Aktivkohle dauert es eine Zeit, um ein Gleichgewicht von Temperatur und Druck zwischen der Aktivkohle und dem Arbeitsfluid zu halten. Daher wird die Steuercharakteristik des Kältekreislaufs stabil, und die Erzeugung eines Pendelphänomens kann beschränkt werden.
JP-A-H09-159324 offenbart ein Expansionsventil, in dem eine Harzschicht um einen Außenumfang eines Temperaturmessstabs angeordnet ist. Wärme wird von gasphasigem Niedertemperaturkältemittel, das durch einen Niederdruckkältemitteldurchgang strömt, übertragen, und die Wärmeübertragung wird durch die Harzschicht verzögert. Auf diese Weise kann eine Zeitkonstante erhöht werden. Jedoch wird der Einfluss der Wärmeübertragung von Außenluft des Expansionsventils relativ zu dem abgeschlossenen Kältemittel groß, weil die Wärmeübertragung von dem Niederdruckkältemittel niedrig gemacht wird. In diesem Fall wird eine Temperatur des Stabs höher als eine Temperatur des Niederdruckkältemittels. Daher kann die von dem Stab erfasste Temperatur in einer stabilen Zeit, wenn das Kältemittel eine stabile Temperatur und einen konstanten Druck hat, Fehler haben.
Das Pendelphänomen wird durch eine Wechselwirkung zwischen einer Ansprechverzögerung des Expansionsventils und einer Ansprechverzögerung des Kreislaufs erzeugt. Die Ansprechverzögerung des Expansionsventils wird erzeugt, weil eine Steuerung eines Öffnungsgrads einer Mündung, die einem Dekompressionsabschnitt entspricht, gegenüber der Erfassung einer Temperatur des durch einen Auslass eines Verdampfers strömenden Kältemittels verzögert ist. Wenn daher die Ansprechverzögerung (Zeitkonstante) des Expansionsventils ausreichend größer als die Ansprechverzögerung des Kreislaufs gemacht wird, kann das Pendelphänomen verringert werden. Jedoch wird die Ansprechverzögerung des Kreislaufs durch eine Änderung einer Strömungsmenge (Strömungsgeschwindigkeit) von Kältemittel geändert, wenn eine Klimatisierungslast geändert wird. In einem Fall, dass das Expansionsventil so konzipiert ist, dass es unter einer Bedingung, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels niedrig ist, eine ausreichend große Zeitkonstante hat, wird die Ansprechverzögerung unter einer Bedingung, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels hoch ist, zu groß. Folglich kann der Kreislauf keinen ordentlichen Betrieb haben.
Ferner wird die Temperatur des Messstabs durch Wärme, die von der Membran übertragen wird, beeinflusst, weil die Membran durch die Umgebungstemperatur des Expansionsventils beeinflusst wird. Da das Kältemittel außerdem über der Membran abgeschlossen ist, kann in der Längsrichtung des Messstabs eine Temperaturverteilung erzeugt werden. Wenn die Umgebungstemperatur zum Beispiel hoch ist, kann in der oberen Kammer abgeschlossenes Kältemittel aufgrund der Temperaturverteilung eine Temperatur haben, die höher als eine Temperatur von Niedertemperaturkältemittel ist, das durch den Niederdruckkältemitteldurchgang strömt. In diesem Fall kann irrtümlicherweise ein Ventilöffnungsarbeitsgang als eine Fehlfunktion durchgeführt werden.
JP-A-2001-33123 offenbart ein Expansionsventil, in dem Aktivkohle in einem hohlen Teil eines Temperaturmessstabs angeordnet ist. Aufgrund der Aktivkohle hat das Arbeitsfluid eine Zeitkonstante, um eine direkte Wärmeübertragung durchzuführen. Das Arbeitsfluid wird auf der Aktivkohle adsorbiert und wird in Richtung des Niederdruckkältemitteldurchgangs eingeleitet. Auf diese Weise wird ein Fehler der erfassten Kältemitteltemperatur klein. Kosten und Arbeitszeit für das Füllen der Aktivkohle in den hohlen Teil werden jedoch erhöht, so dass die Produktivität schlechter werden kann.
Da das Arbeitsfluid auf der Aktivkohle adsorbiert wird, wird ferner der Druck der oberen Kammer entsprechend einer Temperaturzunahme erhöht. In diesem Fall kann das Expansionsventil eine MOP-Charakteristik (MOP = maximum operating pressure: maximaler Arbeitsdruck) haben. Wenn das Arbeitsfluid in dem abgeschlossenen Raum geheizt wird, so dass es gasphasig ist, wird die Druckzunahme der oberen Kammer in einem Fall, dass das Expansionsventil die MOP-Charakteristik hat, langsam. Folglich kann die zum Antreiben eines Kompressors benötigte Leistung zu einer Hochlastzeit gesenkt werden.
Ferner ist ein mit Flüssigkeit gefülltes Expansionsventil als eine Dekompressionsvorrichtung bekannt, in der Temperaturabtastfluid in einem gasförmig-flüssigen Mischzustand in einen Temperaturabtastabschnitt gefüllt ist. Ähnlich JP-A-2001-33123 kann das mit Flüssigkeit gefüllte Expansionsventil die MOP-Charakteristik nicht haben, weil das Temperaturabtastfluid zu einer Verwendungszeit einen gasförmig-flüssigen Mischzustand hat. Ferner sind die Herstellungskosten hoch, weil es notwendig ist, dass eine Membran eines Leistungselements einem hohen Druck, der zu einer Hochdruckzeit angewendet wird, standhält. Ferner ist die Produktivität des mit Flüssigkeit gefüllten Expansionsventils aufgrund hoher Kosten und hoher Arbeitsstunden im Vergleich zu dem gasgefüllten Expansionsventil niedrig.
Angesichts des vorangehenden und anderer Probleme ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Expansionsventil mit einer besseren Produktivität bereitzustellen. Ferner hat das Expansionsventil eine Zeitkonstante, die wirksam ist, um ein Pendeln zu beschränken, und eine Fehlfunktion, die durch einen Einfluss von Umgebungstemperatur erzeugt wird, kann verringert werden.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Expansionsventils bereitzustellen. Die Fehlfunktion des Expansionsventils, die durch einen Einfluss von Außenlufttemperatur erzeugt wird, kann verringert werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird ein thermisches Expansionsventil in einem Dampfkompressionskältekreislauf verwendet, um Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren und das expandierte Niederdruckkältemittel zu einem Einlass eines Verdampfers zu befördern. Das thermische Expansionsventil umfasst einen Körperabschnitt, einen Elementabschnitt und einen Ventilabschnitt. Der Körperabschnitt hat einen ersten Kältemitteldurchgang, durch den das Hochdruckkältemittel läuft, einen Drosseldurchgang, der sich in dem ersten Kältemitteldurchgang befindet, um Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und einen zweiten Kältemitteldurchgang, durch den aus dem Verdampfer strömendes Kältemittel läuft. Der Elementabschnitt ist außerhalb des Körperabschnitts angeordnet und hat ein druckansprechendes Element, das entsprechend einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums und einem Druck von Kältemittel, das durch den zweiten Kältemitteldurchgang strömt, verschoben werden soll. Temperaturabtastmedium ist in den abgeschlossenen Raum gefüllt, und ein Druck des Mediums wird durch eine Temperaturänderung geändert. Der Ventilabschnitt wird entsprechend einer Verschiebung des druckansprechenden Elements verschoben, um einen Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs zu steuern. Zusammen mit dem Temperaturabtastmedium ist ein Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum gefüllt, um eine Kondensationstemperatur des Mediums zu senken.
Folglich ist nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum des Elementabschnitts gefüllt, so dass eine Kondensationstemperatur der Mischung, die aus dem Medium und dem Zusatzstoff aufgebaut ist, im Vergleich zu der des Mediums niedriger gemacht werden kann. Daher kann die Kondensation der Mischung in dem abgeschlossenen Raum im Vergleich zu einem Fall, in dem der Zusatzstoff nicht hinzugefügt ist, begrenzt werden, selbst wenn eine Außenlufttemperatur niedrig wird. Ferner kann der Druck des abgeschlossenen Raums dazu gebracht werden, dass er der Temperatur von aus dem Verdampfer strömendem Kältemittel entspricht. Als ein Ergebnis kann der Ventilabschnitt den Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs, selbst wenn eine Außenlufttemperatur niedrig wird, richtig steuern, und die Fehlfunktion des thermischen Expansionsventils, die durch den Einfluss der Außenluft erzeugt wird, kann verringert werden.
Ferner wird der Elementabschnitt hergestellt, indem eine vorgegebene Menge an flüssigphasigem Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum gefüllt wird, und indem eine vorgegebene Menge an Medium in den abgeschlossenen Raum gefüllt wird. Bevor die vorgegebene Menge an flüssigphasigem Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum gefüllt wird, wird der abgeschlossene Raum mit gasphasigem Medium mit einer Temperatur und einem Druck gefüllt, so dass Zusatzstoff dazu gebracht wird, die flüssige Phase zu haben. Daher kann, selbst wenn ein flüchtiger Zusatzstoff verwendet wird, eine richtige Menge an Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum gefüllt werden, obwohl der flüchtige Zusatzstoff bei einem Druck gleich oder niedriger als dem Umgebungsdruck leicht verdampft. Auf diese Weise kann die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, im Vergleich zu der Kondensationstemperatur des Mediums gesenkt werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird in einem Dampfkompressionskältekreislauf ein thermisches Expansionsventil verwendet, um Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren und das expandierte Niederdruckkältemittel in Richtung eines Einlasses eines Verdampfers zu befördern. Das thermische Expansionsventil umfasst einen Körperabschnitt, einen Elementabschnitt und einen Ventilabschnitt. Der Körperabschnitt hat einen ersten Kältemitteldurchgang, durch den das Hochdruckkältemittel läuft, einen Drosseldurchgang, der sich in dem ersten Kältemitteldurchgang befindet, um Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und einen zweiten Kältemitteldurchgang, durch den aus dem Verdampfer strömendes Kältemittel läuft. Der Elementabschnitt ist außerhalb des Körperabschnitts angeordnet und hat ein druckansprechendes Element, das entsprechend einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums und einem Druck von durch den zweiten Kältemitteldurchgang strömendem Kältemittel verschoben werden soll. Ein Temperaturabtastmedium ist in den abgeschlossenen Raum gefüllt, und ein Druck des Mediums wird durch eine Temperaturänderung geändert. Der Ventilabschnitt wird entsprechend einer Verschiebung des druckansprechenden Elements verschoben, um einen Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs zu steuern. Ein Zusatzstoff ist zusammen mit dem Temperaturabtastmedium in den abgeschlossenen Raum gefüllt, um eine Kondensationstemperatur des Mediums zu senken. Der Elementabschnitt wird hergestellt, indem eine vorgegebene Menge an flüssigphasigem Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum gefüllt wird, der mit einem Gas gefüllt ist, das eine Temperatur und einen Druck hat, so dass der Zusatzstoff dazu gebracht wird, die flüssige Phase zu haben. Nach dem Einfüllen des Zusatzstoffs wird das Gas aus dem abgeschlossenen Raum abgesaugt, und eine vorgegebene Menge des Mediums wird in den abgeschlossenen Raum gefüllt.
Folglich wird nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum des Elementabschnitts gefüllt, so dass die durch den Einfluss der Außenlufttemperatur erzeugte Fehlfunktion des Expansionsventils verringert werden kann.
Ferner wird der Elementabschnitt ausgebildet, indem eine vorgegebene Menge an Zusatzstoff mit flüssiger Phase in den abgeschlossenen Raum gefüllt wird, indem Gas aus dem abgeschlossenen Raum abgesaugt wird und indem eine vorgegebene Menge an Medium in den abgeschlossenen Raum gefüllt wird. Daher kann eine richtige Menge an Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum gefüllt werden, indem ein nichtflüchtiger Zusatzstoff verwendet wird, weil der nichtflüchtige Zusatzstoff bei einem negativen Druck schwer zu verdampfen ist. Folglich kann die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, im Vergleich zu der Kondensationstemperatur des Mediums gesenkt werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird in einem Dampfkompressionskältekreislauf ein thermisches Expansionsventil verwendet, um Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren und das expandierte Niederdruckkältemittel in Richtung eines Einlasses eines Verdampfers zu befördern. Das thermische Expansionsventil umfasst einen Körperabschnitt, einen Elementabschnitt und einen Ventilabschnitt. Der Körperabschnitt hat einen ersten Kältemitteldurchgang, durch den das Hochdruckkältemittel läuft, einen Drosseldurchgang, der sich in dem ersten Kältemitteldurchgang befindet, um Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und einen zweiten Kältemitteldurchgang, durch den aus dem Verdampfer strömendes Kältemittel läuft. Der Elementabschnitt ist außerhalb des Körperabschnitts angeordnet und hat ein druckansprechendes Element, das entsprechend einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums und einem Druck von durch den zweiten Kältemitteldurchgang strömendem Kältemittel verschoben werden soll. Ein Temperaturabtastmedium ist in den abgeschlossenen Raum gefüllt, und ein Druck des Mediums wird durch eine Temperaturänderung geändert. Der Ventilabschnitt wird entsprechend einer Verschiebung des druckansprechenden Elements verschoben, um einen Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs zu steuern. Ein Zusatzstoff ist zusammen mit dem Temperaturabtastmedium in den abgeschlossenen Raum gefüllt, um eine Kondensationstemperatur des Mediums zu senken. Der Elementabschnitt wird hergestellt, indem Gas aus dem abgeschlossenen Raum abgesaugt wird, indem eine vorgegebene Menge an gasphasigem Medium in den abgesaugten abgeschlossenen Raum gefüllt wird und indem eine vorgegebene Menge an flüssigphasigem Zusatzstoff in den abgesaugten abgeschlossenen Raum gefüllt wird.
Folglich wird nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum des Elementabschnitts gefüllt, so dass die durch den Einfluss der Außenlufttemperatur erzeugte Fehlfunktion des Expansionsventils verringert werden kann.
Ferner wird der Elementabschnitt ausgebildet, indem Gas aus dem abgeschlossenen Raum abgesaugt wird, indem eine vorgegebene Menge an gasphasigem Medium in den abgesaugten abgeschlossenen Raum gefüllt wird und indem eine vorgegebene Menge des flüssigphasigen Zusatzstoffs mit in den abgesaugten abgeschlossenen Raum gefüllt wird. Daher kann eine richtige Menge an Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum gefüllt werden, indem ein flüchtiger Zusatzstoff verwendet wird, obwohl der flüchtige Zusatzstoff bei einem negativen Druck leicht verdampft. Folglich kann die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, im Vergleich zu der Kondensationstemperatur des Mediums gesenkt werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wird in einem Dampfkompressionskältekreislauf ein thermisches Expansionsventil verwendet, um Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren und das expandierte Niederdruckkältemittel in Richtung eines Einlasses eines Verdampfers zu befördern. Das thermische Expansionsventil umfasst einen Körperabschnitt, einen Elementabschnitt und einen Ventilabschnitt. Der Körperabschnitt hat einen ersten Kältemitteldurchgang, durch den das Hochdruckkältemittel läuft, einen Drosseldurchgang, der sich in dem ersten Kältemitteldurchgang befindet, um Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und einen zweiten Kältemitteldurchgang, durch den das aus dem Verdampfer strömende Kältemittel läuft. Der Elementabschnitt ist außerhalb des Körperabschnitts angeordnet und hat ein druckansprechendes Element, das entsprechend einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums und einem Drucks von durch den zweiten Kältemitteldurchgang strömendem Kältemittel verschoben werden soll. Ein Temperaturabtastmedium ist in den abgeschlossenen Raum gefüllt, und ein Druck des Mediums wird durch eine Temperaturänderung geändert. Der Ventilabschnitt wird entsprechend einer Verschiebung des druckansprechenden Elements verschoben, um einen Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs zu steuern. Ein Zusatzstoff ist zusammen mit dem Temperaturabtastmedium in den abgeschlossenen Raum gefüllt, um eine Kondensationstemperatur des Mediums zu senken.
Folglich wird nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum des Elementabschnitts gefüllt, so dass die durch den Einfluss der Außenlufttemperatur erzeugte Fehlfunktion des Expansionsventils verringert werden kann.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung haben das Medium und der Zusatzstoff eine Beziehung von 0,80 ≥ Ma/(Ma + Mr)wenn das Medium derart festgelegt ist, dass es eine vorgegebene Menge Mr (Einheit: Mol) hat und wenn der Zusatzstoff derart festgelegt ist, dass er eine vorgegebene Menge Ma (Einheit: Mol) hat.
Folglich wird die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, in einem praktischen Bereich der Umgebungstemperatur (Außentemperatur) des Kältekreislaufs mit dem thermischen Expansionsventil geeignet gesenkt.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Expansionsventil eine Zusatzstoffrückhaltevorrichtung, um den Zusatzstoff zurückzuhalten.
Folglich kann der Zusatzstoff aufgrund der Zusatzstoffrückhaltevorrichtung vorübergehend zurückgehalten werden. Ferner befindet sich die Rückhaltevorrichtung in dem abgeschlossenen Raum des Elementabschnitts oder einem Raum, der mit dem abgeschlossenen Raum in Verbindung steht. Daher kann das Auslaufen des Zusatzstoffs aus dem abgeschlossenen Raum beschränkt werden, selbst wenn in einem Herstellungsverfahren des Expansionsventils eine Erschütterung erzeugt wird.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das thermische Expansionsventil einen Temperaturmessstab, um die Verschiebung des druckansprechenden Elements auf den Ventilabschnitt zu übertragen und um eine Temperatur von Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang durchläuft, auf das Medium zu übertragen. Der Temperaturmessstab hat einen Säulenraum, der sich in einer Achsenrichtung des Temperaturmessstabs erstreckt und mit dem abgeschlossenen Raum in Verbindung steht. Der Säulenraum nimmt einen thermischen Ballastteil auf, der aus einem Material mit einer Wärmekapazität gefertigt ist, die höher als die des Temperaturmessstabs ist.
Da das Expansionsventil den thermischen Ballastteil umfasst, der aus dem Material mit der höheren Wärmekapazität gefertigt ist, kann eine Geschwindigkeit der Übertragung von Wärme von dem Messstab auf die Mischung des Mediums und des Zusatzstoffs folglich geändert werden. Daher kann die schnelle Verschiebung des Ventilabschnitts beschränkt werden, so dass ein instabiler Betrieb (Pendelphänomen) des Kältekreislaufs verringert werden kann.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, umfasst das thermische Expansionsventil einen Temperaturmessstab, um die Verschiebung des druckansprechenden Elements an den Ventilabschnitt zu übertragen und um eine Temperatur von Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang durchläuft, auf das Medium zu übertragen. Der Temperaturmessstab hat einen Säulenraum, der sich in einer Achsenrichtung des Temperaturmessstabs erstreckt und mit dem abgeschlossenen Raum in Verbindung steht. Der Säulenraum nimmt ein Element mit niedriger Wärmeleitfähigkeit auf, das aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist, die niedriger als die des Temperaturmessstabs ist.
Da das Expansionsventil das Element mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aus dem Material mit der niedrigeren Wärmeleitfähigkeit umfasst, kann folglich eine Geschwindigkeit für die Übertragung von Wärme von dem Messstab auf die Mischung aus dem Medium und dem Zusatzstoff geändert werden. Daher kann die schnelle Verschiebung des Ventilabschnitts beschränkt werden, so dass ein instabiler Betrieb (Pendelphänomen) des Kältekreislaufs verringert werden kann.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein thermisches Expansionsventil einen Temperaturmessstab, um die Verschiebung des druckansprechenden Elements an den Ventilabschnitt zu übertragen und um eine Temperatur von Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang durchläuft, auf des Medium zu übertragen. Der Temperaturmessstab hat einen Säulenraum, der sich in einer Achsenrichtung des Temperaturmessstabs erstreckt und mit dem abgeschlossenen Raum in Verbindung steht. Der Säulenraum ist so definiert, dass er einen oberen Teil, der benachbart zu dem druckansprechenden Element ist, und einen unteren Teil hat, der benachbart zu dem Ventilabschnitt ist. Der untere Teil hat in einem Querschnitt des Säulenraums in der Achsenrichtung einen Innendurchmesser, der kleiner als der des oberen Teils ist.
Folglich kann eine Übertragungsgeschwindigkeit von Wärme von dem Messstab auf die Mischung aus dem Medium und dem Zusatzstoff basierend auf Positionen des Messstabs geändert werden. Daher kann die schnelle Verschiebung des Ventilabschnitts beschränkt werden, so dass der instabile Betrieb (Pendelphänomen) des Kältekreislaufs, der eine der Fehlfunktionen des Expansionsventils ist, verringert werden kann.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Expansionsventil einen Körperabschnitt, eine Mündung, einen Ventilabschnitt, ein Leistungselement, eine erste druckansprechende Kammer, eine zweite druckansprechende Kammer, einen Temperaturmessstab, eine Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und einen Kolben. Der Körperabschnitt hat einen ersten Durchgang, durch den flüssiges Kältemittel aus einem Kompressor strömt, und einen zweiten Durchgang, durch den gasförmiges Kältemittel von einem Verdampfer zu dem Kompressor strömt. Die Mündung ist in dem ersten Durchgang definiert, und der Ventilabschnitt steuert eine Menge des Kältemittels, das die Mündung durchläuft. Das Leistungselement hat eine in dem Körperabschnitt angeordnete Membran, und die Membran wird von einer Druckdifferenz angetrieben. Die obere druckansprechende Kammer ist über der Membran in dem Leistungselement definiert, und die untere druckansprechende Kammer ist unter der Membran definiert, um mit dem zweiten Durchgang in Verbindung zu stehen. Der Temperaturmessstab hat einen Rohrraum, der sich in einer Achsenrichtung des Stabs erstreckt. Wenigstens ein Teil des Stabs befindet sich in dem zweiten Durchgang. Ein oberes Ende des Stabs berührt die Membran, und ein unteres Ende des Stabs treibt den Ventilabschnitt an. Der Stab wird entsprechend einer Verschiebung der Membran verschoben. Die Schicht hat eine Wärmeleitfähigkeit, die niedriger als die eines Materials ist, das den Temperaturmessstab definiert, und ist auf einer Innenwand des Temperaturmessstabs angeordnet. Der Kolben trennt den Rohrraum des Temperaturmessstabs in einen ersten Raum und einen zweiten Raum und wird in einer Achsenrichtung des Rohrraums verschiebbar bewegt.
Ferner steht der Rohrraum des Messstabs durch eine in der Membran definierte Öffnung mit der ersten Kammer in Verbindung. Die durch den Kolben getrennten zwei Räume sind durch einen ersten Raum und einen zweiten Raum aufgebaut. Der erste Raum, der sich benachbart zu der ersten Kammer befindet, ist mit inkompressiblem Fluid gefüllt, und eine durch eine Druckänderung erzeugte Volumenänderung des Fluids ist klein. Der zweite Raum befindet sich in dem zweiten Durchgang entgegengesetzt zu der ersten Kammer und ist mit gasphasigem Kältemittel gefüllt.
Folglich können die folgenden Vorteile erzielt werden. Da das gasphasige Kältemittel in den zweiten Raum, der sich in dem zweiten Durchgang befindet, durch den das Niederdruckkältemittel strömt, gefüllt ist, kann das gasgefüllte Expansionsventil bereitgestellt werden. Kosten und Arbeitsstunden für die Herstellung des gasgefüllten Expansionsventils sind niedriger als die zur Herstellung eines mit Flüssigkeit gefüllten oder mit Adsorptionsmittel gefüllten Expansionsventils. Auf diese Weise kann die Produktivität verbessert werden. Da die Volumenänderung des inkompressiblen Fluids klein ist, ist die durch die Umgebungstemperaturänderung erzeugte Volumenänderung klein. Daher ist der Verschiebungsbetrag des Kolbens, der durch die Volumenänderung des inkompressiblen Fluids erzeugt wird, hinreichend kleiner als der, der durch die Verschiebung der Membran erzeugt wird. Wenn daher das inkompressible Fluid in den ersten Raum gefüllt wird, ist die Volumenänderung des ersten Raums klein. Folglich kann das Expansionsventil betrieben werden, ohne durch eine Umgebungstemperaturänderung beeinflusst zu werden. Ferner kann die Zeitkonstante der Wärmeübertragung aufgrund der Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit größer gemacht werden, und ein Pendelphänomen kann leicht begrenzt werden.
Auf diese Weise kann die Produktivität des Expansionsventils erhöht werden. Ferner kann die Zeitkonstante wirksam festgelegt werden, um das Pendelphänomen zu verhindern, und die durch den Einfluss der Umgebungstemperatur erzeugte Fehlfunktion kann verringert werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Expansionsventil anstelle des Kolbens ein formänderbares Element. Das formänderbare Element ist an einer Innenwand des Rohrraums befestigt, um den Rohrraum in zwei Räume zu trennen. Das formänderbare Element wird durch eine Druckdifferenz verformt.
Folglich kann das formänderbare Element durch eine Druckdifferenz zwischen dem Kältemittel und dem Fluid flexibel verformt werden. Daher kann das formänderbare Element die gleiche Funktion wie der Kolben erreichen. Ferner ist eine Struktur des formänderbaren Elements einfach im Vergleich zu der des Kolbens, der in dem Rohrraum gleitet, weil das formänderbare Element aus membranförmigem weichem Material, wie etwa Gummi, gefertigt werden kann.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung befindet sich der mit dem inkompressiblen Fluid gefüllte erste Raum tiefer als der mit dem gasphasigen Kältemittel gefüllte zweite Raum.
Folglich kann das gasphasige Kältemittel in den ersten Raum gefüllt werden, nachdem das Fluid in den zweiten Raum gefüllt ist. Ferner kann das Leistungselement mit dem Fluid und dem Kältemittel an eine vorgegebene Position des Körperabschnitts montiert werden. Auf diese Weise ist kein Dichtungselement, das zum Einfüllen des Fluids benötigt wird, erforderlich, so dass ein Aufbau des Expansionsventils vereinfacht werden kann.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Expansionsventil einen Körperabschnitt, eine Mündung, einen Ventilabschnitt, ein Leistungselement, eine erste druckansprechende Kammer, eine zweite druckansprechende Kammer, einen Temperaturmessstab und eine Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit. Der Körperabschnitt hat einen ersten Durchgang, durch den flüssiges Kältemittel von einem Kompressor strömt, und einen zweiten Durchgang, durch den gasförmiges Kältemittel von einem Verdampfer zu dem Kompressor strömt. Die Mündung ist in dem ersten Durchgang definiert, und der Ventilabschnitt steuert eine Menge an Kältemittel, die die Mündung durchläuft. Das Leistungselement hat in dem Körperabschnitt eine Membran angeordnet, und die Membran wird von einer Druckdifferenz angetrieben. Die obere druckansprechende Kammer ist über der Membran in dem Leistungselement definiert, und die untere druckansprechende Kammer ist unter der Membran definiert, um mit dem zweiten Durchgang in Verbindung zu stehen. Der Temperaturmessstab hat einen Rohrraum, der sich in einer Achsenrichtung des Stabs erstreckt. Wenigstens ein Teil des Stabs befindet sich in dem zweiten Durchgang. Ein oberes Ende des Stabs berührt die Membran, und ein unteres Ende des Stabs treibt den Ventilabschnitt an. Der Stab wird entsprechend einer Verschiebung der Membran verschoben. Die Schicht hat eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die eines Materials, das den Temperaturmessstab definiert, und ist auf einer Innenwand des Temperaturmessstabs angeordnet.
Ferner steht der Rohrraum des Messstabs durch eine in der Membran definierte Öffnung mit der oberen Kammer in Verbindung. Ein Raum ist von der oberen Kammer des Rohrraums des Messstabs definiert, und der Raum hat einen oberen Teil und einen unteren Teil. Inkompressibles Fluid wird in den oberen Teil mit wenigstens der oberen Kammer gefüllt und verschlossen. Eine Volumenänderung des Fluids, die durch eine Druckänderung erzeugt wird, ist klein. Gasphasiges Kältemittel wird in den unteren Teil gefüllt und verschlossen. Das Fluid und das Kältemittel haben eine Beziehung, wobei sie sich in einem vorgegebenen Verhältnis ineinander auflösen. Das Fluid hat eine Widerstandskraft, die durch eine Oberflächenspannung erzeugt wird, um das Fallen in einen unteren Teil des Rohrraums des Messstabs zu beschränken. Die Widerstandskraft ist größer als eine Schwerkraft des Fluids, die an einer Grenzfläche zwischen dem Fluid und dem Kältemittel angewendet wird.
Folglich kann die Widerstandskraft unter Berücksichtigung eines Grads der Auflösungscharakteristik größer als die Schwerkraft gemacht werden. Daher bilden das Fluid und das Kältemittel zwei Schichten, in denen eine vorgegebene Menge des Fluids und eine vorgegebene Menge des Kältemittels sich ineinander auflösen und an der Grenzfläche ein Gleichgewicht der zwei Schichten aufrechterhalten wird. Ferner ist eine Volumenänderung, die durch eine Druckänderung in dem inkompressiblen Fluid, das in den oberen Raum gefüllt ist, erzeugt wird, klein. Daher ist eine Volumenänderung, die durch eine Umgebungstemperaturänderung erzeugt wird, klein. Der durch die Volumenänderung erzeugte Verschiebungsbetrag ist hinreichend kleiner als der durch eine Verschiebung der Membran erzeugte. Die Volumenänderung des inkompressiblen Fluids, das in die obere Kammer gefüllt ist, ist klein, so dass der Einfluss der Umgebungstemperaturänderung in Bezug auf einen Betrieb des Expansionsventils verringert werden kann.
Da ferner das gasphasige Kältemittel in den unteren Raum gefüllt ist, kann das gasgefüllte Expansionsventil bereitgestellt werden. Kosten und Arbeitsstunden für die Herstellung des gasgefüllten Expansionsventils sind niedriger als die zur Herstellung eines mit Flüssigkeit gefüllten oder mit Adsorptionsmittel gefüllten Expansionsventils. Folglich kann die Produktivität verbessert werden. Aufgrund der Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit kann ferner die Wärmeübertragungszeitkonstante größer gemacht werden, und ein Pendelphänomen kann leicht beschränkt werden.
Folglich kann die Produktivität des Expansionsventils erhöht werden. Ferner kann die Zeitkonstante für die Verhinderung des Pendelphänomens wirksam festgelegt werden, und die durch den Einfluss der Umgebungstemperatur erzeugte Fehlfunktion kann verringert werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung sind das inkompressible Fluid und das gasphasige Kältemittel unfähig, sich ineinander aufzulösen. Folglich sind das Fluid und das Kältemittel vollständig in zwei Schichten getrennt, und an einer Grenzfläche der zwei Schichten wird ein Gleichgewicht gehalten. Folglich kann das Expansionsventil leicht konzipiert werden, ohne die Kompatibilität des Fluids und des Kältemittels zu berücksichtigen, um die Widerstandskraft größer als die Schwerkraft zu machen.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst das Expansionsventil einen Oberflächenspannungs-Erhöhungsabschnitt, der auf der Grenzfläche zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem gasphasigen Kältemittel angeordnet ist. Der Oberflächenspannungs-Erhöhungsabschnitt ist so angeordnet, dass er den Rohrraum des Temperaturmessstabs durchquert. Folglich kann die Oberflächenspannung erhöht werden, und das Gleichgewicht zwischen dem Fluid und dem Kältemittel kann stabiler aufrechterhalten werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aus Harz gefertigt. Folglich kann die Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit durch ein Verfahren mit hoher Produktivität ausgebildet werden. Zum Beispiel kann Hinterspritzen durchgeführt werden.
Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist das inkompressible Fluid PAG-Öl, Silkonöl oder fluoriertes Öl.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, die unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird, wobei:
1 eine Querschnittansicht ist, die ein thermisches Expansionsventil gemäß ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einem Molenbruch ηm und einem Dampfdruckabnahmeverhältnis P/Pr darstellt;
3 ein Diagramm ist, das ein Herstellungsverfahren für das thermische Expansionsventil der ersten Ausführungsform darstellt;
4 ein Diagramm ist, das ein Herstellungsverfahren des thermischen Expansionsventils der zweiten und dritten Ausführungsformen darstellt;
5 eine Querschnittansicht ist, die ein thermisches Expansionsventil gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
6 eine Querschnittansicht ist, die ein Expansionsventil gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt;
7 eine Querschnittansicht ist, die ein Modifikationsbeispiel des Expansionsventils darstellt;
8 eine Querschnittansicht ist, die ein Expansionsventil gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt;
9 ein Charakteristikendiagramm ist, das ein Beispiel für die Kompatibilität zwischen inkompressiblem Fluid und gasphasigem Kältemittel, die in das Expansionsventil gefüllt sind, darstellt;
10 eine Draufsicht ist, die einen Oberflächenspannungs-Erhöhungsabschnitt darstellt, der auf einer Grenzfläche zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem gasphasigen Kältemittel angeordnet ist;
11 eine Querschnittansicht ist, die ein Expansionsventil gemäß einer siebten Ausführungsform darstellt; und
12 eine Querschnittansicht ist, die ein Expansionsventil gemäß einer achten Ausführungsform darstellt.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform wird unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben, in denen die vorliegende Erfindung für ein thermisches Expansionsventil in einem Dampfkompressionskältekreislauf angewendet wird. 1 ist eine Querschnittansicht eines thermischen Expansionsventils 5 der vorliegenden Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Dampfkompressionskältekreislauf 1 mit dem thermische Expansionsventil 5 in einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug verwendet. 1 zeigt eine schematische Verbindungsbeziehung zwischen Vorrichtung des Kältekreislaufs 1.
Fluorkohlenwasserstoffkältemittel R134a wird in dem Kältekreislauf 1 verwendet, und ein unterkritischer Kreislauf wird aufgebaut, in dem ein Druck von hochdruckseitigem Kältemittel den kritischen Druck nicht übersteigt. In dem Kältekreislauf 1 von 1 wird ein Kompressor 2 von einem nicht dargestellten Fahrzeugmotor zum Beispiel durch eine elektromagnetische Kupplung angetrieben, um Kältemittel anzusaugen und zu komprimieren.
Ein Strahler 3 veranlasst, dass Wärme zwischen Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 2 ausgestoßen wird, und Außenluft, die von einem nicht dargestellten Kühlventilator geschickt wird, ausgetauscht wird, wobei das Hochdruckkältemittel Wärme abgibt, um kondensiert zu werden. Der Strahler 3 entspricht einem wärmeabgebenden Wärmetauscher. Ein Sammler 4 ist mit einer Auslassseite des Strahlers 3 verbunden. Der Sammler 4 trennt Kältemittel, das aus dem Strahler 3 strömt, in Gas und Flüssigkeit und lagert zusätzliches Kältemittel des Kreislaufs. Ferner ist das thermische Expansionsventil 5 mit einem Auslass für flüssiges Kältemittel des Sammlers 4 verbunden.
Das thermische Expansionsventil 5 setzt den Druck von aus dem Sammler 4 strömendem Hochdruckkältemittel herab und expandiert es. Ferner wird eine Ventilöffnung des Expansionsventils 5 basierend auf einer Temperatur und einem Druck von aus einem Verdampfer 6 strömendem Kältemittel in einer Weise geändert, dass ein Überhitzungsgrad von aus dem Verdampfer 6 strömendem Kältemittel näher an einen vorgegebenen Wert kommt. Die Ventilöffnung entspricht einer Drosseldurchgangsfläche. Auf diese Weise steuert das Expansionsventil 5 eine Menge an Kältemittel, die in Richtung des Einlasses des Verdampfers 6 strömt. Ein spezifischer Aufbau des Expansionsventils 5 wird nachstehend beschrieben.
Der Verdampfer 6 macht den Wärmeaustausch zwischen Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem Expansionsventil 5 herabgesetzt und das expandiert wurde, und Luft die von einem nicht dargestellten luftbefördernden Ventilator geschickt wird. Der Verdampfer 6 entspricht einem wärmeaufnehmenden Wärmetauscher, um das Niederdruckkältemittel verdampfen zu lassen. Ferner ist eine Auslassseite des Verdampfers 6 durch einen zweiten Kältemitteldurchgang 51f des Expansionsventils 5 mit einer Ansaugseite des Kompressors 2 verbunden.
Als nächstes wird ein spezifischer Aufbau des thermischen Expansionsventils 5 beschrieben. Ein Innendruck des Expansionsventils 5 ist gleichmäßig, und das Expansionsventil 5 umfasst, wie in 1 gezeigt, einen Körperabschnitt 51, einen Ventilabschnitt 52 und einen Elementabschnitt 53.
Der Körperabschnitt 51 definiert ein Gehäuse des Expansionsventils 5 und einen Kältemitteldurchgang in dem Expansionsventil 5 und wird hergestellt, indem ein Loch zum Beispiel in einen zylinderförmigen Block oder einen prismenförmigen Block gebohrt wird. Der Körperabschnitt 51 hat erste und zweite Kältemitteleinlässe 51a, 51d, erste und zweite Kältemittelauslässe 51b, 51e, eine Ventilkammer 51g, einen Drosseldurchgang 51h, eine Verbindungskammer 51i, ein Montageloch 51j und so weiter.
Der erste Einlass 51a ist mit dem Auslass für flüssiges Kältemittel des Sammlers 4 verbunden, um flüssiges Hochdruckfluid einströmen zu lassen. Der erste Auslass 51b lässt das Kältemittel von dem ersten Einlass 51a in Richtung des Verdampfers 6 strömen. Daher ist ein erster Kältemitteldurchgang 51c von dem ersten Einlass 51a zu dem ersten Auslass 51b definiert.
Der zweite Einlass 51d lässt aus dem Verdampfer 6 strömendes Niederdruckkältemittel in das Expansionsventil 5 strömen. Der zweite Auslass 51e lässt Kältemittel von dem zweiten Einlass 51d in Richtung des Kompressors 2 strömen. Daher ist der zweite Kältemitteldurchgang 51f von dem zweiten Einlass 51d zu dem zweiten Auslass 51e definiert.
Die Ventilkammer 51g ist in dem ersten Kältemitteldurchgang 51c definiert und nimmt ein Kugelventil 52a des Ventilabschnitts 52 auf. Insbesondere steht die Ventilkammer 51g direkt mit dem ersten Einlass 51a in Verbindung und steht durch den Drosseldurchgang 51h mit dem ersten Auslass 51b in Verbindung. Der Drosseldurchgang 51h befindet sich in dem ersten Kältemitteldurchgang 51c und leitet Kältemittel, das in die Ventilkammer 51g strömt, in Richtung des ersten Auslasses 51b. Zu dieser Zeit wird der Druck des Kältemittels herabgesetzt und es wird expandiert.
Ein Montageloch 51j ist in dem zweiten Kältemitteldurchgang 51f definiert und befindet sich auf einer Oberseite des Körperabschnitts 51. Die Verbindungskammer 51i ist definiert, um mit dem Montageloch 51j in Verbindung zu stehen. Der Elementabschnitt 53, der nachstehend beschrieben werden soll, wird von außerhalb des Körperabschnitts 51 an das Montageloch 51j montiert.
Der Ventilabschnitt 52 umfasst ein Kugelventil 52a, einen Temperaturmessstab 52b und einen Betätigungsstab 52c. Das Kugelventil 52a ist auf einem Ende des Ventilabschnitts 52 angeordnet. Der Temperaturmessstab 52b hat eine ungefähre Zylinderform und ist durch einen Verbindungsabschnitt, wie etwa eine Schweißung oder Klebstoff, mit einer Membran 53b des Elementabschnitts 53 verbunden. Der Betätigungsstab 52c hat eine ungefähre Zylinderform und ist mit der gleichen Achse in den Temperaturmessstab 52b eingepasst, um das Kugelventil 52a zu berühren.
Das Kugelventil 52a steuert die Kältemitteldurchgangsfläche des Drosseldurchgangs 51h durch Verschieben der Stäbe 52b, 52c in der Achsenrichtung. Die Ventilkammer 51g nimmt eine Spiralfeder 54 auf, die das Kugelventil 52a in eine Richtung vorspannt, in welcher der Drosseldurchgang 51h durch ein Halteelement 54a geschlossen wird. Eine Last der Vorspannkraft der Spiralfeder 54 ist durch Steuern einer Schraube 54b änderbar.
Der Temperaturmessstab 52b erstreckt sich so, dass er durch die Verbindungskammer 51i und das Montageloch 51j geht. Eine Außenumfangsseite des Stabs 52b liegt zu dem Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang 51f durchläuft, und der Verbindungskammer 51i frei. Daher überträgt der Stab 52b die Temperatur von Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang 51f in Richtung des Elementabschnitts 53 durchläuft.
Ferner ist ein ungefähr säulenförmiger Raum 10 in dem Temperaturmessstab 52b definiert, um sich in der Achsenrichtung des Stabs 52b zu erstrecken. Ein Wärmeisolationselement 60 ist auf einer Innenwandseite des Säulenraums 10 angeordnet. Das Wärmeisolationselement 60 ist aus einem Material mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit als der des Temperaturmessstabs 52b gefertigt. Insbesondere wird das Wärmeisolationselement 60 durch Formen von Harz, wie etwa Polyoxymethylen (POM), in einen Zylinder mit Boden gebildet und wird in den Säulenraum 10 eingepasst, um die Innenwandseite des Säulenraums 10 dicht zu berühren.
Ein granularer thermischer Ballastteil 71 wird durch das Wärmeisolationselement 60 in den Säulenraum 10 gefüllt und hat eine höhere Wärmekapazität als die des Temperaturmessstabs 52b. Insbesondere ist der Ballastteil 71 aus granularer Keramik, wie etwa Aluminiumoxid-Siliziumoxid, gefertigt.
Ferner ist eine Zusatzstoffrückhaltevorrichtung 70 auf einer Füllseite 71a des Ballastteils 71 entgegengesetzt zu einem abgeschlossenen Raum 20 angeordnet. Die Zusatzstoffrückhaltevorrichtung 70 befindet sich auf der obersten Seite des Ballastteils 71. Die Rückhaltevorrichtung 70 adsorbiert und hält Zusatzstoff, der nachstehend beschrieben werden soll, vorübergehend und entspricht einem Schwammelement, das aus porigem Harz, wie etwa Polyurethan, gefertigt ist.
Der Betätigungsstab 52c ist derart angeordnet, dass er durch ein Ventilanordnungsloch 51k und den Drosseldurchgang 51h geht. Das Ventilanordnungsloch 51k ist in dem Körperabschnitt 51 definiert, um die Verbindungskammer 51i und die Ventilkammer 51g zu verbinden. Ein Spielraum, der zwischen dem Loch 51k und dem Betätigungsstab 52c definiert ist, ist durch ein nicht dargestelltes Dichtungselement, wie etwa einen O-Ring, abgeschlossen. Daher wird das Kältemittel dabei beschränkt, aus dem Spielraum auszulaufen, selbst wenn der Ventilabschnitt 52 verschoben wird.
Der Elementabschnitt 53 umfasst ein Elementgehäuse 53a, die Membran 53b und eine Elementabdeckung 53c. Das Gehäuse 53a ist durch einen Befestigungsabschnitt, wie etwa eine Schraube, an das Montageloch 51j montiert. Die Membran 53b entspricht einem Ansprechelement, um auf eine Druckänderung anzusprechen. Ein Außenumfang der Membran 53b wird zwischen dem Elementgehäuse 53a und der Elementabdeckung 53c gehalten. Die Elementabdeckung 53c bildet einen Außenrahmen des Elementabschnitts 53.
Das Elementgehäuse 53a und die Elementabdeckung 53c haben Becherformen, die aus Metall, wie etwa nichtrostendem Stahl (SUS304), gefertigt sind. Umfangsenden des Gehäuses 53a und der Abdeckung 53c werden durch einen Verbindungsabschnitt, wie etwa durch Hartlöten, in einem Zustand, in dem der Außenumfang der Membran 53b zwischen dem Gehäuse 53a und der Abdeckung 53c gehalten wird, integral geschweißt. Daher wird ein Innenraum des Elementabschnitts 53, der durch das Gehäuse 53a und die Abdeckung 53c definiert ist, durch die Membran 53b in zwei Räume geteilt.
Einer der zwei Räume ist der abgeschlossene Raum 20, der zwischen der Abdeckung 53c und der Membran 53b definiert ist. Temperaturabtastmedium ist in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt, und der Druck des Mediums wird entsprechend der Temperatur von aus dem Verdampfer 6 strömendem Kältemittel geändert. Ferner ist ein Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt und senkt eine Kondensationstemperatur des Mediums. Das Medium und der Zusatzstoff werden nachstehend spezifisch beschrieben. Der abgeschlossene Raum 20 steht durch ein Durchgangsloch, das definiert ist, um durch eine ungefähre Mittelposition der Membran 53b zu gehen, mit dem Säulenraum 10 des Temperaturmessstabs 52b in Verbindung.
Der andere der zwei Räume ist ein Einleitungsraum 30, der zwischen dem Gehäuse 53a und der Membran 53b definiert ist. Der Einleitungsraum 30 steht mit der Verbindungskammer 51i in Verbindung, so dass aus dem Verdampfer 6 strömendes Kältemittel in den Raum 30 eingeleitet wird. Daher wird die Temperatur von Kältemittel, das durch den zweiten Kältemitteldurchgang 51f strömt, durch den Temperaturmessstab 52b auf eine Mischung des Mediums und des Zusatzstoffs, die in die Räume 10, 20 gefüllt sind, übertragen. Ferner wird die Temperatur des in den Einleitungsraum 30 eingeleiteten Kältemittels durch die Membran 53b auf die Mischung des Mediums und des Zusatzstoffs, die in die Räume 10, 20 gefüllt ist.
Daher entsprechen die Innendrücke der Räume 10, 20 der Temperatur von Kältemittel, das aus dem Verdampfer 6 strömt. Die Membran 53b wird basierend auf einer Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des Raums 10, 20 und dem Innenraum des Raums 30, in den Kältemittel von dem Verdampfer 6 strömt, verschoben. Die Membran 53b ist vorteilhafterweise aus einem steifen Material mit hoher Elastizität und hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt. Zum Beispiel kann die Membran 53b eine dünne Platte sein, die aus nichtrostendem Stahl, wie etwa SUS304, gefertigt ist.
Wie in 1 gezeigt, hat die Elementabdeckung 53c ein Loch 53d, das zum Füllen des Mediums und des Zusatzstoffs in den abgeschlossenen Raum 20 verwendet wird. Das Loch 53d wird in einem Zustand, in dem das Medium und der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 und den Säulenraum 10 gefüllt sind (die hier nachstehend als abgeschlossener Raum 20 beschrieben sind), durch einen Dichtungsstöpsel 53e verschlossen.
Das Medium und der Zusatzstoff, die in den Raum 20 gefüllt sind, werden beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird Kältemittel (R134a), das in dem Kältekreislauf 1 zirkuliert, als das Temperaturabtastmedium verwendet, und eine vorgegebene Menge des Mediums wird in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt. Die vorgegebene Menge wird in einer Weise festgelegt, dass der Innendruck des abgeschlossenen Raums 20 basierend auf der Temperatur von Kältemittel, das aus dem Verdampfer 6 strömt, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs verändert wird.
Ferner wird Ethanol (C₂H₆O) als der Zusatzstoff verwendet, um die Kondensationstemperatur des Mediums zu senken. Eine vorgegebene Menge des Zusatzstoffs wird in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt. Ethanol verdampft leicht unter Atmosphärendruck. Ferner wird die vorgegebene Menge des Zusatzstoffs in der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung des Gesetzes von Raoult bestimmt. Eine Dampfdruckabnahme einer Lösung ist proportional zu einer Konzentration einer gelösten Substanz der Lösung, was in dem Gesetz von Raoult durch folgende Formeln F1 und F2 dargestellt ist: ηm = β × Wr/{(1 – β) × Wa + β × Wr} (F1) P = Pr(1 – ηm) (F2)
Wr stellt ein Molekulargewicht des in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllten Mediums dar. Wa stellt ein Molekulargewicht des in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllten Zusatzstoffs dar. β ist ein Verhältnis des Zusatzstoffs zu der Mischung. Pr stellt einen gesättigten Dampfdruck von gereinigtem Medium dar, und P stellt einen gesättigten Dampfdruck der Mischung dar.
Daher stellt ηm von Formel F1 einen Molenbruch des Zusatzstoffs in der Mischung dar. Wie in Formel F2 verdeutlicht, wird der Sättigungsdampfdruck der Mischung verringert, wenn der Molenbruch ηm des Zusatzstoffs erhöht wird. Das heißt, die Kondensationstemperatur des Mediums in der Mischung kann gesenkt werden, indem der Molenbruch des Zusatzstoffs in der Mischung erhöht wird.
Wenn daher die vorgegebene Menge des in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllten Mediums so definiert ist, dass sie einen Wert von Mr (Einheit: Mol) hat, und wenn die vorgegebene Menge des Zusatzstoffs, die in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt ist, so definiert ist, dass sie einen Wert von Ma (Einheit: Mol) hat, wird die folgende Formel F3 definiert. 0,80 ≥ Ma/(Ma + Mr) (F3)
Eine rechte Seite der Formel F3 ist ein Wert, der dem Molenbruch ηm des Zusatzstoffs in der Mischung entspricht. Ein linksseitiger Wert von 0,80 wird festgelegt, um ein unnötiges Senken der Kondensationstemperatur zu verhindern.
Das vorstehende Merkmal wird unter Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das eine Änderung eines Dampfdruckabnahmeverhältnisses P/Pr entsprechend einer Änderung des Molenbruchs ηm darstellt. Das Abnahmeverhältnis P/Pr ist ein Verhältnis eines Sättigungsdampfdrucks P der Mischung zu einem Sättigungsdampfdruck Pr von gereinigtem Temperaturabtastmedium. Wenn der Molenbruch ηm auf etwa 0,8 erhöht wird, wird das Abnahmeverhältnis P/Pr, wie in 2 deutlich gezeigt, auf etwa 0,2 verringert. Wenn der Sättigungsdampfdruck Pr von gereinigtem Medium R134a bei 0°C mit 0,2 multipliziert wird, entspricht der multiplizierte Wert dem Sättigungsdampfdruck bei etwa –25°C. Wenn daher der Molenbruch ηm auf etwa 0,8 erhöht wird, kondensiert die Mischung in dem abgeschlossenen Raum 20 nicht, selbst wenn die Temperatur der Mischung auf etwa –25°C gesenkt wird.
In dieser Ausführungsform wird das Medium R134a auch als das in dem Kältekreislauf 1 zirkulierende Kältemittel verwendet. Wenn daher in einem Fall, in dem die Außenlufttemperatur –25°C ist, die Temperatur des Hochdruckkältemittels des Strahlers 3 auf etwa –25°C gesenkt wird, wird der Druck des Hochdruckkältemittels gesenkt, so dass er gleich oder niedriger als der Atmosphärendruck ist. In diesem Fall kann die Druckdifferenz, die zum Verdampfen von Kältemittel in dem Verdampfer 6 benötigt wird, nicht aufrechterhalten werden, so dass der Kältekreislauf 1 zusammenbricht. Wenn daher die Temperatur der in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllten Mischung auf etwa –25°C gesenkt wird, ist es aufgrund der Abnahme der Außenlufttemperatur unnötig, die Mischung vom Kondensieren abzuhalten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Molenbruch ηm derart festgelegt, das er die Formel F3 erfüllt, und die vorgegebene Menge Ma des Zusatzstoffs wird basierend auf dem festgelegten Molenbruch ηm und einem Wert für die vorgegebene Menge Mr des Mediums festgelegt. Insbesondere wenn in dieser Ausführungsform ein Volumen des abgeschlossenen Raums 20 als 1 cm³ definiert ist, wird Ethanol von 0,1 g als der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt.
Die vorgegebene Menge Ma des Zusatzstoffs kann derart festgelegt werden, dass sie die Formel von 0,90 ≥ Ma/(Ma + Mr) unter Berücksichtigung eines Fehlers, der erzeugt wird, wenn der Zusatzstoff eingefüllt wird, erfüllt. Ferner kann ein unterer Grenzwert von Ma/(Ma + Mr) basierend auf der tiefsten Außenlufttemperatur der Umgebung, in welcher der Kältekreislauf 1 verwendet wird, festgelegt werden. Wenn zum Beispiel die tiefste Außenlufttemperatur als –1°C definiert ist, kann die vorgegebene Menge Ma des Zusatzstoffs derart festgelegt werden, dass sie die Formel Ma/(Ma + Mr) ≥ 0,1 erfüllt. Das heißt, unter Berücksichtigung des praktischen Temperaturbereichs des Kältekreislaufs 1 kann die vorgegebene Menge Ma des Zusatzstoffs in einem Bereich von 0,90 ≥ Ma/(Ma + Mr) ≥ 0,1 festgelegt werden.
Ferner hängt das Dampfdruckabnahmeverhältnis P/Pr von 2 trotz der Arten des Zusatzstoffs von dem Molenbruch ηm ab. Daher kann ein zulässiger Bereich für die vorgegebene Menge Ma des Zusatzstoffs für andere Zusatzstoffe als Ethanol festgelegt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des thermischen Expansionsventils 5 der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben.
Ein thermisches Expansionsventil, in dem das Loch 53d der Elementabdeckung 53c von 1 nicht durch den Stöpsel 53e verschlossen ist, wird hergestellt. Zu dieser Zeit sind weder das Medium noch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt. Im Gegensatz dazu sind das Wärmeisolationselement 60, der Ballastteil 71 und die Rückhaltevorrichtung 70 in den Säulenraum 10 montiert.
Insbesondere wird das Wärmeisolationselement 60 mit Zylinderform mit Boden in die Innenwandseite des Säulenraums 10 eingepasst. Der granulare Ballastteil 71 wird in das Wärmeisolationselement 60 gefüllt, und die Rückhaltevorrichtung 70 wird eingepasst, so dass sie die Füllseite 71a des Ballastteils 71 berührt. Das Wärmeisolationselement 60, der Ballastteil 71 und die Rückhaltevorrichtung 70 können durch das Durchgangsloch der Membran 53b montiert werden, nachdem die Membran 53b und eine Oberseite des Temperaturmessstabs 52b zum Beispiel durch Laserschweißen geschweißt wurden. Auf diese Weise kann die Verschlechterung des Wärmeisolationselements 60, des Ballastteils 71 und der Rückhaltevorrichtung 70 durch Wärme, die durch das Schweißen erzeugt wird, beschränkt werden.
Ein Verfahren zum Füllen des Mediums und des Zusatzstoffs in den abgeschlossenen Raums 20 des Elementabschnitts 53 wird unter Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das ein Füll- und Verschließverfahren der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Die Ausstattung 100, die für das Füll- und Verschließverfahren verwendet wird, wird beschrieben. Die Ausstattung 100 umfasst ein luftdichtes Gehäuse 101, das Luftdichtigkeit aufrechterhält. Füll- und Verschließarbeitsgänge werden im Inneren des Gehäuses 101 durchgeführt. Das Gehäuse 101 hat eine Einlassluftklappe 101a und eine Auslassluftklappe 101b. Ein Expansionsventil, welches das Füll- und Verschließverfahren haben soll, wird durch die Einlassluftklappe 101a in das Gehäuse 101 eingeführt. Nachdem das Expansionsventil 5 das Verfahren hatte, wird es durch die Auslassluftklappe 101b aus dem Gehäuse 101 heraus genommen. Die Klappe 101a, 101b ist fähig, die Luftdichtigkeit des Gehäuses 101 aufrecht zu erhalten. Ein einlassseitiger Träger 102a ist mit der Einlassluftklappe 101a verbunden, um das Expansionsventil zu befördern, so dass es das Verfahren bekommt. Ein auslassseitiger Träger 102b ist mit der Auslassluftklappe 101b verbunden, um das Expansionsventil 5 zu befördern, nachdem es das Verfahren hatte. Ein Innenträger 102c ist in dem Gehäuse 101 angeordnet, um die Klappen 101a, 101b zu verbinden. Der Träger 102a, 102b, 102c kann zum Beispiel ein Bandförderer sein.
Eine Zusatzstoff-Füllausstattung 103 und eine Temperaturabtastmedium-Füllausstattung 104 sind in dem Gehäuse 101 angeordnet.
Die Zusatzstoff-Füllausstattung 103 umfasst eine Zusatzstoff-Fülldüse 103a, einen Zusatzstoff-Füllarm 103b und eine Zusatzstoffsteuerung 103c. Die Düse 103a wird in das Loch 53d eingesetzt. Der Arm 103b bringt die Düse 103a dazu, sich aufwärts und abwärts zu bewegen. Die Steuerung 103c steuert einen Druck und eine Menge an Zusatzstoff, der von der Düse 103a eingespritzt wird. Ein Zusatzstoffbehälter 103d ist mit der Steuerung 103c verbunden. Der Behälter 103d ist außerhalb angeordnet und ist aus einem fest verschlossenen Behälter gefertigt, in den Ethanol (C₂H₆O) als der Zusatzstoff gefüllt ist. Eine Zusatzstoffpumpe 103e ist zwischen dem Behälter 103d und der Steuerung 103c angeordnet. Die Pumpe 103e saugt in den Behälter 103d gefüllten Zusatzstoff an und setzt den Zusatzstoff für die Steuerung 103c unter Druck. Der Behälter 103d und die Pumpe 103e sind mit einem Zusatzstoffschlauch 103f verbunden. Der Schlauch 103f ist aus einem Material gefertigt, das durch Ethanol (C₂H₆O), das dem Zusatzstoff entspricht, nicht verschlechtert wird. Die Pumpe 103e und die Steuerung 103c sind durch einen Zusatzstoffschlauch 103g verbunden. Der Zusatzstoffschlauch 103g ist aus einem Material gefertigt, das durch Ethanol (C₂H₆O), das dem Zusatzstoff entspricht, nicht verschlechtert wird.
Die Mediumfüllausstattung 104 umfasst eine zylinderförmige Abschirmung 104a, welche die Elementabdeckung 53c dicht berührt. Eine nicht dargestellte Dichtung ist zwischen die Abschirmung 104a und die Elementabdeckung 53c montiert, welche sich gegenseitig berühren. Eine Mediumsteuerung 104c ist auf einer Oberseite der Abschirmung 104a angeordnet, um eine Strömungsmenge und einen Druck des Mediums zu steuern. Die Abschirmung 104a hält die Luftdichtigkeit zwischen der Elementabdeckung 53c und der Steuerung 104c aufrecht. Die Abschirmung 104a ist aufgrund der Steuerung 104c fähig, sich in der Oben- und Untenrichtung auszudehnen oder zu schrumpfen. Die Abschirmung 104a berührt die Elementabdeckung 53 dicht und kann von der Elementabdeckung 53c getrennt werden, nachdem das Verfahren beendet ist, weil die Abschirmung 104a sich in der Oben- und Untenrichtung ausdehnen oder schrumpfen kann.
Ein Dichtungsstöpselarm 104b ist in der Abschirmung 104a angeordnet. Der Arm 104b bewegt sich von der Steuerung 104c nach unten. Der Arm 104b drückt den Dichtungsstöpsel 53e in das Loch 53d und befestigt den Stöpsel 53e durch Punktschweißen, um das Loch 53d dicht zu verschließen. Ferner ist eine Medieneinspritzdüse 104d in der Abschirmung 104a angeordnet und spritzt das Medium ins Innere der Abschirmung 104a. Die Düse 104d ist mit der Steuerung 104c verbunden, und eine Strömungsmenge und ein Druck des Mediums werden von der Steuerung 104c gesteuert.
Ein Medienbehälter 104e ist mit der Steuerung 104c verbunden. Der Behälter 104e ist außerhalb angeordnet und ist aus einem dicht verschlossenen Behälter gefertigt, in den das Medium R134a gefüllt ist. Eine Mediumpumpe 104f ist zwischen dem Behälter 104e und der Steuerung 104c angeordnet. Die Pumpe 104f saugt das in den Behälter 104e gefüllte Medium an und setzt das Medium für die Steuerung 104c unter Druck. Der Behälter 104e und die Pumpe 104f sind durch einen Mediumschlauch 104g verbunden. Der Schlauch 104g ist aus einem Material gefertigt, das durch das Medium R134a nicht verschlechtert wird. Die Pumpe 104f und die Steuerung 104c sind durch einen Mediumschlauch 104h verbunden. Der Schlauch 104h ist aus einem Material gefertigt, das durch das Medium R134a nicht verschlechtert wird.
Eine Mediumeinspritzdüse 105 ist in dem Gehäuse 101 angeordnet und spritzt das Medium ein, um das Gehäuse 101 mit dem Medium zu füllen. Der Behälter 104e ist mit der Düse 105 verbunden. Eine Mediumpumpe 105a ist zwischen dem Behälter 104e und der Düse 105 angeordnet. Die Pumpe 105a saugt das in den Behälter 104e gefüllte Medium an und setzt das Medium für die Düse 105 unter Druck. Ferner ist ein Mediumdrucksteuerventil 105b zwischen der Düse 105 und der Pumpe 105a angeordnet und steuert einen Mediumdruck in dem Gehäuse 101.
Das von der Ausstattung 100 durchgeführte Füll- und Verschließverfahren wird beschrieben. Gas (Luft) wird durch ein nicht dargestelltes Lüftungsloch aus dem Gehäuse 101 entlassen. Zu dieser Zeit wird gasphasiges Medium von der Düse 105 eingespritzt, wodurch das Innere des Gehäuses 101 durch das Medium gereinigt wird. Auf diese Weise wird das Medium in das Gehäuse 101 gefüllt. Zu dieser Zeit wird der Druck des Mediums in dem Gehäuse 101 durch das Steuerventil 105b derart gesteuert, dass er einen Atmosphärendruck ist. Ein Expansionsventil, welches das Verfahren haben soll, ist auf den einlassseitigen Träger 102a gestellt. Das Expansionsventil geht durch die Einlassluftklappe 101a, um in das Gehäuse 101 befördert zu werden.
Das Innere des abgeschlossenen Raums 20 des Expansionsventils wird durch das in das Gehäuse 101 gefüllte Medium ausgetauscht. Folglich wird das Innere des abgeschlossenen Raums 20 mit dem Medium gefüllt. Dann wird das Expansionsventil durch den Träger 102c unter die Zusatzstoff-Füllausstattung 103 bewegt. Die Düse 103a wird in das Loch 53d eingesetzt. Die Steuerung 103c steuert die Düse 103a, um flüssigphasigen Zusatzstoff abzugeben, so dass die Menge des Zusatzstoffes des abgeschlossenen Raums 20 gleich der vorgegebenen Menge Ma wird.
Zu dieser Zeit kann die Düse 103a in eine Position gesenkt werden, um die Rückhaltevorrichtung 70 in einer Weise zu berühren, dass der durch das Loch 53d eingefüllte Zusatzstoff auf der Rückhaltevorrichtung 70 adsorbiert wird. Die Rückhaltevorrichtung 70 wird auf die Füllseite 71a des Ballastteils 71 gedrückt und darauf fixiert. Die Düse 103a wird von dem Loch 53d getrennt, nachdem die vorgegebene Menge an Zusatzstoff eingefüllt ist. Auf diese Weise wird das Zusatzstofffüllverfahren beendet.
Als nächstes befördert der Träger 102c das Expansionsventil unter die Mediumfüllausstattung 104, und die Steuerung 104c steuert die Abschirmung 104a, so dass sie sich nach unten bewegt. Daher wird ein luftdichter Raum zwischen der Steuerung 104c und der Elementabdeckung 53c gebildet. Nachdem die Luftdichtigkeit zwischen der Steuerung 104c und der Elementabdeckung 53c bestätigt ist, stößt die Düse 104d gasphasiges Medium aus. Das Auslassen wird fortgesetzt, bevor der abgeschlossene Raum 20 die vorgegebene Menge Mr des Mediums hat. Nachdem der Ausstoß beendet ist, bewegt die Steuerung 104c den Arm 104b nach unten, und der Stöpsel 53e wird in das Loch 53d gedrückt. Der Stöpsel 53e wird durch eine Punktschweißung dicht befestigt. Auf diese Weise wird das Mediumfüllverfahren beendet.
Nachdem das Mediumfüllverfahren beendet ist, befördert der Träger 102c das Expansionsventil 5 in Richtung der Auslassluftklappe 101b. Das Expansionsventil 5 geht durch die Auslassluftklappe 101b, um von dem auslassseitigen Träger 102b heraus befördert zu werden.
Das Expansionsventil 5 kann durch die vorstehenden Verfahren hergestellt werden.
Der Betrieb des Expansionsventils 5 wird beschrieben. Wenn der Kompressor 2 durch eine Antriebskraft des Fahrzeugmotors angetrieben wird, um zu rotieren, strömt von dem Kompressor 2 ausgestoßenes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel in den Strahler 3. In dem Strahler 3 wird Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft, die von dem Kühlventilator geschickt wird, ausgetauscht, so dass das Kältemittel durch Abgeben von Wärme kondensiert. Aus dem Strahler 3 strömendes Kältemittel wird von dem Sammler 4 in Gas oder Flüssigkeit getrennt.
Flüssiges Hochdruckkältemittel, das aus dem Sammler 4 strömt, strömt durch den ersten Einlass 51a in die Ventilkammer 51g, und sein Druck wird von dem Drosseldurchgang 51h herabgesetzt, und es wird expandiert. Zu dieser Zeit wird die Kältemitteldurchgangsfläche des Drosseldurchgangs 51h in einer Weise gesteuert, dass der Überhitzungsgrad von Kältemittel, das aus dem Verdampfer 6 strömt, nahe einem vorgegebenen Wert wird.
Niederdruckkältemittel, das von dem Drosseldurchgang 51h expandiert wird, strömt durch den ersten Auslass 51b in den Verdampfer 6. In den Verdampfer 6 strömendes Kältemittel nimmt Wärme aus Luft auf, die von dem Ventilator geschickt wird, um zu verdampfen. Ferner strömt aus dem Verdampfer 6 strömendes Kältemittel durch den zweiten Einlass 51d in das Expansionsventil 5.
Wenn der Überhitzungsgrad von Kältemittel, das von dem Verdampfer 6 durch den zweiten Einlass 51d zu der Verbindungskammer 51i strömt, erhöht wird, wird der Sättigungsdruck des in die Räume 10, 20 gefüllten Mediums erhöht. Daher wird eine Druckdifferenz, die durch Subtrahieren des Drucks des Einleitungsraums 30 von dem Innendruck des Raums 10, 20 definiert ist, hoch. Folglich wird die Membran 53b in eine Ventilöffnungsrichtung (in 1 nach unten) verschoben, so dass der Drosseldurchgang 51h durch den Ventilabschnitt 52 geöffnet wird.
Wenn im Gegensatz dazu der Überhitzungsgrad von aus dem Verdampfer 6 strömendem Kältemittel verringert wird, wird der Sättigungsdruck des Mediums verringert. Daher wird die Druckdifferenz, die durch Subtrahieren des Drucks des Einleitungsraums 30 von dem Innendruck des Raums 10, 20 definiert ist, klein. Folglich wird die Membran 53b in eine Ventilschließrichtung (in 1 nach oben) verschoben, so dass der Drosseldurchgang 51h durch den Ventilabschnitt 52 geschlossen wird.
Die Membran 53b des Elementabschnitts 53 verschiebt den Ventilabschnitt 52 entsprechend dem Überhitzungsgrad von Kältemittel, das aus dem Verdampfer 6 strömt, wodurch die Durchgangsfläche des Drosseldurchgangs 51h in einer Weise gesteuert wird, dass der Überhitzungsgrad nahe dem vorgegebenen Wert wird. Wenn die Last der Spiralfeder 54, die auf den Ventilabschnitt 52 angewendet wird, durch Steuern der Schraube 54b gesteuert wird, kann ein Ventilöffnungsdruck des Ventilabschnitts 52 geändert werden, um den vorgegebenen Wert zu ändern.
Kältemittel, das aus dem zweiten Auslass 51e strömt, wird in den Kompressor 2 eingesaugt, um wieder komprimiert zu werden. Luft, die von dem nicht dargestellten Ventilator geschickt wird, wird in dem Verdampfer 6 gekühlt, und die Temperatur der Luft wird von einem (nicht gezeigten) Heizabschnitt, wie etwa einem Heißwasserheizungskern, der sich in einer Luftströmungsrichtung auf einer stromabwärtigen Seite des Verdampfers 6 befindet, derart klimatisiert, dass sie einen Zielwert hat. Auf diese Weise wird die klimatisierte Luft in Richtung eines Fahrzeugraums geblasen, wenn es erforderlich ist, dass Luft in dem Fahrzeugraum klimatisiert wird.
Da der Elementabschnitt 53 des thermischen Expansionsventils 5 der vorliegenden Ausführungsform sich außerhalb des Körperabschnitts 51 befindet, wird die Temperatur von Medium, das in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt ist, leicht durch die Außenlufttemperatur beeinflusst. Zum Beispiel im Winter, wenn die Außenlufttemperatur niedriger als eine von dem Temperaturmessstab 52b und der Membran 53b auf das Medium übertragene Temperatur wird, kondensiert das Medium und hat einen unterkühlten flüssigen Zustand.
Wenn das Medium mit der unterkühlten flüssigen Phase flüssigphasiges Medium in dem Säulenraum 10 wärmekontaktiert, wird die Temperatur des Mediums in dem Säulenraum 10 verringert. Folglich wird der Sättigungsdruck des Mediums in dem Raum 10, 20 verringert. Als ein Ergebnis wird das Kugelventil 52a in die Ventilschließrichtung des Drosseldurchgangs 51h verschoben, so dass die Ventilöffnung nicht den erforderlichen Wert haben kann. In diesem Fall kann der Betrieb des Kältekreislaufs 1 instabil werden.
Im Gegensatz dazu wird in dem Expansionsventil 5 der vorliegenden Ausführungsform nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 des Elementabschnitts 53 gefüllt. Die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, kann im Vergleich zu der des Mediums niedriger gemacht werden. Daher kann die Kondensation der Mischung in dem abgeschlossenen Raum 20 im Vergleich zu einem Fall, in dem der Zusatzstoff nicht hinzugefügt ist, beschränkt werden, selbst wenn eine Außenlufttemperatur niedrig ist. Ferner kann der Druck des abgeschlossenen Raums 20 dazu gebracht werden, der Temperatur von Kältemittel, das aus dem Verdampfer 6 strömt, zu entsprechen. Als ein Ergebnis kann der Ventilabschnitt den Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs richtig steuern, selbst wenn eine Außenlufttemperatur niedrig ist, und die durch den Einfluss der Außenlufttemperatur erzeugte Fehlfunktion des thermischen Expansionsventils 5 kann verringert werden.
Ferner wird in dieser Ausführungsform der Molenbruch ηm bestimmt, so dass er die Formel F3 erfüllt, und die vorgegebene Menge Ma des Zusatzstoffs wird basierend auf dem bestimmten Molenbruch ηm und dem Wert der vorgegebenen Menge Mr des Mediums bestimmt. Daher wird die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, in einem praktischen Bereich der Umgebungstemperatur (Außentemperatur) des Kältekreislaufs 1 mit dem thermischen Expansionsventil 5 nicht unnötigerweise gesenkt. Folglich wird ein Volumenverhältnis des Mediums zu dem Raum 10, 20 nicht unnötigerweise verringert. Daher kann die Genauigkeit für das Füllen des Mediums in den Raum 20 verbessert werden.
Ferner hat in dieser Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung des thermischen Expansionsventils 5 das Zusatzstofffüllverfahren und das Mediumfüllverfahren. Das heißt, der Elementabschnitt 53 wird durch Füllen des Zusatzstoffs in den abgeschlossenen Raum 20 und durch Füllen des Mediums in den abgeschlossenen Raum 20 hergestellt. Wenn die vorgegebene Menge an flüssigphasigem Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt ist, wird der abgeschlossene Raum 20 mit dem gasphasigen Medium mit der Temperatur und dem Druck gefüllt, die den Zusatzstoff dazu bringen, die flüssige Phase zu haben. Ferner wird die vorgegebene Menge des Mediums in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt, nachdem der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt ist. Daher kann eine passende Menge an Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt werden, selbst wenn ein flüchtiger Zusatzstoff, wie etwa Ethanol, verwendet wird. Folglich kann die Kondensationstemperatur der Mischung, die aus dem Medium und dem Zusatzstoff aufgebaut ist, im Vergleich zu der Kondensationstemperatur des Mediums gesenkt werden.
Da das thermische Expansionsventil 5 in dieser Ausführungsform ferner die Zusatzstoffrückhaltevorrichtung 70 umfasst, kann der Zusatzstoff in dem Herstellungsverfahren des Expansionsventils 5 vorübergehend zurückgehalten werden. Das Auslaufen des Zusatzstoffes aus dem abgeschlossenen Raum 20 kann daher selbst dann beschränkt werden, wenn Erschütterungen erzeugt werden, während das Expansionsventil 5 in dem Herstellungsverfahren transportiert wird.
Da das thermische Expansionsventil 5 in dieser Ausführungsform ferner das Wärmeisolationselement 60 und der Ballastteil 71 umfasst, kann eine Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von dem Temperaturmessstab 52b auf die Mischung des Mediums und des Zusatzstoffs verzögert sein. Daher kann die schnelle Verschiebung des Ventilabschnitts 52a beschränkt werden, so dass ein instabiler Betrieb (Pendelphänomen) des Kältekreislaufs 1 verringert werden kann.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wird Ethanol, das dem flüssigphasigen Zusatzstoff entspricht, in dem Zusatzstofffüllverfahren in einem Zustand in den abgeschlossenen Raum gefüllt, in dem der abgeschlossene Raum mit dem Medium gefüllt ist. Nach dem Zusatzstofffüllverfahren wird das Mediumfüllverfahren durchgeführt, um das gasphasige Medium in den abgeschlossenen Raum zu füllen. In einer zweiten Ausführungsform wird Silkonöl als ein flüssigphasiger Zusatzstoff verwendet. Ferner wird nach dem Zusatzstofffüllverfahren Gas in dem abgeschlossenen Raum in einem Gasabsaugverfahren abgesaugt. Das Mediumfüllverfahren wird nach dem Gasabsaugverfahren durchgeführt. Ein Aufbau eines thermischen Expansionsventils 5 der zweiten Ausführungsform ist ähnlich zu dem der ersten Ausführungsform.
Ein Verfahren zur Herstellung des Expansionsventils 5 der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezug auf 4 beschrieben. 4 zeigt ein Verfahren zum Füllen von Medium und Zusatzstoff in einen abgeschlossenen Raum 20.
Die für das Füllverfahren verwendete Ausstattung 200 wird beschrieben. Die Ausstattung 200 umfasst einen Träger 201 zum Befördern eines Expansionsventils und einen Zylinder 202. Ein Zusatzstofffüllverfahren, ein Gasabsaugverfahren und ein Mediumfüllverfahren sind durch den Zylinder 202 wechselbar.
Der Zylinder 202 hat eine zylinderförmige Abschirmung 202a, welche die Elementabdeckung 53c dicht berührt. Eine nicht dargestellte Dichtung ist zwischen die Abschirmung 202 und die Elementabdeckung 53c montiert. Eine Steuerung 203 ist auf der Abdeckung 202a angeordnet und steuert eine Strömungsmenge und einen Druck von Medium oder Zusatzstoff. Die Abschirmung 202a hält die Luftdichtigkeit zwischen der Elementabdeckung 53c und der Steuerung 203 aufrecht. Die Abschirmung 202a ist fähig, sich aufgrund der Steuerung 203 in der Oben- und Untenrichtung auszudehnen oder zu schrumpfen. Die Abschirmung 202a kann die Elementabdeckung 53c dicht berühren und kann, nachdem das Füllverfahren beendet ist, von der Elementabdeckung 53c getrennt werden, weil die Abschirmung 202a sich in der Oben- und Untenrichtung ausdehnen oder schrumpfen kann.
Ein Arm 204 ist in der Abschirmung 202a angeordnet. Der Arm 204 bewegt sich von der Steuerung 203 nach unten. Ein Stöpseldruckschaft 205 und eine Zusatzstofffülldüse 206 sind auf ein Ende des Arms 204 montiert. Der Schaft 205 drückt den Dichtungsstöpsel 53e in das Loch 53d und befestigt den Stöpsel 53e durch Punktschweißen dicht, um das Loch 53d zu verschließen. Die Düse 206 wird in das Loch 53d eingesetzt und spritzt den Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 ein. Eine Drehung des Arms 204 kann veranlassen, dass der Schaft 205 oder die Düse 206 wechselbar über dem Loch 53d angeordnet sind. Ein Zusatzstoffbehälter 213 ist durch die Steuerung 203 mit der Düse 206 verbunden. Eine Zusatzstoffpumpe 207 ist zwischen der Steuerung 203 und dem Behälter 213 angeordnet. Die Pumpe 207 saugt den in den Behälter 213 gefüllten Zusatzstoff an und setzt den Zusatzstoff für die Steuerung 203 unter Druck.
Eine Mediumdüse 208 zum Einspritzen von Medium ist in der Abschirmung 202a angeordnet. Ein Mediumbehälter 209 ist durch die Steuerung 203 mit der Düse 208 verbunden. Eine Mediumpumpe 210 ist zwischen der Steuerung 203 und dem Behälter 209 angeordnet. Die Pumpe 210 saugt das in den Behälter 209 gefüllte Medium an und setzt das Medium für die Steuerung 203 unter Druck.
Ferner ist eine Saugdüse 212 in der Abschirmung 202a angeordnet und mit einer Vakuumpumpe 211 verbunden. Die Pumpe 211 saugt Gas in der Abschirmung 202a an.
Ein Füll- und Verschließverfahren unter Verwendung der Ausstattung 200 wird beschrieben. Ein Expansionsventil wird durch den Träger 201 in den Zylinder 202 befördert. Die Steuerung 203 steuert die Abschirmung 202a, so dass sie sich nach unten bewegt, wodurch der luftdichte Raum zwischen der Steuerung 203 und der Elementabdeckung 53c gebildet werden kann. Nachdem die Luftdichtigkeit zwischen der Steuerung 203 und der Elementabdeckung 53c bestätigt ist, wird der Arm 204 nach unten bewegt. Zu dieser Zeit wird das Ende des Arms 204 gedreht, wodurch die Düse 206 über dem Loch 53d eingerichtet wird. Das Ende der Düse 206 wird in das Loch 53d eingesetzt. Die Steuerung 203 steuert die Düse 206, um den flüssigphasigen Zusatzstoff einzuspritzen, so dass der Raum 20 die vorgegebene Menge Ma des Zusatzstoffs hat. Die vorgegebene Menge Ma der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, um die Formel F3 zu erfüllen, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Ferner kann das Ende der Düse 206 auf eine Position gesenkt werden, um die Rückhaltevorrichtung 70 in einer Weise zu berühren, dass der durch das Loch 53d eingefüllte Zusatzstoff auf der Rückhaltevorrichtung 70 adsorbiert wird. Die Rückhaltevorrichtung 70 wird auf die Füllseite 71a des Ballastteils 71 gedrückt und daran befestigt. Die Düse 206 wird nach oben bewegt, nachdem die vorgegebene Menge des Zusatzstoffs in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt ist. Auf diese Weise wird das Zusatzstofffüllverfahren beendet.
Als nächstes wird das Gasabsaugverfahren durchgeführt, um Gas aus dem abgeschlossenen Raum 20 zu saugen. Insbesondere wird Gas in dem Zylinder 202 durch Betätigen der Pumpe 211 durch die Düse 212 abgesaugt, so dass der Zylinder 202 einen niedrigen Vakuumzustand mit einem Druck gleich oder niedriger als 10^–3 Pa hat. Nachdem betätigt ist, dass der Zylinder 202 den Druckgleich oder niedriger als 10^–3 Pa hat, wird die Pumpe 211 ausgeschaltet. Die Pumpe 211 kann eine Trockenpumpe sein, in der für einen Saugmechanismus kein Öl verwendet wird, um die Ölverunreinigung des abgeschlossenen Raums 20 zu beschränken.
Als nächstes wird das Mediumfüllverfahren durchgeführt, um das gasphasige Medium in den abgeschlossenen Raum 20 zu füllen. Insbesondere steuert die Steuerung 203 die Düse 208, um das Medium in einem Zustand einzuspritzen, dass die Luftdichtigkeit zwischen der Steuerung 203 und der Elementabdeckung 53c aufrechterhalten wird. Das Füllen des Mediums wird fortgesetzt, bevor der abgeschlossene Raum 20 eine vorgegebene Menge des Mediums hat, so dass die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, einen vorgegebenen Wert hat. Nachdem das Einfüllen des Mediums beendet ist, senkt die Steuerung 203 den Arm 204 und drückt den Stöpsel 53e in das Loch 53d. Der Stöpsel 53e wird durch eine Punktschweißung befestigt, um das Loch 53d abzudichten. Auf diese Weise wird das Mediumfüllverfahren beendet. Nachdem das Mediumfüllverfahren beendet ist, befördert der Träger 201 das Expansionsventil 5 hinaus.
Auf diese Weise kann das Expansionsventil 5 hergestellt werden.
In dieser Ausführungsform wird der Druck des Inneren des abgeschlossenen Raums 20 herabgesetzt, so dass es den Druck gleich oder niedriger als 10^–3 Pa hat, nachdem der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt ist. Daher ist es notwendig, dass der Zusatzstoff ein Material ist, das unter dem Druck von 10^–3 Pa schwer zu verdampfen ist. Folglich wird in dieser Ausführungsform Silikonöl als der Zusatzstoff verwendet. Das Silikonöl wird zum Schmieren des Kompressors 2 des Kältekreislaufs 1 verwendet.
In dieser Ausführungsform wird nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 des Elementabschnitts 53 gefüllt. Daher kann ähnlich der ersten Ausführungsform die Fehlfunktion des thermischen Expansionsventils, die durch den Einfluss der Außenlufttemperatur erzeugt wird, verringert werden. Da der Molenbruch ηm so bestimmt wird, dass er die Formel F3 erfüllt, wird ferner die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, nicht unnötigerweise gesenkt.
Ferner wird in dieser Ausführungsform das thermische Expansionsventil 5 durch das Zusatzstofffüllverfahren, das Gasabsaugverfahren und das Mediumfüllverfahren hergestellt. Das heißt, der Elementabschnitt 53 wird hergestellt, indem die vorgegebene Menge des flüssigphasigen Zusatzstoffs in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt wird, indem das Gas in dem abgeschlossenen Raum 20 abgesaugt wird und indem die vorgegebene Menge des Mediums in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt wird. Da ferner der nichtflüchtige Zusatzstoff verwendet wird, kann eine passende Menge an Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt werden. Der nichtflüchtige Zusatzstoff ist schwer zu verdampfen, wenn ein negativer Druck erzeugt wird. Daher kann die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, im Vergleich zu der Kondensationstemperatur des Mediums richtig gesenkt werden.
Ferner kann in dieser Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform der Zusatzstoff aufgrund der Zusatzstoffrückhaltevorrichtung 70 zurückgehalten werden, und das Pendelphänomen kann aufgrund des Ballastteils 71 und des Wärmeisolationselements 60, die sich in dem Säulenraum 10 befinden, verringert werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wird der flüssigphasige Zusatzstoff in dem Zusatzstofffüllverfahren in einem Zustand in den abgeschlossenen Raum gefüllt, in dem der abgeschlossene Raum mit dem gasphasigen Medium gefüllt ist. Nach dem Zusatzstofffüllverfahren wird in dem Mediumfüllverfahren gasphasiges Medium in den abgeschlossenen Raum gefüllt. In einer dritten Ausführungsform wird in einem Gasabsaugverfahren Gas in dem abgeschlossenen Raum abgesaugt. Nach dem Gasabsaugverfahren wird das gasphasige Medium in einem Mediumfüllverfahren in den abgeschlossenen Raum gefüllt. Nach dem Mediumfüllverfahren wird der flüssigphasige Zusatzstoff in einem Zusatzstofffüllverfahren in den abgeschlossenen Raum gefüllt. Ein Aufbau eines thermischen Expansionsventils 5 der dritten Ausführungsform ist ähnlich dem der ersten Ausführungsform von 1.
Ein Verfahren zur Herstellung des Expansionsventils 5 der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezug auf 4 beschrieben. 4 zeigt ein Verfahren zum Füllen von Medium und Zusatzstoff in einen abgeschlossenen Raum 20. Das Füllverfahren wird ähnlich der zweiten Ausführungsform unter Verwendung der Ausstattung 200 durchgeführt.
Ein Expansionsventil wird durch einen Träger 201 unter einen Zylinder 202 befördert. Eine Steuerung 203 steuert eine Abschirmung 202a, so dass sie sich nach unten bewegt, wodurch ein luftdichter Raum zwischen der Steuerung 203 und der Elementabdeckung 53c gebildet werden kann.
Als nächstes wird das Gasabsaugverfahren durchgeführt, um Gas aus dem abgeschlossenen Raum 20 zu saugen. Insbesondere wird Gas in dem Zylinder 202 durch Betätigen der Pumpe 211 durch die Düse 212 abgesaugt, so dass der Zylinder 202 einen niedrigen Vakuumzustand mit einem Druck gleich oder niedriger als 10^–3 Pa hat. Nachdem bestätigt ist, dass der Zylinder 202 den Druck gleich oder niedriger als 10^–3 Pa hat, wird die Pumpe 211 ausgeschaltet.
Als nächstes wird das Mediumfüllverfahren durchgeführt, um das gasphasige Medium in den abgeschlossenen Raum 20 zu füllen. Insbesondere steuert die Steuerung 203 die Düse 208, um das Medium in einem Zustand einzuspritzen, in dem die Luftdichtigkeit zwischen der Steuerung 203 und der Elementabdeckung 53c aufrechterhalten wird. Das Füllen des Mediums wird fortgesetzt, bevor der abgeschlossene Raum 20 eine vorgegebene Menge des Mediums hat, so dass die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut wird, einen vorgegebenen Wert hat. Auf diese Weise wird das Mediumfüllverfahren beendet.
Als nächstes wird das Zusatzstofffüllverfahren durchgeführt, um den flüssigphasigen Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 zu füllen. Insbesondere wird der Arm 204 in einen Zustand nach unten bewegt, in dem die Luftdichtigkeit zwischen der Steuerung 203 und der Elementabdeckung 53c aufrechterhalten wird. Zu dieser Zeit wird das Ende des Arms 204 gedreht, wodurch die Düse 206 über dem Loch 53d eingerichtet wird. Das Ende der Düse 206 wird in das Loch 53d engesetzt. Die Steuerung 203 steuert die Düse 206, um den flüssigphasigen Zusatzstoff einzuspritzen, so dass die vorgegebene Menge an Ethanol (C₂H₆O) als der flüssigphasige Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt wird. Ferner kann das Ende der Düse 206 an eine Position gesenkt werden, um die Rückhaltevorrichtung 70 in einer Weise zu berühren, dass der durch das Loch 53d gefüllte Zusatzstoff auf der Rückhaltevorrichtung 70 adsorbiert wird. Die Rückhaltevorrichtung 70 wird auf die Seite 71a des Ballastteils 71 gedrückt und darauf befestigt. Die Düse 206 wird nach oben bewegt, nachdem die vorgegebene Menge des Zusatzstoffs eingefüllt ist. Auf diese Weise wird das Zusatzstofffüllverfahren beendet.
Nachdem das Füllen des Mediums und des Zusatzstoffs beendet ist, senkt die Steuerung 203 den Arm 204 und drückt den Stöpsel 53e in das Loch 53d. der Stöpsel 53e wird durch eine Punktschweißung befestigt, um das Loch 53d abzudichten. Nachdem das Füllverfahren beendet ist, befördert der Träger 201 das Expansionsventil 5 hinaus.
Auf diese Weise kann das Expansionsventil 5 hergestellt werden.
In dieser Ausführungsform wird nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 des Elementabschnitts 53 gefüllt. Daher kann ähnlich der ersten Ausführungsform die Fehlfunktion des thermischen Expansionsventils, die durch den Einfluss der Außenlufttemperatur erzeugt wird, verringert werden. Da ferner der Molenbruch ηm so bestimmt wird, dass er die Formel F3 erfüllt, wird die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, nicht unnötigerweise gesenkt.
Ferner wird das thermische Expansionsventil 5 in dieser Ausführungsform durch das Gasabsaugverfahren, das Mediumfüllverfahren und das Zusatzstofffüllverfahren hergestellt. Das heißt, der Elementabschnitt 53 wird durch Absaugen von Gas aus dem abgeschlossenen Raum 20, durch Füllen der vorgegebenen Menge des gasphasigen Mediums in den abgesaugten abgeschlossenen Raum 20 und durch Füllen der vorgegebenen Menge des flüssigphasigen Zusatzstoffs in den abgeschlossenen Raum 20 hergestellt. Selbst wenn ein leicht verdampfendes Material als der Zusatzstoff verwendet wird, kann daher eine richtige Menge des Zusatzstoffs in den abgeschlossenen Raum 20 gefüllt werden. Daher kann die Kondensationstemperatur der Mischung, die durch das Medium und den Zusatzstoff aufgebaut ist, im Vergleich zu der Kondensationstemperatur des Mediums richtig gesenkt werden.
Ferner kann der Zusatzstoff in dieser Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform aufgrund der Zusatzstoffrückhaltevorrichtung 70 zurückgehalten werden, und das Pendelphänomen kann aufgrund des Ballastteils 71 und des Wärmeisolationselements 60 in dem Säulenraum 10 verringert werden.
(Vierte Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform ist der Säulenraum 10 in dem Temperaturmessstab 52b definiert, um sich in der Achsenrichtung des Stabs 52b zu erstrecken. In einer vierten Ausführungsform hat der Säulenraum 10 einen oberen Raum, der sich benachbart zu dem druckansprechenden Element 53b befindet, und einen unteren Raumteil, der sich benachbart zu dem Ventilabschnitt 52a befindet. Ferner ist ein Innendurchmesser des unteren Raumteils kleiner als der des oberen Raumteils. In der ersten Ausführungsform ist das Wärmeisolationselement 60 auf die Innenwandseite des Säulenraums 10 montiert, und die Rückhaltevorrichtung 70 ist auf der Füllseite des Ballastteils 71 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist nur das Wärmeisolationselement 60 auf der Innenwandseite des Säulenraums 10 montiert. Andere Teile, abgesehen von den beschriebenen Unterschieden, sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
Der Säulenraum 10 der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezug auf 5 beschrieben. 5 zeigt eine Querschnittansicht des thermischen Expansionsventils 5 der vorliegenden Ausführungsform.
Der Säulenraum 10 ist in dem Temperaturmessstab 52b definiert, so dass er sich in der Achsenrichtung des Stabs 52b erstreckt. Ein Teil 80 mit kleinem Durchmesser ist an einer Position des Säulenraums 10 definiert, der von dem Elementabschnitt 53 in der Längsrichtung abweicht. Ein Innendurchmesser des Säulenraums 10 ändert sich an dem Teil 80 mit kleinem Durchmesser. Der entgegengesetzte Teil des Säulenraums 10 gegenüber dem Elementabschnitt 53 hat in Bezug auf den Teil 80 mit kleinem Durchmesser einen Durchmesser, der kleiner als der des Säulenraums 10 ist, der sich benachbart zu dem Elementabschnitt 53 befindet.
Das aus Harz gefertigte Wärmeisolationselement 60 wird in den Säulenraum 10 eingepasst und gedrückt. Eine Form des Wärmeisolationselements 60 ist entsprechend der Änderung des Innendurchmessers des Säulenraums 10 änderbar, so dass das Wärmeisolationselement 60 die Innenwandseite des Säulenraums 10 dicht berührt.
In dieser Ausführungsform wird nicht nur das Medium, sondern auch der Zusatzstoff in den abgeschlossenen Raum 20 des Elementabschnitts 53 gefüllt. Daher kann ähnlich der ersten Ausführungsform die Fehlfunktion des thermischen Expansionsventils, die durch den Einfluss der Außenlufttemperatur erzeugt wird, verringert werden. Ferner kann das Pendelphänomen aufgrund des Wärmeisolationselements 60 verringert werden.
Da das Wärmeisolationselement 60 in der vorliegenden Ausführungsform ferner im Inneren des Temperaturmessstabs 52b angeordnet ist, kann das Pendelphänomen, das durch eine schnelle Änderung der Kältemitteltemperatur erzeugt wird, verringert werden. Ferner ist der Innendurchmesser des Säulenraums 10 aufgrund des Teils 80 mit kleinem Durchmesser nicht konstant. Eine Wärmeübertragungsgeschwindigkeit von dem Messstab 52b auf die Mischung des Mediums und des Zusatzstoffs kann durch den Teil 80 mit kleinem Durchmesser verzögert werden. Daher kann das Pendelphänomen, das durch die schnelle Änderung der Kältemitteltemperatur erzeugt wird, stark verringert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte Ausführungsform wird unter Bezug auf 6 und 7 als ein Beispiel für ein Expansionsventil gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Expansionsventil ist ein thermisches Expansionsventil, das einer Druckverringerungsvorrichtung entspricht, die zum Beispiel in einem Kältekreislauf einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug verwendet wird. 6 ist eine schematische Längsquerschnittansicht, die ein Expansionsventil 301 der fünften Ausführungsform zusammen mit Aufbauten des Kältekreislaufs darstellt.
Wie in 6 gezeigt, hat das Expansionsventil 301 einen aus Aluminium gefertigten rechteckigen säulenförmigen Körperabschnitt 302. Der Körperabschnitt 302 hat einen ersten Durchgang 307, durch den flüssigphasiges Kältemittel läuft. Der erste Durchgang 307 ist ein Teil eines Kältemitteldurchgangs 303, durch den Kältemittel (wie etwa R134a) des Kältekreislaufs läuft. Der erste Durchgang 307 erstreckt sich zwischen einem Auslass eines Kondensators 304 und einem Einlass eines Verdampfers 306, und ein Sammler 305 ist zwischen dem Kondensator 304 und dem ersten Durchgang 307 angeordnet. Der Körperabschnitt 302 hat einen zweiten Durchgang 309, durch den gasphasiges Niederdruckkältemittel geht. Der zweite Durchgang 309 erstreckt sich zwischen einem Auslass des Verdampfers 306 und einem Einlass eines Kompressors 308. Die Durchgänge 307, 309 sind voneinander in einer Oben- und Untenrichtung beabstandet.
Eine Mündung 311 ist in dem ersten Durchgang 307 definiert, um die adiabatische Expansion von flüssigem Kältemittel durchzuführen, das von dem Auslass des Sammlers 305 geliefert wird. Die Mündung 311 ist ein enger Teil mit einer kleinen Querschnittfläche in dem ersten Durchgang 307 und ist derart angeordnet, dass sie sich in einer Achsenrichtung eines Ventilabschnitts 314 erstreckt. Eine Ventilaufnahme 312 ist an einem Einlass der Mündung 311 angeordnet, und der von einem Ventilelement 313 gelagerte Ventilabschnitt 314 sitzt auf der Aufnahme 312 oder ist von dieser getrennt. Eine Menge an Kältemittel, das die Mündung 311 durchläuft, wird durch Steuern einer Abmessung zwischen dem Ventilabschnitt 314 und der Ventilaufnahme 312 gesteuert.
Der Ventilabschnitt 314 und das Ventilelement 313 sind durch Schweißen aneinander befestigt. Das Ventilelement 313 wird von einer Schraubendruckfeder 316 in eine Richtung zum Drücken des Ventilabschnitts 314 in Richtung der Ventilaufnahme 312 vorgespannt. Die Feder 316 entspricht einem Vorspannabschnitt, um das Ventilelement 313 und den Ventilabschnitt 314 vorzuspannen, und der Ventilabschnitt 314 wird in eine Richtung zum Schließen der Mündung 311 vorgespannt.
Der erste Durchgang 307 ist von einem ersten Einlass 317a zu einem ersten Auslass 317b definiert. Flüssiges Kältemittel wird von dem Sammler 305 in den ersten Einlass 317a eingeleitet. Eine Ventilkammer 318, die mit dem ersten Einlass 317a in Verbindung steht, ist in dem ersten Durchgang 307 definiert. Die Ventilkammer 318 hat die gleiche Achse wie die Mündung 311 und ist durch einen Raum mit Boden, der durch einen Stöpsel 319 von einer Unterseite verschlossen wird, definiert.
Ferner hat der Körperabschnitt 302 ein Loch 320 mit kleinem Durchmesser und ein Loch 321 mit großem Durchmesser. Ein Durchmesser des Lochs 321 mit großem Durchmesser ist größer als der des Lochs 320 mit kleinem Durchmesser. Das Loch 320, 321 steht mit dem zweiten Durchgang 309 in der gleichen Achse wie die Mündung 311 in Verbindung und ist durch einen rohrförmigen Raum, der sich in die Oben- und Untenrichtung erstreckt, definiert. Ein unterer Teil eines Temperaturmessstabs 350 befindet sich in dem Loch 321 mit großem Durchmesser. Ein Betätigungsstab 351 ist derart angeordnet, dass er durch das Loch 320 mit kleinem Durchmesser geht und den unteren Teil des Temperaturmessstabs 350 direkt berührt.
Ein Schraubloch 331 ist in einem oberen Endteil des Körperabschnitts 302 definiert, und ein Leistungselement 330, das einem Wärmeabtastabschnitt entspricht, ist in dem Loch 331 montiert. Das Leistungselement 330 umfasst eine Membran 332, die aus nichtrostendem Stahl gefertigt ist, eine erste Abdeckung 333 und eine zweite Abdeckung 334. Die Abdeckungen 333, 334 berühren sich gegenseitig eng durch die Membran 332.
Wenn die integrierten Abdeckungen 333, 334 an den Körperabschnitt 302 montiert werden, werden eine erste druckansprechende Kammer und eine zweite druckansprechende Kammer in dem Leistungselement 330 definiert, so dass sie durch die Membran 332 getrennt sind. Eine obere druckansprechende Kammer 335, die der erste Kammer entspricht, ist eine luftdichte Kammer, die sich auf einer Oberseite der Membran 332 befindet. Eine untere druckansprechende Kammer 336, die der zweiten Kammer entspricht, ist eine luftdichte Kammer, die sich unter der Membran 332 befindet. Die erste Abdeckung 333 hat einen Dichtungsstöpsel 340 (Dichtungselement), um Fluid in der oberen Kammer 335 zu verschließen, und das Fluid treibt die Membran 332 an.
Die untere Kammer 336 steht durch ein druckkonstantes Loch 342 mit dem zweiten Durchgang 309 in Verbindung, und das Loch 342 ist in Bezug auf die Mittelachse der Mündung 311 konzentrisch ausgebildet. Der zweite Durchgang 309 ist von einem zweiten Einlass 317c zu einem zweiten Auslass 317d definiert, und gasphasiges Kältemittel (Niederdruckkältemittel), das aus dem Verdampfer 306 strömt, durchläuft den zweiten Durchgang 309. Der Temperaturmessstab 350 ist so angeordnet, dass er den zweiten Durchgang 309 durchquert. Das aus dem Verdampfer 306 strömende gasphasige Kältemittel durchläuft den zweiten Durchgang 309, und ein Druck des gasphasigen Kältemittels, wird durch das Loch 342 auf die untere Kammer 336 angewendet. Die untere Kammer 336 und das Loch 342 stehen durch einen Spielraum, der um einen Schirmteil 350b des Messstabs 350 (Spalt, der zwischen dem Schirmteil 350b und der zweiten Abdeckung 334 definiert ist), in Verbindung miteinander.
Ferner sind die aus nichtrostendem Stahl gefertigten Stäbe 350, 351 in einem Raum angeordnet, der durch den zweiten Durchgang 309 von der unteren Kammer 336 zu dem Loch 320 mit kleinem Durchmesser definiert ist. Der Temperaturmessstab 350 ist ein stabförmiges Element, das einen Stiel aufbaut, und ein erstes Ende 350a des Messstabs 350 berührt in der Achsenrichtung die Membran 332. Ferner ist ein zweites Ende des Stabs 350 in der Achsenrichtung derart angeordnet, dass er durch den zweiten Durchgang 309 geht und in der Achsenrichtung des Lochs 321 mit großem Durchmesser verschiebbar (gleitend beweglich) ist.
Wenigstens ein Teil des Messstabs 350 befindet sich in dem zweiten Durchgang 309, um eine Temperatur von Niederdruckkältemittel abzutasten, das durch den zweiten Durchgang 309 strömt. Das heißt, der Messstab 350 überträgt die Temperatur von Kältemittel am Auslass des Verdampfers 306 auf die obere Kammer 335. Ferner gleitet der Messstab 350 in dem Loch 321 mit großem Durchmesser entsprechend einer Verschiebung der Membran 332, wenn die Membran 332 durch eine Druckdifferenz der Kammern 335, 336 verschoben wird. Auf diese Weise kann eine Antriebskraft an den Ventilabschnitt 314 bereitgestellt werden. Der mit dem Temperaturmessstab 350 integrierte Betätigungsstab 351 ist derart angeordnet, dass er in dem Loch 320 mit kleinem Durchmesser verschiebbar ist. Der Betätigungsstab 351 wendet entsprechend der Verschiebung des Messstabs 350 direkt eine entgegengesetzte Kraft auf den Ventilabschnitt 314 an, und die entgegengesetzte Kraft entspricht einer elastischen Kraft der Feder 316.
Der Messstab 350 berührt den Betätigungsstab 351, und der Betätigungsstab 351 berührt den Ventilabschnitt 314. Die Stäbe 350, 351 entsprechen einem Ventilantriebsstab, um den Ventilabschnitt 314 anzutreiben. Der Ventilantriebsstab ist konzentrisch in dem Loch 342 angeordnet und erstreckt sich durch den zweiten Durchgang 309 von einer Unterseite der Membran 332 zu der Mündung 311.
Der Messstab 350 hat einen rohrförmigen Innenraum 355, der sich in der Achsenrichtung erstreckt. Eine Oberseite (erste Seite) des Rohrraums 355 ist geöffnet, und eine Unterseite (zweite Seite) des Rohrraums 355 ist geschlossen. Auf diese Weise ist der Rohrraum 355 als ein Behälter mit Boden definiert. Die Öffnung der Oberseite (erste Seite) entspricht einer Öffnung 332a der Membran 332, und der Rohrraum 355 steht durch die Öffnung 332a mit der oberen Kammer 335 in Verbindung.
Eine Schicht 360 mit niedriger Leitfähigkeit mit einer vorgegebenen Dicke ist um eine gesamte Innenwand des Rohrraums 355 angeordnet. Daher ist die von einer Innenumfangsseite des Messstabs 350 durchgeführte Wärmeübertragung niedriger als die, die von einer Außenumfangsseite des Messstabs 350 durchgeführt wird. Die Schicht 360 ist aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit gefertigt, die niedriger als die eines Materials ist, das den Messstab 350 bildet. Zum Beispiel kann die Schicht 360 aus einer Vielfalt an Harzen gefertigt sein. Wenn die Schicht 360 aus Harz gefertigt wird, kann die Schicht 360 zum Beispiel leicht unter Verwendung von Hinterspritzen hergestellt werden, so dass die Produktivität erhöht werden kann.
Ein Kolben 370 ist in dem Rohrraum 355 angeordnet, um den Rohrraum 355 in zwei Räume zu trennen, und bewegt sich gleitend in der Achsenrichtung des Rohrraums 355. Der Kolben 370 beschränkt die gegenseitige Mischung von Fluiden, die in die zwei getrennten Räume gefüllt sind, und gleitet entsprechend einer Druckdifferenz der zwei Räume in der Achsenrichtung des Rohrraums 355.
Ein erster Raum 355a der zwei Räume umfasst die obere Kammer 335, und das inkompressible Fluid ist in den ersten Raum 355a gefüllt, um die Membran 332 anzutreiben. Eine Volumenänderung oder Dichteänderung des inkompressiblen Fluids ist, selbst wenn eine Druckänderung erzeugt wird, relativ klein. Wenn das Expansionsventil 301 bei einer Temperatur von –30°C~60°C verwendet wird, hat das inkompressible Fluid einen gewissen Volumenänderungsgrad, hat aber keine Phasenänderung. Zum Beispiel kann das inkompressible Fluid Kompressoröl, wie etwa PAG-Öl oder R134a, fluoriertes Öl oder Silikonöl sein.
Ein zweiter Raum 355b der zwei Räume befindet sich entgegengesetzt zu der oberen Kammer 335. Gasphasiges Kältemittel wird in den abgeschlossenen zweiten Raum 355b gefüllt. Da der zweite Raum 355b derart angeordnet ist, dass er dem zweiten Durchgang 309 entspricht, wird Wärme des Niederdruckkältemittels, das durch den zweiten Durchgang 309 aus dem Verdampfer 306 strömt, auf das gasphasige Kältemittel (kann hier nachstehend als Gaskältemittel definiert werden) übertragen, das in den zweiten Raum 355b gefüllt ist.
Der Kolben 370 hat eine Form, die zum Beispiel einer Innenwandseite des oberen Raums 355 entspricht. Ein Spielraum ist zwischen der Innenwandseite des Rohrraums 355 und einer Außenumfangsseite des Kolbens 370 in einer Weise definiert, dass das das Auslaufen des inkompressiblen Fluids des ersten Raums 355a und des Gaskältemittels des zweiten Raums 355b aus dem Spielraum beschränkt wird. Ferner ist der Kolben 370 aus einem Material gefertigt, das dem Fluid und dem Kältemittel nicht erlaubt, hindurch zu gehen.
Wenn der Kompressor 308 in einem Kältekreislauf mit dem Expansionsventil 301 betätigt wird, beginnt das Kältemittel zu strömen. Zu dieser Zeit arbeitet das Expansionsventil 301 als eine Dekompressionsvorrichtung, und Kältemittel strömt in den ersten und zweiten Durchgängen 307, 309.
Wärme des Niederdruckkältemittels, das durch den zweiten Durchgang 309 strömt, wird auf Gaskältemittel in dem Rohrraum 355 übertragen, wodurch ein Druck des Gaskältemittels verändert wird. Ferner wird die Wärme auf die untere Kammer 336, die mit dem zweiten Durchgang 309 in Verbindung steht, übertragen. Der Druck des Gaskältemittels in dem Rohrraum 355 wird durch den Kolben 370 auf das inkompressible Fluid der oberen Kammer 335 angewendet. Ein Druck des inkompressiblen Fluids wird entsprechend dem angewendeten Druck auf eine Oberseite der Membran 332 angewendet. Die Membran 332 wird durch eine Differenz zwischen dem Druck, der auf die Oberseite des inkompressiblen Fluids angewendet wird, und einem Druck, der auf die Unterseite angewendet wird (das heißt, den Druck der unteren Kammer 336 (der Druck des Gaskältemittels, das von dem Auslass des Verdampfers 306 in den Einlass des Kompressors 308 strömt)), nach oben oder unten verschoben.
Die Verschiebung der Membran 332 wird durch die Stäbe 350, 351 an den Ventilabschnitt 314 übertragen. Der Ventilabschnitt 314 wird in Richtung der Ventilaufnahme 312 der Mündung 311 verschoben oder davon getrennt. Als ein Ergebnis kann eine Menge an Kältemittel, die durch den ersten Durchgang 307 strömt, gesteuert werden. Auf diese Weise wird Wärmeenergie des gasphasigen Kältemittels benachbart zu dem Auslass des Verdampfers 306 in einer Strecke übertragen, die von dem Messstab 350, der Schicht 360 mit niedriger Wärmeleitfähigkeit, dem gasphasigen Kältemittel in dem Rohrraum 355 und dem inkompressiblen Fluid aufgebaut ist, in dieser Reihenfolge übertragen. Eine Druckdifferenz zwischen dem gasphasigen Kältemittel und dem inkompressiblen Fluid wird an die Membran 332 angelegt. Eine Verschiebung des Ventilabschnitts 314 wird durch die Verschiebung der Membran 332 bestimmt. Auf diese Weise kann eine Menge des von dem Expansionsventil 301 dekomprimierten Kältemittels gesteuert werden.
Wenn zum Beispiel die Auslasstemperatur des Verdampfers 306 erhöht wird (wenn ein Überhitzungsgrad des Auslasskältemittels erhöht wird), wird der Druck der oberen Kammer 335 erhöht. Die Membran 332 wird entsprechend der Erhöhung des Drucks der oberen Kammer 335 verschoben. Auf diese Weise wird der Ventilabschnitt 314 von den Stäben 350, 351 nach unten bewegt, so dass der Öffnungsgrad der Mündung 311 erhöht wird. Daher wird eine an den Verdampfer 306 gelieferte Menge an Kältemittel erhöht, und eine Temperatur des Verdampfers 306 wird gesenkt. Wenn im Gegensatz dazu die Auslasstemperatur des Verdampfers 306 gesenkt wird (wenn der Überhitzungsgrad des Auslasskältemittels verringert wird), wird der Ventilabschnitt 314 in die entgegengesetzte Richtung angetrieben, und der Öffnungsgrad der Mündung 311 wird klein. Daher wird die an den Verdampfer 306 gelieferte Menge an Kältemittel verringert, und die Temperatur des Verdampfers 306 wird erhöht.
Auf diese Weise wird der Ventilabschnitt 314 entsprechend dem Überhitzungsgrad von Kältemittel, das durch den Auslass des Verdampfers 306 strömt, verschoben. Daher kann die Querschnittfläche der Mündung 311 in einer Weise gesteuert werden, dass der Überhitzungsgrad von Kältemittel, das durch den Auslass des Verdampfers 306 strömt, nahe einem vorgegebenen Wert wird. Ferner wird eine von der Feder 316 an den Ventilabschnitt 314 angelegte Last gesteuert, indem eine Dichtigkeit des Stöpsels 319 gesteuert wird. Auf diese Weise kann der vorgegebene Wert des Überhitzungsgrads gesteuert werden.
Als nächstes wird ein Expansionsventil 301A als Modifikationsbeispiel des Expansionsventils 301 beschrieben. 7 zeigt eine Längsquerschnittansicht des Expansionsventils 301A. Wie in 7 gezeigt, umfasst das Expansionsventil 301A anstelle des Kolbens 370 ein formänderbares Element 371. Eine Position des formänderbaren Elements 371 ist fest, und eine Form des formänderbaren Elements 371 ist änderbar. Das formänderbare Element 371 ist um eine Innenwand des Rohrraums 355 befestigt und trennt den Rohrraum 355 in zwei Räume. Eine Form des formänderbaren Elements 371 wird durch eine Druckdifferenz flexibel geändert. Ähnlich dem Kolben 370 beschränkt das formänderbare Element 371 Fluide, die in die zwei Räume gefüllt sind, dabei, sich miteinander zu vermischen. Ein Umfangsteil des formänderbaren Elements 371 ist um die Innenwand des Rohrraums 355 befestigt und wird durch die Druckdifferenz zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem Gaskältemittel nicht verschoben. Ein ungefährer Mittelteil des formänderbaren Elements 371 wird verformt und verschoben, wodurch Wärme von Kältemittel, das den zweiten Durchgang 309 durchläuft, als ein Druck übertragen werden kann. Das formänderbare Element 371 hat zum Beispiel eine dünne Häutchenform und ist aus einem Material gefertigt, das nicht zulässt, dass das Fluid und das Kältemittel durchgehen. Zum Beispiel ist das formänderbare Element 371 aus Naturgummi oder synthetischem Gummi, wie etwa Polyurethan, gefertigt.
Betriebe und Vorteile des Expansionsventils der vorliegenden Erfindung werden beschrieben. Das Expansionsventil 301 umfasst die Schicht 360 mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und den Kolben 370. Die Schicht 360 ist um die Innenwand des Rohrraums 355 angeordnet, und hat eine Wärmeleitfähigkeit, die niedriger als die eines Elements ist, das den Temperaturmessstab 350 aufbaut. Der Kolben 370 trennt den Rohrraum 355 in zwei Räume und bewegt sich gleitend auf der Innenwand in der Achsenrichtung des Rohrraums 355. Die zwei Räume entsprechen dem ersten Raum 355a und dem zweiten Raum 355b. Das inkompressible Fluid ist in den ersten Raum 355a gefüllt, der sich benachbart zu der oberen Kammer 335 befindet. Eine Volumenänderung des inkompressiblen Fluids, die durch eine Druckänderung bewirkt wird, ist klein. Das gasphasige Kältemittel ist in den zweiten Raum 355b gefüllt, der sich in dem zweiten Durchgang 309 entgegengesetzt zu der oberen Kammer 335 befindet.
Folgende Vorteile können aufgrund des vorstehenden Aufbaus erhalten werden. Aufgrund der Schicht 360 mit niedriger Wärmeleitfähigkeit kann die Zeitkonstante der Wärmeübertragung größer gemacht werden. Die Wärmeübertragung ist derart definiert, dass Wärme von Kältemittel, das durch den Auslass des Verdampfers 306 strömt, auf Temperaturabtastkältemittel (das Gaskältemittel) übertragen wird. Auf diese Weise kann die Zeitkonstante, die zum Beschränken eines Pendelphänomens wirksam ist, leicht sichergestellt werden. Aufgrund des Kolbens 370 werden ferner eine vorgegebene Menge des inkompressiblen Fluids und eine vorgegebene Menge des Gaskältemittels getrennt in die zwei Räume gefüllt, ohne die Löslichkeit relativ zueinander zu berücksichtigen. Ferner kann ein gasgefülltes Expansionsventil bereitgestellt werden, in dem das gasphasige Kältemittel in den zweiten Raum 355b gefüllt ist. Kosten und Arbeitsstunden zur Herstellung des gasgefüllten Expansionsventils sind niedriger als die zum Herstellen eines mit Flüssigkeit gefüllten oder mit Adsorptionsmittel gefüllten Expansionsventils. Auf diese Weise kann die Produktivität verbessert werden.
Der Kolben 370 hat einen Verschiebungsbetrag, der einem Verschiebungsbetrag einer Grenzfläche zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem gasphasigen Kältemittel entspricht. Der Verschiebungsbetrag des Kolbens 370, der durch eine Volumenänderung des inkompressiblen Fluids erzeugt wird, ist hinreichend kleiner als der, der durch eine Verschiebung der Membran 332 erzeugt wird. Der erste Raum 335a wird leicht durch die Umgebungstemperatur beeinflusst. Jedoch ist eine Volumenänderung des ersten Raums 355a klein, wenn das inkompressible Fluid in den ersten Raum 355a gefüllt ist. Daher kann der Nachteil der Fehlfunktion beseitigt werden. In einem Vergleichsbeispiel wird die Fehlfunktion durch ein Kondensieren des Temperaturabtastfluids an dem oberen Teil des Leistungselements 330 zur Zeit einer niedrigen Temperatur erzeugt. Auf diese Weise kann das gasgefüllte Expansionsventil mit der besseren Produktivität bereitgestellt werden, und der Einfluss der Umgebungstemperatur in Bezug auf den Betrieb des Expansionsventils kann beseitigt werden.
Folgende Vorteile können neben den Vorteilen des Expansionsventils 301 für das Expansionsventil 301A bereitgestellt werden. Das formänderbare Element 371 des Expansionsventils 301A wird entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Gaskältemittel und dem inkompressiblen Fluid verformt. Daher ist ein Aufbau des Expansionsventils 301A im Vergleich zu dem des Expansionsventils 301 mit dem Kolben 370, der in dem Rohrraum 355 gleitet, einfach.
Gasphasiges Kältemittel ist in den Temperaturabtastabschnitt des gasgefüllten Expansionsventils 301, 301A gefüllt, ohne Adsorptionsmittel, wie etwa Aktivkohle, zu verwenden. Daher kann die MOP-Charakteristik für das Expansionsventil 301, 301A bereitgestellt werden, in der abgeschlossenes Kältemittel geheiztes Gas bei einer Solltemperatur wird.
(Sechste Ausführungsform)
Ein Expansionsventil 301B einer sechsten Ausführungsform wird unter Bezug auf 8–10 beschrieben. 8 zeigt eine Längsquerschnittansicht des Expansionsventils 301B der sechsten Ausführungsform. Ein Element von 8 mit der gleichen Bezugsnummer wie in der fünften Ausführungsform ist das gleiche Element mit den gleichen Funktionen und Vorteilen.
Wie in 8 gezeigt, unterscheidet sich das Expansionsventil 301B der vorliegenden Ausführungsform von dem Expansionsventil 301, 301A in einem Punkt, dass es nicht den Kolben 370 oder das formänderbare Element 371 hat, die den Rohrraum 355 trennen. Daher halten das inkompressible Fluid und das Gaskältemittel an einer Grenzfläche 356 ein Gleichgewicht zwischen ihnen. Ferner ist das Expansionsventil 301B in einer Weise definiert, dass eine Widerstandskraft, die das inkompressible Fluid dabei beschränkt, in einen unteren Teil des Rohrraums 355 zu fallen (kann hier nachstehend als eine Widerstandskraft definiert werden, die durch eine Oberflächenspannung bewirkt wird), größer als eine Schwerkraft des inkompressiblen Fluids, die auf die Grenzfläche 356 angewendet wird, wird.
Das Expansionsventil 301B wird derart hergestellt, dass es die folgende Formel 1 erfüllt, um die durch die Oberflächenspannung bewirkte Widerstandskraft größer als die Schwerkraft des inkompressiblen Fluids zu machen. Der Rohrraum 355 ist so definiert, dass er in einem Querschnitt in Achsenrichtung einen Durchmesser ϕ hat. Das inkompressible Fluid ist derart definiert, dass es eine Höhe von h in einer vertikalen Richtung von der Grenzfläche 356 nach oben, eine Dichte ρ und eine Oberflächenspannung S an der Grenzfläche 356 hat. Das Kreisverhältnis ist als π definiert, und die Erdbeschleunigung ist als g definiert.
(Formel 1)

ϕ·S ≥ (ϕ/2)2·h·ρ·gwird definiert, wenn der Querschnitt in Achsenrichtung der Grenzfläche 356 des Rohrraums 355 eine runde Form hat.

In einem Fall, in dem der Querschnitt in Achsenrichtung der Grenzfläche 356 des Rohrraums 355 eine rechteckige Form hat, wird das Expansionsventil 301B derart hergestellt, dass es die folgende Formel 2 erfüllt. Der Querschnitt in Achsenrichtung des Rohrraums 355 ist so definiert, dass er eine Längsabmessung von L1 und eine Querabmessung von L2 hat.
(Formel 2)

{2·(L1 + L2)/π}·S ≥ L1·L2·h·ρ·gwird definiert. Der Teil von {2·(L1 + L2)/π} der Formel 2 stellt einen Durchmesser eines Kreises dar, welcher der rechteckigen Form mit dem gleichen benetzten Umfang entspricht.

Folglich wird das Expansionsventil 301B in einer Weise hergestellt, dass die Formel 1 und die Formel 2 durch die Abmessungen von Teilen, eine Menge des inkompressiblen Fluids und eine Menge des gasphasigen Kältemittels erfüllt sind.
In einem Fall, in dem das inkompressible Fluid und das Gaskältemittel ferner eine Beziehung der Auflösungscharakteristik relativ zueinander (kann hier nachstehend als Kompatibilität definiert werden) mit einem vorgegebenen Verhältnis haben, wird das Expansionsventil 301B hergestellt, indem ein Kompatibilitätsgrad berücksichtigt wird, um die Formel 1 und Formel 2 zu erfüllen.
Ein Beispielweg, eine Dampfdruckabnahme aufgrund des Mischens des Fluids und des Kältemittels zu berücksichtigen, wird unter Bezug auf 9 beschrieben, wenn das Fluid und das Kältemittel die Kompatibilitätsbeziehung haben. 9 ist ein Charakteristikendiagramm, das ein Beispiel für die Kompatibilität zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem gasphasigen Kältemittel zeigt, die in das Expansionsventil 301B gefüllt sind. Das inkompressible Fluid entspricht Öl, und 9 zeigt eine Beziehung des Dampfdruckverhältnisses (P/Pr) (vertikale Achse) des Öls relativ zu einem Molekülanteil (Horizontalachse) des Öls. Hier wird die Charakteristik der Dampfdruckabnahme von 9 basierend auf dem Gesetz von Raoul (ein Dampfdruck einer Komponente in einer Lösung wird durch eine Multiplikation eines Dampfdrucks von reiner Flüssigkeit der Komponente und einem Molekülanteil der Komponente in der Lösung dargestellt) unter einer Annahme berechnet, dass die Lösung eine ideale Lösung ist, in der zwischenmolekulare Kräfte zwischen den Komponenten nicht angewendet werden.
In einem Fall, in dem das Fluid und das Kältemittel ferner die Kompatibilität zueinander aufweisen, werden die Mengen und die Drücke des Fluids und des Kältemittels basierend auf den Charakteristiken gesteuert, wenn die Auflösungscharakteristiken relativ zueinander, die basierend auf dem Druck und der Temperatur bestimmt werden, bekannt sind.
Ferner kann ein Oberflächenspannungs-Erhöhungselement 372 auf der Grenzfläche 356 zwischen dem Fluid und dem Kältemittel angeordnet sein, um den Rohrraum 355 zu durchqueren. 10 ist eine Draufsicht des Oberflächenspannungs-Erhöhungselements 372. Wie in 10 gezeigt, ist das Oberflächenspannungs-Erhöhungselement 372 aus einem Überbrückungsdrahtelement oder einem gitterförmigen Element, wie etwa Gewebe oder Netz, gefertigt, das die Achsenrichtung des Rohrraums 355 durchquert. Wenn das inkompressible Fluid das Oberflächenspannungs-Erhöhungselement 372 an einer Position benachbart zu der Grenzfläche 356 berührt, wird eine Berührungsfläche des inkompressiblen Fluids in einer Durchgangsquerschnittfläche groß. Da die Oberflächenspannung erhöht wird, kann folglich das Gleichgewicht zwischen dem Fluid und dem Kältemittel stabiler aufrechterhalten werden. Die Grenzfläche 356 kann stabil sein, selbst wenn das Fluid und das Kältemittel nicht durch ein spezielles Element voneinander getrennt sind. Wenn das Oberflächenspannungs-Erhöhungselement 372 ferner aus dem gitterförmigen Element gefertigt ist, ist es notwendig, dass eine Dichte des Gewebes erhöht wird, und es ist erforderlich, dass ein Öffnungsverhältnis des gitterförmigen Elements in einem Bereich klein ist, so dass eine Strömung des Fluids nicht beschränkt wird.
Im Gegensatz dazu können das inkompressible Fluid und das gasphasige Kältemittel, die in das Expansionsventil 301A gefüllt sind, eine Beziehung haben, die keine Kompatibilität zueinander aufweist. In diesem Fall werden das Fluid und das Kältemittel vollständig in zwei Schichten getrennt, und ein Gleichgewicht der zwei Schichten wird an der Grenzfläche 356 aufrechterhalten. Ferner ist das Berücksichtigen der Dampfdruckabnahme, um die Widerstandskraft größer als die Schwerkraft zu machen, nicht notwendig, wenn eine Spezifikation des Expansionsventils 301 konzipiert wird. Folglich kann das Expansionsventil 301B leicht hergestellt werden.
Betriebe und Vorteile des Expansionsventils 301B der vorliegenden Ausführungsform werden beschrieben. Das inkompressible Fluid ist in einen oberen Bereich des Rohrraums 355 einschließlich wenigstens der oberen Kammer 355 gefüllt. Eine Volumenänderung des inkompressiblen Fluids aufgrund einer Druckänderung ist klein. Das gasphasige Kältemittel ist in einen Bereich gefüllt, der sich tiefer als der obere Bereich befindet. Das Fluid, und das Kältemittel haben relativ zueinander die Kompatibilität mit dem vorgegebenen Verhältnis. Das Expansionsventil 301B ist in einer Weise definiert, dass die durch die Oberflächenspannung bewirkte Widerstandskraft, um das Fallen des inkompressiblen Fluids in den unteren Teil des Rohrraums 355 zu beschränken, größer als die Schwerkraft des inkompressiblen Fluids wird, die auf die Grenzfläche 356 angewendet wird.
Folgende Vorteile können aufgrund des vorstehenden Aufbaus erhalten werden. Aufgrund der Schicht 360 mit geringer Leitfähigkeit kann die Zeitkonstante der Wärmeübertragung größer gemacht werden. Die Wärmeübertragung ist definiert, um Wärme von Kältemittel, das durch den Auslass des Verdampfers 306 strömt, auf das Temperaturabtastkältemittel (das Gaskältemittel) zu übertragen. Auf diese Weise kann die Zeitkonstante, die für das Beschränken eines Pendelphänomens wirksam ist, leicht sichergestellt werden.
Ferner haben das Fluid und das Kältemittel relativ zueinander die Kompatibilität mit dem vorgegebenen Verhältnis. Das Expansionsventil 301B wird definiert, indem die gegenseitigen Auflösungscharakteristiken (Kompatibilität) in einer Weise berücksichtigt werden, dass die durch die Oberflächenspannung bewirkte Widerstandskraft größer als die Schwerkraft des inkompressiblen Fluids wird. Daher bilden das Fluid und das Kältemittel zwei Schichten, in denen eine vorgegebene Menge des Fluids und eine vorgegebene Menge des Kältemittels sich ineinander auflösen und ein Gleichgewicht der zwei Schichten an der Grenzfläche 356 aufrechterhalten wird. Auf diese Weise kann die Grenzfläche 356 ohne einen speziellen Abschnitt zum Trennen des Fluids und des Kältemittels stabil sein.
Ferner ist eine Volumenänderung, die durch eine Druckänderung erzeugt wird, in dem inkompressiblen Fluid, das in den oberen Raum gefüllt ist, klein. Daher ist eine durch eine Umgebungstemperaturänderung erzeugte Volumenänderung klein. Die Grenzfläche 356 zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem gasphasigen Kältemittel hat einen Verschiebungsbetrag, der durch die Volumenänderung bewirkt wird. Der durch die Volumenänderung erzeugte Verschiebungsbetrag ist hinreichend kleiner als der durch eine Verschiebung der Membran 332 erzeugte. Die obere Kammer 335 wird leicht durch die Umgebungstemperaturänderung beeinflusst. Jedoch ist die Volumenänderung des inkompressiblen Fluids, das in die obere Kammer 335 gefüllt ist, klein, so dass der Nachteil der Fehlfunktion beseitigt werden kann. Die Fehlfunktion wird in einem Vergleichsbeispiel durch ein Kondensieren des Temperaturabtastfluids an einem oberen Teil des Leistungselements 330 zu einer Zeit mit niedriger Temperatur erzeugt. Folglich kann das gasgefüllte Expansionsventil eine bessere Produktivität haben, und der Einfluss der Umgebungstemperaturänderung kann in Bezug auf das Expansionsventil verringert werden.
Ferner kann ein gasgefülltes Expansionsventil bereitgestellt werden, in dem gasphasiges Kältemittel in den unteren Raum gefüllt ist, der sich tiefer als der obere Raum einschließlich wenigstens der oberen Kammer 335 befindet. Kosten und Arbeitsstunden für die Herstellung des gasgefüllten Expansionsventils 301B sind niedriger als die für die Herstellung eines mit Flüssigkeit gefüllten oder mit Adsorptionsmittel gefüllten Expansionsventils. Folglich kann die Produktivität verbessert werden.
(Siebte Ausführungsform)
Ein Expansionsventil 301C einer siebten Ausführungsform wird unter Bezug auf 11 beschrieben. 11 zeigt eine Längsquerschnittansicht des Expansionsventils 301C der siebten Ausführungsform. Ein Element von 11 mit der gleichen Bezugsnummer wie bei der fünften Ausführungsform ist das gleiche Element mit den gleichen Funktionen und Vorteilen.
Wie in 11 gezeigt, unterscheidet sich das Expansionsventil 301C der vorliegenden Ausführungsform von dem Expansionsventil 301, 301A in einem Punkt, dass es nicht den Kolben 370 und das formänderbare Element 371 hat, die einen Raum trennen. Ferner befindet sich der erste Raum 355a tiefer als der zweite Raum 355b. Das heißt, das Expansionsventil 301C unterscheidet sich von dem Expansionsventil 301, 301A, 301B in einer Anordnungsrichtung des Ventils in der Oben- und Untenrichtung. Das Expansionsventil 301C ist so definiert, dass es ein Oben des Expansionsventils 301B zum Unten macht. Folglich befindet sich der erste Durchgang 307C auf der Oberseite, und der zweite Durchgang 309C befindet sich auf der Unterseite.
Das Expansionsventil 301C hat aufgrund der Änderung der Aufstellrichtung den folgenden Aufbau. Das inkompressible Fluid befindet sich auf der Unterseite, und das gasphasige Kältemittel befindet sich auf einer Oberseite des inkompressiblen Fluids. Ein erstes Ende eines Temperaturmessstabs 350C berührt eine Membran 332, die sich auf der Unterseite befindet, und ein zweites Ende des Messstabs 350C ist angeordnet, um einen Ventilabschnitt 314 durch einen Betätigungsstab 351 anzutreiben. Der Betätigungsstab 351 berührt direkt den Ventilabschnitt 314, und wird von einer Abdeckung 361 gehalten, die auf einem oberen Ende des Messstabs 350C befestigt ist. Die Abdeckung 361 bedeckt das obere Ende des Messstabs 350C und verschließt einen Oberteil des Rohrraums 355. Ein Leistungselement 330C des Expansionsventils 301C umfasst eine plattenförmige erste Abdeckung 333C, die sich auf der Unterseite befindet, und eine zweite Abdeckung 334, die sich auf der Oberseite befindet. Die Membran 332 wird zwischen den Abdeckungen 333C, 334 gehalten.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Füllen des Fluids und des Kältemittel in den Rohrraum 355 des Expansionsventils 301C beschrieben. Die Membran 332 wird in dem Leistungselement 330C gehalten, und der Messstab 350C wird in dem Leistungselement 330C montiert. Relativ zu dem Leistungselement 330C wird das inkompressible Fluid durch eine Öffnung 352, die in einem oberen Ende des Messstabs 350C definiert ist, in eine erste druckansprechende Kammer 335C gefüllt. Als nächstes wird das gasphasige Kältemittel durch die Öffnung 352 gefüllt, und die Öffnung 352 wird durch die Abdeckung 361 verschlossen. Auf diese Weise werden das Fluid und das Kältemittel in den Rohrraum 355 gefüllt, um zwei Schichten zu bilden.
Das Leistungselement 330C wird durch Festziehen in ein Schraubloch 331 eines Körperabschnitts 302 montiert. Die integrierten Abdeckungen 333C, 334 werden an den Körperabschnitt 302 montiert, wobei durch die Membran 332 eine erste druckansprechende Kammer 335C und eine zweite druckansprechende Kammer 336C in dem Leistungselement 330C definiert werden. Die erste Kammer 335C ist auf der Unterseite angeordnet, und die zweite Kammer 336C ist auf der Oberseite angeordnet. Gleichzeitig wird ein unteres Ende des Betätigungsstabs 351 von der Abdeckung 361 gehalten, und eine Verschiebung des Messstabs 350C wird durch den Betätigungsstab 351 an den Ventilabschnitt 314 übertragen.
Das Expansionsventil 301C hat die vorstehend beschriebene Stellungsanordnung und umfasst die Abdeckung 361. Daher ist der in dem Expansionsventil 301, 301A, 301B enthaltene Dichtungsstöpsel 340 in dem Expansionsventil 301C nicht enthalten. Auf diese Weise können die Anzahl von Teilen und die Anzahl von Montageverfahren des Leistungselements 330C verringert werden.
Das Expansionsventil 301C der vorliegenden Ausführungsform ist aufgebaut, um den mit dem inkompressiblen Fluid gefüllten ersten Raum 355a tiefer anordnen zu lassen als den mit dem gasphasigen Kältemittel gefüllten zweiten Raum 355b. Da das inkompressible Fluid sich gemäß dem Aufbau tiefer als das gasphasige Kältemittel befindet, kann das gasphasige Kältemittel in den zweiten Raum 355b gefüllt werden, nachdem das inkompressible Fluid in den ersten Raum 355a des Leistungselements 330 gefüllt ist. Ferner können das Leistungselement 330C, welches das Fluid und das Kältemittel enthält, und der Temperaturmessstab 350C an eine vorgegebene Position des Körperabschnitts 302 montiert werden. Auf diese Weise wird ein Dichtungselement, das zum Einfüllen des Fluids benötigt wird, für das Leistungselement der vorliegenden Ausführungsform nicht benötigt. Daher kann ein Aufbau des Leistungselements vereinfacht werden.
(Achte Ausführungsform)
Ein Expansionsventil 301D einer achten Ausführungsform wird unter Bezug auf 12 beschrieben. 12 zeigt eine Längsquerschnittansicht des Expansionsventils 301D der achten Ausführungsform. Ein Element von 12 mit der gleichen Bezugsnummer wie in der fünften Ausführungsform ist das gleiche Element mit den gleichen Funktionen und Vorteilen.
Wie in 12 gezeigt, unterscheidet sich das Expansionsventil 301D von dem Expansionsventil 301 der fünften Ausführungsform in einer Anordnungsrichtung. Das heißt, eine Oberseite des Expansionsventils 301 wird in dem Expansionsventil 301D nach unten gebracht. Ein mit dem inkompressiblen Fluid gefüllter erster Raum 355a kann sich tiefer als ein mit dem gasphasigen Kältemittel gefüllter zweiter Raum 355b befinden. Das Fluid hat typischerweise ein spezifisches Gewicht, das größer als das des Kältemittels ist, und das Fluid kann auf der Unterseite angeordnet sein. Ein Kolben 370 des Expansionsventils 301D kann durch ein formänderbares Element 371 ausgetauscht werden.
(Andere Ausführungsformen)
In den vorstehenden Ausführungsformen wird Fluorkohlenwasserstoffkältemittel R134a verwendet. Alternativ können R410A, R404A, R152a, R744 oder R600a als das Kältemittel verwendet werden. Ferner kann eines der vorstehenden Kältemittel als das Temperaturabtastmedium verwendet werden.
In den vorstehenden Ausführungsformen wird Ethanol (C₂H₆O) oder Silikonöl wird als der Zusatzstoff verwendet. Alternativ kann ein anderer Alkohol, wie etwa Methanol oder Propanol, als der Zusatzstoff verwendet werden, oder ein anderes Kompressoröl, das für den Kältekreislauf verwendet wird, kann als der Zusatzstoff verwendet werden.
Die Membran 53b ist in den vorstehenden Ausführungsformen aus nichtrostendem Stahl (SUS304) gefertigt. Alternativ kann die Membran 53b aus einem anderen Metall, wie etwa Messing, gefertigt werden.
Das Wärmeisolationselement 60 ist in den vorstehenden Ausführungsformen aus Polyoxymethylen (POM) gefertigt. Alternativ kann das Wärmeisolationselement 60 aus einem anderen Harz, wie etwa Polyphenylensulfid (PPS) gefertigt werden.
Ein Ballastteil 71 ist in den vorstehenden Ausführungsformen aus Keramik, wie etwa Aluminiumoxid-Siliziumoxid, gefertigt. Alternativ kann der Ballastteil 71 aus granularer Aktivkohle mit einer höheren Wärmekapazität als der des Temperaturmessstabs 52b gefertigt werden.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist das Wärmeisolationselement 60 um die Innenwandseite des Säulenraums 10 montiert, und der Ballastteil 71 ist in das Wärmeisolationselement 60 gefüllt. Alternativ kann der Ballastteil 71 ohne das Wärmeisolationselement 60 direkt in den Säulenraum 10 gefüllt werden.
Eine Volumenänderung des inkompressiblen Fluids, die durch eine Druckänderung erzeugt wird, ist klein. In einem Fall jedoch, in dem ein vorgegebenes Kompressionsverhältnis in Bezug auf einen Druck, der durch in den zweiten Raum 355b gefülltes Gaskältemittel erzeugt wird, im Voraus bekannt ist, kann Fluid mit dem vorgegebenen Kompressionsverhältnis in den ersten Raum 355a gefüllt werden. In diesem Fall werden Mengen und Drücke des Gaskältemittels und des Fluids unter Berücksichtigung des Kompressionsverhältnisses gesteuert.
Es versteht sich, dass derartige Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 3995828 B2 [0004]
- JP 09-159324 A [0008, 0013]
- JP 2001-33123 A [0010, 0016, 0018]

Claims

Thermisches Expansionsventil, das in einem Dampfkompressionskältekreislauf verwendet wird, um Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren und das expandierte Niederdruckkältemittel in Richtung eines Einlasses eines Verdampfers (6) zu befördern, wobei das thermische Expansionsventil umfasst: einen Körperabschnitt (51) mit einem ersten Kältemitteldurchgang (51c), durch den das Hochdruckkältemittel läuft, einem Drosseldurchgang (51h), der sich in dem ersten Kältemitteldurchgang (51c) befindet, um Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und einem zweiten Kältemitteldurchgang (51f), durch den aus dem Verdampfer (6) strömendes Kältemittel läuft; einen Elementabschnitt (53), der außerhalb des Körperabschnitts (51) angeordnet ist, wobei der Elementabschnitt eine druckansprechende Kammer (53b) hat, die entsprechend einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums (20) und einem Druck von Kältemittel, das durch den zweiten Kältemitteldurchgang (51f) strömt, verschoben werden soll, wobei der abgeschlossene Raum verschlossen und mit einem Temperaturabtastmedium gefüllt ist, wobei der Druck des Mediums durch eine Temperaturänderung geändert wird; einen Ventilabschnitt (52a), der entsprechend einer Verschiebung der druckansprechenden Kammer (53b) verschoben werden soll, um einen Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs (51h) zu steuern; und einen Zusatzstoff, der zusammen mit dem Temperaturabtastmedium in den abgeschlossenen Raum (20) gefüllt ist, um eine Kondensationstemperatur des Temperaturabtastmediums zu senken.
Thermisches Expansionsventil gemäß Anspruch 1, wobei der Elementabschnitt (53) aufgebaut ist, um ausgebildet zu werden, indem eine vorgegebene Menge des Zusatzstoffs in einer flüssigen Phase in den abgeschlossenen Raum (20) gefüllt wird, welcher mit Gas mit einer Temperatur und einem Druck gefüllt ist, die so definiert sind, dass sie den Zusatzstoff dazu bringen, die flüssige Phase zu haben, indem das Gas aus dem abgeschlossenen Raum (20) abgesaugt wird und indem eine vorgegebene Menge des Temperaturabtastmediums in den abgeschlossenen Raum (20) gefüllt wird.
Thermisches Expansionsventil gemäß Anspruch 1, wobei der Elementabschnitt (53) aufgebaut ist, um ausgebildet zu werden, indem eine vorgegebene Menge des Zusatzstoffs in einer flüssigen Phase in den abgeschlossenen Raum (20) gefüllt wird, wobei das Temperaturabtastmedium eine Gasphase hat und eine Temperatur und einen Druck hat, dass der Zusatzstoff dazu gebracht wird, die flüssige Phase zu haben, und indem eine vorgegebene Menge des Temperaturabtastmediums in den abgeschlossenen Raum (20) gefüllt wird.
Thermisches Expansionsventil gemäß Anspruch 1, wobei der Elementabschnitt (53) aufgebaut ist, um ausgebildet zu werden, indem Gas aus dem abgeschlossenen Raum (20) abgesaugt wird, indem eine vorgegebene Menge des Temperaturabtastmediums in einer Gasphase in den abgesaugten abgeschlossenen Raum (20) gefüllt wird und indem eine vorgegebene Menge des Zusatzstoffs in einer flüssigen Phase in den abgesaugten abgeschlossenen Raum (20) gefüllt wird.
Thermisches Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–4, wobei das Temperaturabtastmedium und der Zusatzstoff eine Beziehung von 0,80 ≥ Ma/(Ma + Mr) haben, wenn das Medium derart festgelegt ist, dass es eine vorgegebene Menge Mr (Einheit: Mol) hat und wenn der Zusatzstoff derart festgelegt ist, dass er eine vorgegebene Menge Ma (Einheit: Mol) hat.
Thermisches Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–5, das ferner umfasst: eine Zusatzstoffrückhaltevorrichtung (70) zum Zurückhalten des Zusatzstoffs.
Thermisches Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–6, das ferner umfasst: einen Temperaturmessstab (52b), um die Verschiebung des druckansprechenden Elements (53b) an den Ventilabschnitt (52a) zu übertragen und um eine Temperatur von Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang (51f) durchläuft, auf das Temperaturabtastmedium zu übertragen, wobei der Temperaturmessstab (52b) einen Säulenraum (10) hat, der sich in einer Achsenrichtung im Inneren des Temperaturmessstabs (52b) erstreckt und mit dem abgeschlossenen Raum (20) in Verbindung steht, und der Säulenraum (10) einen thermischen Ballastteil (71) aufnimmt, der aus einem Material mit einer höheren Wärmekapazität als der des Temperaturmessstabs (52b) gefertigt ist.
Thermisches Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–7, das ferner umfasst: einen Temperaturmessstab (52b), um die Verschiebung des druckansprechenden Elements (53b) an den Ventilabschnitt (52a) zu übertragen und um eine Temperatur von Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang (51f) durchläuft, auf das Temperaturabtastmedium zu übertragen, wobei der Temperaturmessstab (52b) einen Säulenraum (10) hat, der sich in einer Achsenrichtung im Inneren des Temperaturmessstabs (52b) erstreckt und mit dem abgeschlossenen Raum (20) in Verbindung steht, und der Säulenraum (10) ein Element (60) mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aufnimmt, das eine Wärmeleitfähigkeit hat, die niedriger als die des Temperaturmessstabs (52) ist.
Thermisches Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–8, das ferner umfasst: einen Temperaturmessstab (52b), um die Verschiebung des druckansprechenden Elements (53b) an den Ventilabschnitt (52a) zu übertragen und um eine Temperatur von Kältemittel, das den zweiten Kältemitteldurchgang (51f) durchläuft, auf das Temperaturabtastmedium zu übertragen, wobei der Temperaturmessstab (52b) einen Säulenraum (10) hat, der sich in einer Achsenrichtung im Inneren des Temperaturmessstabs (52b) erstreckt und mit dem abgeschlossenen Raum (20) in Verbindung steht, und der Säulenraum (10) derart definiert ist, dass er einen oberen Teil hat, der benachbart zu dem druckansprechenden Element (53b) angeordnet ist, und einen unteren Teil, der benachbart zu dem Ventilabschnitt (52a) angeordnet ist, und der untere Teil in einem Querschnitt des Säulenraums in der Achsenrichtung einen Innendurchmesser hat, der kleiner als der des oberen Teils ist.
Thermisches Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–9, wobei das Temperaturabtastmedium Kältemittel ist, das in dem Dampfkompressionskältekreislauf zirkuliert.
Thermisches Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–10, wobei die Kondensationstemperatur des Temperaturabtastmediums aufgrund des Zusatzstoffs niedriger als die von in dem Dampfkompressionskältekreislauf zirkulierendem Kältemittel ist.
Verfahren zur Herstellung eines thermischen Expansionsventils, das in einem Dampfkompressionskältekreislauf verwendet wird, um Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren und das expandierte Niederdruckkältemittel in Richtung eines Einlasses eines Verdampfers (6) zu befördern, wobei das thermische Expansionsventil umfasst: einen Körperabschnitt (51) mit einem ersten Kältemitteldurchgang (51c), durch den das Hochdruckkältemittel läuft, einem Drosseldurchgang (51h), der sich in dem ersten Kältemitteldurchgang (51c) befindet, um Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und einem zweiten Kältemitteldurchgang (51f), durch den aus dem Verdampfer (6) strömendes Kältemittel läuft; einen Elementabschnitt (53), der außerhalb des Körperabschnitts (51) angeordnet ist, wobei der Elementabschnitt eine druckansprechende Kammer (53b) hat, die entsprechend einer Druckdifferenz zwischen einem Innendruck eines abgeschlossenen Raums (20) und einem Druck von Kältemittel, das durch den zweiten Kältemitteldurchgang (51f) strömt, verschoben werden soll, wobei der abgeschlossene Raum verschlossen und mit einem Temperaturabtastmedium gefüllt ist, wobei der Druck des Mediums durch eine Temperaturänderung geändert wird; einen Ventilabschnitt (52a), der entsprechend einer Verschiebung der druckansprechenden Kammer (53b) verschoben werden soll, um einen Öffnungsgrad des Drosseldurchgangs (51h) zu steuern; und einen Zusatzstoff, der zusammen mit dem Temperaturabtastmedium in den abgeschlossenen Raum (20) gefüllt ist, um eine Kondensationstemperatur des Temperaturabtastmediums zu senken, wobei das Verfahren umfasst: Füllen einer vorgegebenen Menge des Zusatzstoffs in einer flüssigen Phase in den abgeschlossenen Raum (20), der mit Gas mit einer Temperatur und einem Druck gefüllt ist, um den Zusatzstoff dazu zu bringen, die flüssige Phase zu haben; Absaugen des Gases aus dem abgeschlossenen Raum (20); und Füllen einer vorgegebenen Menge des Temperaturabtastmediums in den abgeschlossenen Raum (20).
Expansionsventil, das umfasst: einen Körperabschnitt (302) mit einem ersten Durchgang (307), durch den flüssiges Kältemittel von einem Kompressor (308) strömt, und einem zweiten Durchgang (309), durch den Gaskältemittel von einem Verdampfer (306) zu dem Kompressor strömt; eine Mündung (311), die in dem ersten Durchgang definiert ist; einen Ventilabschnitt (314), um eine Menge an Kältemittel, die die Mündung durchläuft, zu steuern; ein Leistungselement (330) mit einer Membran (332), die in dem Körperabschnitt angeordnet ist, wobei die Membran von einer Druckdifferenz angetrieben wird; eine obere druckansprechende Kammer (335), die über der Membran in dem Leistungselement definiert ist; eine untere druckansprechende Kammer (336), die unter der Membran definiert ist, um mit dem zweiten Durchgang in Verbindung zu stehen; einen Temperaturmessstab (350) mit einem Rohrraum (355), der sich in einer Achsenrichtung im Inneren des Stabs erstreckt, wobei wenigstens ein Teil des Stabs sich in dem zweiten Durchgang befindet, wobei ein oberes Ende des Stabs die Membran berührt, ein unteres Ende des Stabs den Ventilabschnitt antreibt und der Stab entsprechend einer Verschiebung der Membran verschoben wird; und eine Schicht (360) mit niedrigerer Leitfähigkeit, die eine niedrigere Leitfähigkeit als die eines Materials, das den Temperaturmessstab definiert, hat, wobei die Schicht auf einer Innenwand des Temperaturmessstabs angeordnet ist, wobei der Rohrraum durch eine in der Membran (332a) definierte Öffnung mit der oberen Kammer in Verbindung steht, die obere Kammer und der Rohrraum einen Raum dazwischen mit einem oberen Teil und einem unteren Teil definieren, wobei der obere Teil wenigstens die obere Kammer umfasst und mit einem inkompressiblen Fluid gefüllt ist, wobei der untere Teil mit einem gasphasigen Kältemittel gefüllt ist, wobei eine durch eine Druckänderung erzeugte Volumenänderung des inkompressiblen Fluids klein ist, das inkompressible Fluid und das gasphasige Kältemittel eine Beziehung haben, wobei sie sich in einem vorgegebenen Verhältnis ineinander lösen, und das inkompressible Fluid aufgrund einer Oberflächenspannung eine Widerstandskraft hat, um das Fallen des Fluids in einen unteren Teil des Rohrraums zu beschränken, wobei die Widerstandskraft größer als eine Schwerkraft des Fluids ist, die auf eine Grenzfläche (356), die zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem gasphasigen Kältemittel definiert ist, angewendet wird.
Expansionsventil gemäß Anspruch 13, das ferner umfasst: einen Kolben (370) zum Trennen des Rohrraums in einen ersten Raum und einen zweiten Raum, der in einer Achsenrichtung des Rohrraums gleitend bewegt werden soll, wobei der benachbart zu der ersten Kammer angeordnete erste Raum (355a) mit dem inkompressiblen Fluid gefüllt ist, und der zweite Raum (355b), der sich in dem zweiten Durchgang entgegengesetzt zu der ersten Kammer befindet, mit dem gasphasigen Kältemittel gefüllt ist.
Expansionsventil gemäß Anspruch 14, das ferner umfasst: ein formänderbares Element (371) anstelle des Kolbens, wobei das formänderbare Element an einer Innenwand des Rohrraums befestigt ist, um den Rohrraum in die Räume zu trennen, und das formänderbare Element durch eine Druckdifferenz verformt wird.
Expansionsventil gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei der mit dem inkompressiblen Fluid gefüllte erste Raum (355a) tiefer als der mit dem gasphasigen Kältemittel gefüllte zweite Raum (355b) angeordnet ist.
Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 13–16, wobei das inkompressible Fluid und das gasphasige Kältemittel vollkommen unfähig sind, sich ineinander aufzulösen.
Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 13–17, das ferner umfasst: einen Oberflächenspannungs-Erhöhungsabschnitt (372), der auf der Grenzfläche (356) zwischen dem inkompressiblen Fluid und dem gasphasigen Kältemittel angeordnet ist, um den Rohrraum des Temperaturmessstabs zu durchqueren.
Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 13–18, wobei die Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aus Harz gefertigt ist.
Expansionsventil gemäß irgendeinem der Ansprüche 13–19, wobei das inkompressible Fluid PAG-Öl, Silikonöl oder fluoriertes Öl ist.