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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Kühlkreislauf
mit Dampfkompression mit zwei Verdampfern unterschiedlicher Verdampfungsdrücke. Ein Kühlkreislauf
mit Dampfkompression wird im Kühlmittel
bei einer Temperatur gleich oder höher als ein Gefrierpunkt (beispielsweise
0°C) in
einem Verdampfer verdampft und bei einer Temperatur verdampft, die
geringer als der Gefrierpunkt in einem anderen Verdampfer beispielsweise
ist.
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Ein üblicher Kühler mit Dampfkompression mit
zwei Verdampfern von unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen
ist beschrieben in der
JP-A-58-33075 beispielsweise.
Dieser Kühler
mit Dampfkompression umfasst eine erste Dekompressionseinheit zum
Dekomprimieren oder Entspannen eines Kühlmittels, das in einen ersten
Verdampfer strömt,
in welchem das Kühlmittel
bei einer Temperatur verdampft wird, die gleich oder höher als
eine Gefriertemperatur ist, weiter eine zweite Dekompressionseinheit
zum Dekomprimieren von Kühlmittel,
das in einen zweiten Verdampfer strömt, in welchem das Kühlmittel
bei einer Temperatur verdampft wird, die geringer als die Gefriertemperatur
ist und einem Schaltmittel zum Schalten einer Kühlmittelzirkulation. Das Schaltmittel
schaltet zwischen einer ersten Zirkulation, wo das Kühlmittel
zum ersten Verdampfer zirkuliert und einer zweiten Zirkulation,
wo das Kühlmittel
zum zweiten Verdampfer in Zirkulation versetzt wird.
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Jedoch wird beim Kühler mit
Dampfkompression, beschrieben in der
JP-A-58-33075 , Kühlmittel wie z.B. R134a verwendet
und ein Dampfdruck liegt bei etwa 0,2 MPa bei 0°C. In diesem Zustand liegt die mittlere
Kühl- oder
Kältemitteldichte
bei etwa 10 kg/m
3, d.h. sie ist extrem gering
verglichen mit Kohlendioxid. Somit ist, selbst wenn ein Kompressor
unter Ansaugen von Kühlmittel
in einem Niederdruckelement hinter dem ersten Verdampfer, beispielsweise einem
Sammler, betrieben wird und ein Niederdruckrohr zwischen Sammler
und Kompressor vorhanden ist, darum, weil die Kühlmitteldichte gering ist,
die Kühlmittelmenge
(Menge der Massenströmung),
die vom Kompressor angesaugt wird, gering. Es ist daher schwierig,
die notwendige Zeit zu verkürzen,
für die
ein Druck im Niederdruckelement hinter dem ersten Verdampfer auf
den Druck im zweiten Verdampfer reduziert wird.
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Wenn somit das Schaltmittel von der
ersten Zirkulation auf die zweite Zirkulation im Dampfkompressionskühler umschaltet,
ist ein langer Zeitraum notwendig, um den Kühlmitteldruck in der zweiten Zirkulation
zu reduzieren und die Kühlkapazität des ersten
Verdampfers oder des zweiten Verdampfers lässt sich wirksam nicht verbessern.
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Wenn weiterhin der zweite Verdampfer
in einem Niedertemperaturbereich verdampft, der geringer als Gefriertemperatur
ist, nimmt die Kühlmitteldichte
ab und die Menge an Kühl-
oder Kältemittel, die
in den Kompressor gesaugt wird, fällt ab. Es ist daher schwierig,
die Temperatur des zweiten Verdampfers auf –5°C, was zur Zeit Verwendung findet, zu
reduzieren.
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Im Hinblick auf die oben beschriebenen
Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, wirksam die
Kühlkapazität in einem
Kältekreislaufsystem mit
Dampfkompression zu verbessern, das arbeitet, während zwischen einer ersten
Zirkulation (Kreislauf), wo das Kühlmittel zu einem ersten Verdampfer in
Umlauf versetzt wird und einer zweiten Zirkulation umzuschalten,
in dem das Kühlmittel
auf einen zweiten Verdampfer bei einem Druck in Umlauf versetzt wird,
der geringer als der im ersten Verdampfer ist.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Kühlkreislaufsystem
mit Dampfkompression einen Kompressor zum Ansaugen und Komprimieren
des Kühlmittels, einen
Radiator, der Hochdruckkühlmittel
kühlt,
das vom Kompressor ausgetragen wird, einen ersten Verdampfer, bei
dem Kühlmittel,
nachdem es dekomprimiert wird, verdampft wird, einen zweiten Verdampfer,
in dem Kühlmittel
bei einem Druck verdampft, der geringer als der im ersten Verdampfer
ist und eine Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen einer ersten
Zirkulation, wo das Kühlmittel, nachdem
es dekomprimiert wurde, in Umlauf zum ersten Verdampfer gesetzt
wird und einer zweiten Zirkulation, wo das Kühlmittel in Umlauf zum zweiten Verdampfer
versetzt wird. Im Kühlmittelsystem
mit Dampfkompression wird, wenn die Umschalteinrichtung auf die
zweite Zirkulation von der ersten Zirkulation umschaltet, eine Kühlmittelzirkulation
in den zweiten Verdampfer unterbrochen, bis der Kühlmitteldruck
im zweiten Verdampfer gleich oder geringer als ein vorbestimmter
Druck wird. Somit lässt
sich der Kühlmit teldruck
im zweiten Verdampfer schnell reduzierett, wenn die zweite Zirkulation
von der ersten Zirkulation aus eingestellt wird. Im Ergebnis kann
der Zeitraum, für
den das Kühlmittel
akkurat im ersten und zweiten Verdampfer zirkuliert wird, länger ausfallen
und die Kühlkapazität lässt sich
wirksam verbessern.
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Bevorzugt wird Kohlendioxid als Kühlmittel verwendet.
Wenn das Kohlendioxid als Kühlmittel verwendet
wird, liegt der Verdampfungsdruck im zweiten Verdampfer bei –10°C bei etwa
2,6 MPa. In diesem Zustand wird eine mittlere Kühlmitteldichte im zweiten Verdampfer
von 71 kg/m3 angewendet, die von erheblicher
Größe verglichen
mit dem Fall ist, wo R134a als Kühlmittel
Verwendung findet. Somit lässt sich
der Druck im zweiten Verdampfer weiterhin schnell reduzieren.
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Das aus dem Radiator zum ersten Verdampfer
bei dem ersten Umlauf einzuführende
Kühlmittel kann
durch eine erste Dekompressionseinheit entspannt werden und das
vom Radiator zum zweiten Verdampfer einzuführende Kühlmittel im zweiten Kreislauf
lässt sich
durch eine zweite Entspannungs- oder Dekompressionseinheit entspannen.
Wenn in diesem Zustand die Umschalteinrichtung zur zweiten Zirkulation
von der ersten Zirkulation umschaltet, wird die zweite Entspannungseinheit
voll geschlossen und stoppt die Kühlmittelzirkulation in den
zweiten Verdampfer, bis der Kühlmitteldruck
im zweiten Verdampfer gleich oder geringer als der vorbestimmte
Druck wird. Nachdem der Kühlmitteldruck
im zweiten Verdampfer gleich oder geringer als der vorbestimmte
Druck wird, nachdem die Umschalteinrichtung auf die zweite Zirkulation
oder den zweiten Kreislauf von der ersten Zirkulation umschaltet,
wird die zweite Dekompressionseinrichtung geöffnet, und zwar auf einen vorbestimmten
Drosselgrad.
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Alternativ kann eine Ejektorpumpe
einschließlich
einer Düse
zum Dekomprimieren des Kühlmittels
vom Radiator in dem Kühlkreislaufsystem mit
Dampfkompression vorgesehen sein, um das Kühlmittel in wenigstens einem
aus erstem Verdampfer und zweitem Verdampfer durch eine Mitreißefunktion
einer Hochgeschwindigkeits-Kühlmittelströmung, die
von der Düse
ausgestoßen
wird, zu versetzen. In diesem Fall beispielsweise lassen sich der erste
Verdampfer und der zweite Verdampfer mit der Ejektorpumpe parallel
in einer Kühlmittelströmung schalten,
die in die Ejektorpumpe eingesaugt wird.
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Wenn die Ejektorpumpe so angeordnet
wird, dass Kühlmittel
in den ersten Verdampfer zirkuliert wird, lässt sich eine Dekompressionseinheit
in einem Kühlmittelkanal
anordnen, durch welche Kühlmittel aus
dem Radiator in den zweiten Verdampfer eingeführt wird, während die Injektorpumpe im
Bypass umgangen wird, und zwar, um Kühlmittel, das in den zweiten
Verdampfer strömt,
zu entspannen. Alternativ wird eine andere Ejektorpumpe mit einer
Düse zum
Entspannen von Kühlmittel,
das aus dem Radiator abströmt,
angeordnet, um das Kühlmittel
in den zweiten Verdampfer infolge einer Mitreißefunktion einer Hochgeschwindigkeits-Kühlmittelströmung in Umlauf
zu versetzen, die aus der Düse
der anderen Ejektorpumpe ausgestoßen wird.
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Beispielsweise Ausführungsformen
der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert werden,
in denen:
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1 eine
schematische Darstellung ist, die ein Dampfkompressions-Kühlkreislaufsystem gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine schematische Darstellung und zeigt ein Kühlkreislaufsystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 ist
eine schematische Darstellung und zeigt ein Kühlkreislaufsystem gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ist
eine schematische Darstellung und zeigt ein Kühlkreislaufsystem gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung; und
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5 ist
eine schematische Darstellung und zeigt ein Kühlkreislaufsystem gemäß einer
fünften Ausführungsform
der Erfindung.
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Mehrere bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert
werden.
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(Erste Ausführungsform)
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Bei der ersten Ausführungsform
wird ein Kühlkreislaufsystem
mit Dampfkompression gemäß der vorliegenden
Erfindung typischerweise für
eine Klimaanlage eines Fahrzeugs mit einem Kühler mit der Funktion Kältespeicherung
und der Funktion Gefrieren verwendet. 1 zeigt
das Kühlmittelkreislaufsystem
der ersten Ausführungsform.
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Bei dem in 1 gezeigten Kältekreislaufsystem saugt ein
Kompressor 10 Kühlmittel,
angetrieben von dem Fahrzeugmotor, über eine elektromagnetische
Kupplung an und komprimiert dieses; ein Radiator 20 ist
ein hochdruckseitiger Wärmeaustauscher
zum Kühlen
des Kühlmittels,
das aus dem Kompressor 10 unter Durchführung des Wärmeaustausches mit der Umgebungsluft
ausgetragen wird.
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Bei der ersten Ausführungsform
wird Kohlendioxid als Kühlmittel
beispielsweise verwendet. Wenn in diesem Fall die Temperatur der
Umgebungsluft höher
als die kritische Temperatur des Kühlmittels ist, wird ein hochdruckseitiger
Kühlmitteldruck
d.h. ein Druck des Kühlmittels,
das aus dem Kompressor 10 ausgetragen wird, gleich oder
größer dem
kritischen Druck des Kühlmittels
eingestellt. Wenn der hochdruckseitige Kühlmitteldruck höher als
der kritische Druck des Kühlmittels
ist, reduziert das hochdruckseitige Kühlmittel im Radiator 20 seine
Enthalpie, während
seine Kühlmitteltemperatur
abnimmt, ohne dass sich eine Phasenveränderung im Radiator 20 einstellt.
Das heißt,
in diesem Fall wird der Radiator 20 als ein Gaskühler eingesetzt.
Andererseits, wenn der hochdruckseitige Kühlmitteldruck geringer als
der kritische Druck wird, reduziert das hochdruckseitige Kühlmittel
im Radiator 20 seine Enthalpie, während eine Phasenveränderung
(Kondensation) im Radiator 20 stattfindet.
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Ein erster Verdampfer 31 ist
ein erster niederdruckseitiger Wärmeaustauscher
zum Kühlen
der Luft, die in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs eingeblasen werden
soll. Entspanntes Niederdruckkühlmittel
tritt im Wärmeaustausch
im ersten Verdampfer 31 mit der Luft, die in die Fahrgastzelle
geblasen werden soll, so dass flüssiges
Kühlmittel
im ersten Verdampfer 31 unter Absorbieren von Wärme aus
der Luft verdampft wird. Daher wird in die Fahrgastzelle zu blasende
Luft gekühlt,
während
sie durch den ersten Verdampfer 31 geht. In ähnlicher
Weise handelt es sich bei dem zweiten Verdampfer 32 um einen zweiten
niederdruckseitigen Wärmeaustauscher
zum Kühlen
eines Innenraums eines Speichergehäuses eines Kühlers, der
im Fahrzeug installiert ist. Entspanntes Niederdruckkühlmittel
tritt in Wärmeaustausch
im zweiten Wärmeaustauscher 32 mit
Luft, die in Umlauf gegen den Innenraum des zweiten Speichergehäuses des
Kühlers
gebracht werden soll, so dass flüssiges
Kühlmittel
im zweiten Verdampfer 32 unter Absorbieren von Wärme aus
der Luft verdampft wird. Somit wird der Innenraum des Speichergehäuses des
Kühlers
durch den zweiten Verdampfer 32 gekühlt.
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Da der zweite Verdampfer 32 zum
Kühlen des
Innenraums des Speichergehäuses
des Kühlers vorgesehen
ist, stellen sich der Verdampfungsdruck und die Verdampfungstemperatur
im zweiten Verdampfer 32 niedriger als die im ersten Verdampfer 31 ein.
Da insbesondere der erste Verdampfer 31 der Verdampfer
zur Durchführung
der Luftklimatisierung in der Fahrgastzelle ist, wird die Verdampfungstemperatur
gleich oder höher
als der Gefrierpunkt eingestellt. Da andererseits der zweite Verdampfer 32 der Verdampfer
zum Kühlen
des Innenraums des Kühlers
mit geringer Kühlkapazität ist, wird
die Verdampfungstemperatur niedriger als der Gefrierpunkt eingestellt.
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Eine erste Dekompressions- oder Entspannungseinheit 41 ist
zum Entspannen von Kühlmittel angeordnet,
das vom Radiator 20 in Isoenthalpie fließt. Kühlmittel,
das in der ersten Dekompressionseinheit 41 entspannt wird,
wird an den ersten Verdampfer 31 geliefert. Der Drosselöffnungsgrad
der ersten Entspannungseinheit 41 wird so geregelt, dass
der hochdruckseitige Kühlmitteldruck
zu einem Targetdruck wird, der bestimmt wird, basierend auf der
hochdruckseitigen Kühlmitteltemperatur.
So lässt sich
beispielsweise die hochdruckseitige Kühlmitteltemperatur durch einen
Kühlmitteltemperatursensor erfassen,
der an einer Kühlmittelauslassseite
des Radiators 20 angeordnet ist. Hier wird der Targetdruck
relativ zur hochdruckseitigen Kühlmitteltemperatur
eingestellt, so dass der Leistungskoeffizient (COP) des Dampfkompressionskühlmittelkreislaufsystems
nahezu maximal wird. Bei dieser Ausführungsform beispielsweise ist
die erste Dekompressionseinheit 41 ein elektrisches Expansionsventil,
in welchem der Drosselöffnungsgrad
elektrisch durch ein Betätigungsglied,
wie einen Stufenmotor, eingestellt wird.
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Eine zweite Dekompressionseinheit 42 ist zum
Entspannen von Kühlmittel
angeordnet, das vom Radiator 20 in Isoenthalpie strömt. Kühlmittel, das
in der zweiten Dekompressionseinheit 42 dekomprimiert wurde,
wird an den zweiten Verdampfer 32 geliefert. Der Drosselöffnungsgrad
der zweiten Dekompressionseinheit 42 wird so geregelt,
dass der Kühlmitteldruck
im zweiten Verdampfer 32 geringer als ein vorbestimmter
Druck wird. Bei dieser Ausführungsform
beispielsweise wird als zweite Dekompressionseinrichtung 42 ein
Expansionsventil vom mechanischen Typ verwendet. Im Allgemeinen
erfasst das Expansionsventil vom mechanischen Typ mechanisch den
Druck im zweiten Verdampfer 32 und regelt dessen Drosselöffnungsgrad.
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Ein elektromagnetisches Ventil 50 ist
angeordnet, um einen Kühlmitteldurchlass
auf der Kühlmittelauslassseite
des ersten Verdampfers 31 zu öffnen und zu schließen. Dieses
elektromagnetische Ventil 50 wird als Schalteinheit (Schaltmittel)
verwendet, um zwischen einer ersten Zirkulation, wo das Kühlmittel
in Zirkulation zum ersten Verdampfer 31 versetzt wird und
einer zweiten Zirkulation umzuschalten, wo das Kühlmittel zum zweiten Verdampfer 32 in
Zirkulation versetzt wird. Ein Rückschlagventil 51 ist
so angeordnet, dass der Kühlmittelstrom
vom zweiten Verdampfer 32 zu einem Gas-Flüssigkeitsseparator 60 erfolgen
kann. Wenn daher Kühlmittel
zum ersten Verdampfer 31 in Zirkulation versetzt wird,
verhindert das Rückschlagventil 51,
dass das Kühlmittel
zum zweiten Verdampfer 32 weiterströmt.
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Das aus dem Verdampfer 31, 32 fließende Kühlmittel
strömt
in den Gas-Flüssigkeitsseparator 60.
Das in den Gas-Flüssigkeitsseparator 60 strömende Kühlmittel
wird in gasförmiges
Kühlmittel
und flüssiges
Kühlmittel
getrennt und das flüssige
Kühlmittel
wird im Gas-Flüssigkeitsseparator
als überschüssiges Kühlmittel
gespeichert. Gasförmiges Kühlmittel
vom Gas-Flüssigkeitsseparator 60 wird
an die Saugseite des Kompressors 10 geliefert und im Kompressor 10 komprimiert.
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Als Nächstes soll die Wirkungsweise
des Dampf-Kompressionskühlmittelumlaufsystems
nach der ersten Ausführungsform
beschrieben werden.
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Wird ein Klimatisierungsmode eingestellt,
so wird Luft in die Fahrgastzelle geblasen und die Klimatisierung
in der Fahrgastzelle wird durchgeführt. In dem Klimatisierungsmode
wird das elektromagnetische Ventil 50 voll geöffnet und
der Kompressor 10 betätigt.
In diesem Fall wird der Öffnungsgrad
der ersten Dekompressionseinheit 41 so geregelt, dass der
hochdruckseitige Kühlmitteldruck
zum Targetdruck bzw. Zieldruck wird und die Arbeitsgeschwindigkeit
des Kompressors 10 so geregelt wird, dass die Temperatur
des ersten Verdampfers 31 gleich einer vorbestimmten Temperatur
wird. Beispielsweise wird die Betriebsgeschwindigkeit des Kompressors 10 geregelt,
indem eine EIN/AUS-Geschwindigkeitsregelung der elektromagnetischen
Kupplung geregelt wird.
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Als Temperatur des ersten Verdampfers 31 wird
eine "Nachverdampfer"-Lufttemperatur unmittelbar nach Durchgang
durch den ersten Verdampfer 31 verwendet. Als Temperatur
des ersten Verdampfers 31 jedoch kann ein Kühlmitteldruck
im ersten Verdampfer 31 oder eine Oberflächentemperatur
des ersten Verdampfers
31 Verwendung finden. Der Kühlmitteldruck
der Niederdruckseite d.h. der Kühlmitteldruck
im ersten Verdampfer 31 entspricht einer Verdampfungstemperatur
des Kühlmittels
im ersten Verdampfer 31.
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Weiterhin wird die zweite Dekompressionseinheit 42 so
betätigt,
dass der Kühlmitteldruck
im zweiten Verdampfer 32 geringer als der Druck entsprechend
der Verdampfungstemperatur des ersten Verdampfers 31 wird.
Somit wird in den Klimatisierungsmode die zweite Dekompressionseinrichtung 42 im
Allgemeinen voll geschlossen. Daher fließt das Kühlmittel nur zum ersten Verdampfer 31 und
in die Fahrgastzelle zu blasende Luft wird gekühlt und im ersten Verdampfer 31 entfeuchtet.
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Wird der Kühlerkühlmode eingestellt, dann wird
das Speichergehäuse
des Kühlers
gekühlt.
Wird der Kühlerkühlmode eingestellt,
wird das elektromagnetische Ventil 50 voll geschlossen
und der Kompressor 10 betätigt. Da das elektromagnetische
Ventil 50 geschlossen ist, wird die Kühlmittelzirkulation in den
ersten Verdampfer 31 unterbrochen und Kühlmittel wird im ersten Verdampfer 31 nicht
verdampft. Nachdem die zweite Zirkulation von der ersten Zirkulation
umgestellt wurde, wird der Schließzustand der zweiten Dekompressionseinheit 42 über einen
bestimmten Zeitraum aufrechterhalten. Da der Kompressor 10 arbeitet,
wird gasförmiges
Kühlmittel
im Gas-Flüssigkeitsseparator 60 und
in einem Niederdruckkühlrohr
hinter dem Magnetventil 50 und dem Rückschlagventil 51 in
den Kompressor 10 gesaugt und der niederdruckseitige Kühlmitteldruck
nimmt auf dem Druck im zweiten Verdampfer 32 ab.
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Wird der niederdruckseitige Kühlmitteldruck gleich
oder geringer als ein vorbestimmter Druck, dann wird die zweite
Dekompressionseinheit 42 geöffnet. Jetzt strömt das an
einer Anströmseite
der zweiten Dekompressionseinheit 42 gespeicherte Kühlmittel
in die zweite Dekompressionseinheit 42 auf einer Wegstrecke
und wird erheblich entspannt. Das dekomprimierte Kühlmittel
strömt
in den zweiten Verdampfer 32 um verdampft zu werden, so
dass der Innenraum des Speichergehäuses des Kühlers gekühlt wird.
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Da Kohlendioxid in dieser Ausführungsform als
Kühlmittel
verwendet wird, liegt der Verdampfungsdruck des zweiten Verdampfers 32 bei –10°C auf 2,6
MPa. In diesen Zustand beträgt
die mittlere Kühlmitteldichte
etwa 71 kg/m3 und ist ganz erheblich größer als
die in einem Fall, wo R134a als Kühlmittel Verwendung findet.
In dieser Ausführungsform
daher wird die Kühlmittelmenge
(Massenstromgröße), die vom Kompressor 10 angesaugt
wird, im Kühlmittelkühlmode größer und
der Druck im zweiten Verdampfer 32 kann schnell auf einen
vorbestimmten Druck gesenkt werden. Somit kann die Betriebszeit,
für die die
Kühlkapazität erhalten
werden kann, indem Kühlmittel
genau in den ersten Verdampfer 31 und den zweiten Verdampfer 32 geleitet
wird, länger
werden und die Kühlkapazität kann wirksam
in dem Dampfkompressions-Kühlmittelumlaufsystem
verbessert werden.
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Nach der ersten Ausführungsform
der Endung wird, wenn der Kühlerkühlmode von
dem Klimatisierungsmode umgeschaltet wird, das zweite Dekompressionsventil 42 geschlossen,
bis der Kühlmitteldruck
im zweiten Verdampfer 32 gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Druck wird. Der Kühlmitteldruck im
zweiten Verdampfer 32 kann also schnell reduziert werden.
Die Kühlkapazität des zweiten
Verdampfers 32 lässt
sich also wirksam verbessern. Der Klimatisierungsmode oder Kühlerkühlmode lassen
sich alternativ über
eine vorbestimmte Zeit umschalten, indem das Magnetventil über einen
vorbestimmten Zeitraum geöffnet
oder geschlossen wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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Die zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung soll nun mit Bezug auf 2 beschrieben
werden. Nach der zweiten Ausführungsform
wird ein Ejektorumlaufsystem als Dampfkompressions-Kühlmittelumlaufsystem
vennrendet und die vorliegende Erfindung wird auf das Ejektorkreislaufsystem
mit einer Ejektorpumpe 70 angewendet.
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Die Ejektorpumpe 70 ist
ein Ejektor (siehe JIS Z 8126 Nr. 2.1.2.3), in der aus dem Radiator 20 fließendes Kühlmittel
dekomprimiert und expandiert wird, so dass verdampftes Kühlmittelgas
angesaugt wird und der Druck des Kühlmittels, das in den Kompressor 10 gesaugt
werden soll, wird erhöht,
indem die Expansionsenergie in Druckenergie umgeformt wird.
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Insbesondere umfasst die Ejektorpumpe 70 eine
Düse 70a,
einen Mischerteil 70b und einen Diffusor 70c.
Die Düse 70a entspannt
das Kühlmittel, das
in die Ejektorpumpe 70 strömt, im Wesentlichen isentropisch,
indem Druckenergie des Kühlmittels
in Geschwindigkeitsenergie des Kühlmittels
umgeformt wird. Der Mischerteil 70b saugt das Kühlmittel
an wenigstens einem der Verdampfer 31, 32 von
der niederdruckseitigen Kühlmittelsaugöffnung infolge
einer Mitreißefunktion
eines Hochge schwindigkeitsstroms aus Kühlmittel, der aus der Düse 70a ausgestoßen wird,
ab. Jetzt mischt der Mischerteil 70b das eingesaugte Kühlmittelgas
vom Verdampfer 31 oder 32 und das Kühlmittel,
das aus der Düse 70a ausgestoßen wurde.
Weiterhin steigert der Diftusor 70c den Druck des in den
Kompressor 10 zu saugenden Kühlmittels, indem Geschwindigkeitsenergie
des Kühlmittels
in Druckenergie des Kühlmittels
umgeformt wird und mischt auch das angesaugte Kühlmittel und das ausgestoßene Kühlmittel.
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Im Mischerteil 70b wird
das ausgestoßene Kühlmittel
(antreibendes Kühlmittel)
und das angesaugte Kühlmittel
(getriebenes Kühlmittel)
vermischt, so dass dessen Gesamtbewegungsenergie beibehalten wird.
Daher wird auch im Mischerteil 70b der Kühlmitteldruck
(stationärer
Druck) vergrößert. Im Diffusor 70c wird
die Geschwindigkeitsenergie des Kühlmittels (dynamischer Druck)
in Druckenergie des Kühlmittels
(stationärer
Druck) umgeformt, indem allmählich
ein Querschnittsdurchlassbereich des Diffusors 70c vergrößert wird.
Somit wird der Kühlmitteldruck
sowohl im Mischerteil 70b wie im Diffusor 70c vergrößert. Daher
wird der den Druck steigernde Teil aufgebaut sowohl aus dem Mischerteil 70b wie
dem Diffusor 70c in der Ejektorpumpe 70. Nach
der ersten Ausführungsform
wird eine Laval-Düse
(siehe "Fluid Technology" veröffentlicht
bei "Tokyou University
Publisher") als
Düse 70a eingesetzt.
Die Laval-Düse verfügt über einen
Drosselteil, an der ein Düsenkühlmitteldurchgang
die kleinste Durchtrittsfläche
hat, um die Geschwindigkeit des Kühlmittels zu steigern, das aus
der Düse 70a ausgestoßen wurde
und gleich oder höher
als die zweite Geschwindigkeit ist. Nach der ersten Ausführungsform
kann eine sich verjüngende
Düse als
Düse 70a Verwendung
finden. Außerdem
lässt sich
der Drosselöffnungsgrad
der Düse 70a durch
eine Stelleinheit, beispielsweise ein Nadelventil, einstellen.
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Kühlmittel
aus einem Auslass der Ejektorpumpe 70 strömt in den
Gas-Flüssigkeitsseparator 60.
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Nach der zweiten Ausführungsform
sind zwei elektromagnetische Ventile 50 an Positionen in Strömungsrichtung
vor und hinter dem Verdampfer 31 angeordnet und die Dekompressionseinheit 42 und
das Rückschlagventil 51 sind,
wie in 2 gezeigt, angeordnet.
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Als Nächstes soll die Wirkungsweise
des Kühlmittelkreislaufsystem
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben werden.
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Ist der Klimatisierungsmode eingestellt,
dann sind beide Elektromagnetventile 50 voll geöffnet und die
Dekompressionseinheit 42 ist voll geschlossen, der Kompressor 10 arbeitet.
Daher wird gasförmiges Kühlmittel
vom Gas-Flüssigkeitsseparator 60 in
den Kompressor 10 eingesaugt, um im Kompressor 10 komprimiert
zu werden und hochdruckseitiges Kühlmittel, das vom Kompressor 10 ausgestoßen wird, wird
im Radiator 20 gekühlt.
Kühlmittel
vom Radiator 20 wird entspannt und in der Düse 70a der
Ejektorpumpe 70 expandiert und gasförmiges Kühlmittel, das im ersten Verdampfer 31 verdampft
wurde, wird in den Drucksteigerungsteil 70b, 70c der
Ejektorpumpe 70 gesaugt. Das gasförmige, vom ersten Verdampfer 31 angesaugte
Kühlmittel
und das gasförmige,
aus der Düse 70 ausgestoßene Kühlmittel
werden im Mischerteil 70b vermischt und der gemischte Kühlmitteldruck
wird im Diffusor 70c der Ejektorpumpe 70 gesteigert.
Dann geht das Kühlmittel
vom Diffusor 70c der Ejektorpumpe 70 zurück zum Gas-Flüssigkeitsseparator 60.
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In dem Klimatisierungsmode zirkuliert,
da die Entspannungseinheit 42 geschlossen ist, Kühlmittel nicht
zum zweiten Verdampfer 32. Da das Kühlmittel im ersten Verdampfer 31 durch
die Ejektorpumpe 70 angesaugt wird, wird flüssiges Kühlmittel
im Gas-Flüssigkeitsseparator
60 zum ersten Verdampfer 31 geliefert und wird im ersten
Verdampfer 31 verdampft, indem Wärme aus der Luft, die in die
Fahrgastzelle geblasen werden soll, absorbiert wird. Somit wird
in die Fahrgastzelle zu blasende Luft gekühlt und durch den ersten Verdampfer 31 entfeuchtet.
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Wird der Kühlerkühlmode eingestellt, sind beide
der elektromagnetischen Ventile 50 voll geschlossen, der
Schließzustand
der Dekompressionseinheit 42 wird über einen bestimmten Zeitraum
aufrecht erhalten und der Kompressor 10 betätigt. Da beide
der elektromagnetischen Ventile 50 voll geschlossen sind,
strömt
Kühlmittel
nicht in den ersten Verdampfer 31. Da der Kompressor 10 in
Betrieb ist und die Entspannungseinheit 42 geschlossen
wird, wird Kühlmittel
hinter dem Rückschlagventil 51 in
den Ejektor 70 gesaugt.
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Wird der niederdruckseitige Kühlmitteldruck vom
zweiten Verdampfer 32 gleich oder kleiner als ein vorbestimmter
Druck, nachdem der Kühlerkühlmode eingestellt
wurde, wird das Rückschlagventil 51 geöffnet und
die zweite Entspannungseinheit 42 um einen vorbestimmten
Drosselöffnungsgrad
geöffnet. Jetzt
strömt
eine große
Menge an im Gas-Flüssigkeitsseparator 60 gespeicherten
flüssigen
Kühlmittels
in die Entspannungseinheit 42, um erheblich entspannt zu
werden und fließt
nachher in den zweiten Verdampfer 32.
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Nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zirkuliert selbst für einen Fall, dass der Betriebsmode
vom Klimatisierungsmode auf den Kühlerkühlmode umgestellt wird, Kühlmittel wenigstens
in einem Kreislauf in der folgenden Reihenfolge: Kompressor 10 → Radiator 20 → Düse 70a → Mischerteil 70b → Diffusor 70c → Gas-Flüssigkeitsseparator 60 → Kompressor 10.
Hierdurch kann verhindert werden, dass die strömende Kühlmittelmenge erheblich in
dem Dampfkompressions-Kühlkreislaufsystem
in der Umschaltzeit von dem Klimatisierungsmode auf den Kühlerkühlmode verändert wird.
So kann das Auftreten von Störungen
aufgrund einer Rohrveränderung
oder Kollision verhindert werden, was entsprechend einer schnellen
Veränderung der
Kühlmittelströmungsmenge
hervorgerufen werden kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
soll nun mit Bezug auf 3 beschrieben werden.
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Bei der oben beschriebenen zweiten
Ausführungsform
sind der erste Verdampfer 31 und der zweite Verdampfer 32 parallel
in einer Kühlmittelströmung, die
in die Ejektorpumpe 70 gesaugt wird, geschaltet, so dass
das Kühlmittel
zum ersten Verdampfer 31 oder zum zweiten Verdampfer 32 unter Verwendung
der Pumpfunktion der einzigen Ejektorpumpe 70 geführt wird.
Bei der dritten Ausführungsform,
gezeigt in 3, sind jedoch
eine Ejektorpumpe 70 für
den Kreislauf von Kühlmittel
zum ersten Verdampfer 31 und ein zweiter Ejektor 71 für den Kreislauf
von Kühlmittel
zum zweiten Verdampfer 32 vorgesehen.
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Die erste Ejektorpumpe 70 hat
den gleichen Aufbau wie die in der zweiten Ausführungsform beschriebene Ejektorpumpe 70;
und die zweite Ejektorpumpe 71 hat einen Aufbau ähnlich der
der Ejektorpumpe 70, beschrieben in der zweiten Ausführungsform.
Insbesondere umfasst die zweite Ejektorpumpe 71 eine Düse 71a,
einen Mischerteil 71b und einen Diffusor 71c.
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Nach der dritten Ausführungsform
wird, wenn der Klimatisierungsmode eingestellt ist, die erste Ejektorpumpe 70 betätigt, um
Kühlmittel
in den ersten Verdampfer 31 zu leiten. Andererseits, wenn der
Kühlmittelkühlmode eingestellt
ist, wird die zweite Ejektorpumpe 71 betätigt, um
Kühlmittel
in den zweiten Verdampfer 32 in Umlauf zu bringen. Die
Betätigung
der ersten Ejektorpumpe 70 und der zweiten Ejektorpumpe 71 lässt sich
durch Betätigungsglieder einstellen,
die in den Ejektorpumpen 70, 71 vorgesehen sind.
Bei der dritten Ausführungsform
ist die Betriebsweise der ersten oder zweiten Ejektorpumpe 70, 71 ähnlich der
der Ejektorpumpe 70, beschrieben in der zweiten Ausführungsform.
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(Vierte Ausführungsform)
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Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
soll nun mit Bezug auf die 4 beschrieben
werden. Die vierte Ausführungsform
ist eine Kombination zwischen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
und der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. In der vierten,
in 4 gezeigten Ausführungsform,
wird ein Kühlmittelkanal 32a,
durch welchen das aus dem Radiator 20 austretende Kühlmittel
in den zweiten Verdampfer 32 geführt wird, während es die Ejektorpumpe 70 umgeht, vorgesehen,
und die zweite Entspannungseinheit 42 ist im Kühlmittelkanal 32a vorgesehen.
Im Klimatisierungsmode daher wird Kühlmittel in den ersten Verdampfer 31 ähnlich wie
bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform in Umlauf gesetzt,
so dass die Kühlkapazität des ersten
Verdampfers 31 erhalten werden kann. Im Kühlerkühlmode dagegen
wird das Kühlmittel
in den zweiten Verdampfer 32 ähnlich wie bei der erstgenannten
Ausführungsform
in Zirkulation versetzt, so dass das Kühlvermögen des zweiten Verdampfers 32 erhalten
werden kann.
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Nach der vierten Ausführungsform
wird das Dampfkompressions-Kühlmittelkreislaufsystem
in Gang gesetzt, während
das Ejektorkreislaufsystem sich in dem Klimatisierungsmode befindet
und wird als Expansionsventilsystem im Kühlerkühlmode betätigt. Beim Expansionsventilsystem
wird hochdruckseitiges Druckkühlmittel
vom Radiator 20 in der zweiten Entspannungseinheit 42 (d.h.
im Expansionsventil) unter Isoenthalpie entspannt. Somit lassen
sich nach der vierten Ausführungsform
die Vorteile, wie in den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben, erhalten.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Mit Bezug auf 5 soll nun die fünfte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beschrieben werden. Nach der fünften, in 5 gezeigten Ausführungsform, ist ein innerer
Wärmeaustauscher 80
im Dampfkompressions-Kühlmittelkreislaufsystem
vorgesehen. Im inneren Wärmeaustauscher 80 treten
Kühlmittel,
das aus dem Radiator 10 strömt und Kühlmittel, das in den Kompressor 10 aus
dem Gas-Flüssigkeitsseparator 60 gesaugt
wird, in Wärmeaustausch.
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5 zeigt
ein Beispiel, wo der innere Wärmeaustauscher 80 für das Dampfkompressions-Kühlmittelkreislaufsystem,
beschrieben in der zweiten Ausführungsform,
vorgesehen ist. Jedoch kann der innere Wärmeaustauscher 80 für das Dampfkompressions-Kühlmittelkreislaufsystem
vorgesehen sein, wie es in einer der ersten, dritten und vierten
Ausführungsformen
beschrieben wurde.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
voll mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben wurde, ist darauf hinzuweisen, dass Änderungen
und Modifikationen im Rahmen der Erfindung für den Fachmann ohne weiteres
möglich
sind.
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So wird beispielsweise bei den oben
beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung die Betriebsgeschwindigkeit bzw. Betriebsgröße des Kompressors 10,
d.h. die Größe der Kühlmittelströmung, die
aus dem Kompressor 10 ausgetragen wird, durch die elektromagnetische
Kupplung geregelt. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch kann ein
variabler Verdrängungskompressor
als Kompressor 10 Anwendung finden und die Kompressorbetriebsrate
oder die Kompressorkühlmittelströmungsgröße lässt sich
regeln, indem eine Verdrängung
des variablen Verdrängungskompressors
geregelt wird. Alternativ lässt
sich der Kompressor 10 unter Verwendung eines Elektromotors
antreiben. In diesem Fall lässt
sich die Kompressorbetriebsrate oder -geschwindigkeit oder die Kompressorkühlmittelströmungsmenge
regeln, indem die Drehgeschwindigkeit des Kompressors (Motor) geregelt
wird.
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In dem Dampfkompressions-Kühlmittelumlaufsystem
der ersten Ausführungsform
kann ein Bypasskanal, durch welchen Kühlmittel aus einem Kühlmitteleinlass
des zweiten Verdampfers 32 in die Kühlmittelsaugseite des Kompressors 10 unter
Umgehung des Gas-Flüssigkeitsseparators 60 strömt, vorgesehen
sein. In diesem Fall ist ein elektromagnetisches Ventil zum Öffnen und
Schließen
des Bypasskanals vorgesehen. Das elektromagnetische Ventil öffnet den
Bypasskanal, bis die zweite Ent spannungseinheit 42 geöffnet wird,
nachdem das elektromagnetische Ventil 50 geschlossen wurde
und schließt
den Bypasskanal, nachdem die zweite Entspannungseinheit 52 geöffnet wird.
In diesem Fall kann verhindert werden, dass Kühlmittel im Gas-Flüssigkeitsseparator 60 in
den Kompressor 10 eingesaugt wird, nachdem der Arbeitsmode
von dem Klimatisierungsmode auf den Kühlerkühlmode umgeschaltet wird. Somit
kann, nachdem der Kühlerkühlmode von
dem Klimatisierungsmode umgeschaltet wird, ein Zeitraum zur Verminderung
des Kühlmitteldrucks
auf der Niederdruckseite kürzer
gestaltet werden. Insbesondere lässt
sich der zeitliche Ablauf von dem Zustand, wo das elektromagnetische
Ventil 50 geschlossen wird, in den Zustand, wo die zweite
Dekompressionseinheit 42 geöffnet wird, reduzieren.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen
wird das Dampfkompressions-Kühlmittelkreislaufsystem
der vorliegenden Erfindung in typischer Weise für ein Fahrzeug mit Klimatisierung
und Kühlaggregat
angewendet. Das Dampfkompressions-Kühlmittelkreislaufsystem lässt sich
aber auch für
einen Raum mit einer Klimaanlage und einem Kühlaggregat in Anwendung bringen.
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Solche Änderungen und Modifikationen
sind als im Rahmen der Erfindung liegend anzusehen, wie insbesondere
durch beiliegende Ansprüche
definiert.