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Bezugnahme auf betroffene Anmeldung
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Die vorliegende Offenbarung bzw. Erfindung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr.
2012-34068 , welche am 20. Februar 2012 angemeldet wurde, und welche hier durch eine Bezugnahme mit einbezogen wird.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Expansionsventil, welches in einem Kältekreislauf mit Dampf-Kompression verwendet wird.
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Hintergrund-Stand-der-Technik
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Es ist ein Expansionsventil zuvor bekannt gewesen, welches an einem Kältekreislauf mit Dampf-Kompression angewendet wird, und welches ein Kältemittel von einem hohen Druck im Druck herabsetzt und expandiert, derart, dass ein Grad einer Überhitzung von einem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von einem Verdampfer ausgelassen wird, sich einem vorherbestimmten Wert annähert. Diese Art eines Expansionsventils umfasst einen Elementabschnitt, welcher in Antwort auf eine Temperatur und eines Drucks von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer ausgegeben wird, verstellt wird, und ein Ventilelement wird durch den Elementabschnitt verstellt, um einen Öffnungsgrad eines Drosseldurchlasses, welcher das Kältemittel eines hohen Drucks im Druck herabsetzt und expandiert, einzustellen.
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Noch genauer umfasst der Elementabschnitt eine Membran (ein unter Druck betriebenes Element), welche in Antwort auf eine Druckdifferenz zwischen einem inneren Druck eines abgedichteten Raums und einem Druck von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer ausgelassen wird, verstellt wird. Der abgedichtete Raum ist hier ein Raum, in welchem ein temperaturempfindliches Medium, welches einen Druck davon in Antwort auf eine Temperatur ändert, abgedichtet ist. Die Verstellung der Membran wird zu dem Ventilelement durch einen temperaturempfindlichen Stab geleitet, welcher die Temperatur des Kältemittels eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer ausgelassen wird, leitet bzw. weiterleitet.
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Auf diese Weise wird der Druck des Temperaturempfindlichen Mediums in dem abgedichtetem Raum auf den Druck eingestellt, welcher der Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer ausgelassen wird, entspricht, und die Membran wird durch die Druckdifferenz zwischen dem inneren Druck von dem abgedichteten Raum und dem Druck des Kältemittels eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer ausgelassen wird, verstellt. Die Membran wird noch genauer in Antwort auf die Temperatur und dem Druck des Kältemittels eines niedrigen Drucks verstellt, welches von dem Verdampfer ausgelassen wird, und das Ventilelement wird dadurch verstellt, um einen Öffnungsgrad des Drosseldurchlasses einzustellen.
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Bei dieser Art eines Expansionsventils tritt zum Beispiel wenn eine Antwortzeitdauer (eine Zeitkonstante), welche eine Zeitdauer ist, die erforderlich ist, um den Druck und die Temperatur des temperaturempfindlichen Mediums in einem Gleichgewichtszustand durch die Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab einzustellen, im Vergleich zu einer Antwortzeitdauer von der anderen funktionellen Komponente (den Komponenten) oder einer Antwortzeitdauer des Kältekreislaufs reduziert ist, ein Phänomen auf, welches als ein Phänomen eines Nachlaufs bzw. einer Verfolgung (engl. hunting phenomenon) bekannt ist, was eine Instabilität des Kältekreislaufs verursacht.
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Um diesem Problem zu begegnen wird in einem Expansionsventil des Standes der Technik ein Sackloch in dem temperaturempfindlichen Stab gebildet, um sich in einem Inneren von dem temperaturempfindlichen Stab in einer axialen Richtung zu erstrecken und sich zu dem abgedichteten Raum zu öffnen, aktiver Kohlenstoff wird in dem Inneren des Sacklochs abgedichtet oder eine Schicht einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, welche eine geringere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu dem temperaturempfindlichen Stab aufweist, wird an einer inneren Wand von dem Sackloch vorgesehen (vgl. zum Beispiel die Patentliteratur 1). Auf diese Weise wird die erforderliche Zeitkonstante der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium sichergestellt, um das Phänomen eines Nachlaufs zu begrenzen.
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Zitierliste - Patentliteratur
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Patentliteratur 1:
JP2010-133577A (entspricht der
US2010/0163637A1 )
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DE 692 17 116 T2 beschreibt ein Expansionsventil, bei welchem eine instabile Operation des Ventilmechanismus vermieden und eine stabile Operation des Expansionsventils erreicht werden soll. Hierzu ist ein Kompressor mit einem Kondensor verbunden, der ein Kühlmedium einem Flüssigkeitsbehälter zuführt, der über einen Hochdruck-Zuführkanal in einem Gehäuse eines Expansionsventils mit dem Einlaß eines Verdampfers verbunden ist, der über einen Niederdruck-Rücklaufkanal in dem Gehäuse mit der Einlaßseite des Kompressors verbunden ist. Die Kanäle und sind parallel zueinander innerhalb des Gehäuses geformt. Eine zu beiden Kanälen senkrechte Bohrung erstreckt sich durch das Gehäuse und schneidet beide Kanäle.
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DE 697 10 143 T2 beschreibt ein Expansionsventil, welches das Auftreten eines Einpendel-Phänomens im Kühlsystem vermeiden soll, indem eine langsame Wärmeüberführungsgeschwindigkeit der Wärmeabtastwelle der Ventilmittel-Antriebswelle vorgesehen wird.
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DE 692 18 099 T2 beschreibt ein Ventilelement, das von einer Betätigungsvorrichtung bewegt wird, die eine Stange mit einem Hohlraum aufweist. Das äußere Ende der Stange ist mit einer druckansprechenden Membran verbunden, die dem Strömungsmittelfluß in einer mit Strömungsmittel gefüllten Kammer außerhalb des Ventilkörpers ausgesetzt ist. Der Hohlraum in der Stange ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Strömungsmittel in der Kammer und das Strömungsmittel in der Stange spricht auf Veränderungen der Temperatur des Kühlmittelflusses in dem Rückdurchlaß an, um Veränderungen des Druckes des Strömungsmittels in der mit Strömungsmittel gefüllten Kammer zu bewirken.
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DE 692 02 148 T2 beschreibt ein thermisches Expansionsventil, in welchem ein Kraftelement, welches eine wärmeempfindliche Arbeitsflüssigkeit in seiner wärmeempfindlichen Arbeitskammer enthält, und ein Ventilgehäuse aneinander anliegend angeordnet sind.
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US 2008 / 0 011 363 A1 beschreibt ein Drucksteuerventil zur Verwendung in einem überkritischen Kreislauf, insbesondere in einem Kältekreislauf unter Verwendung von CO
2 für ein Kältemittel, der verhindern soll, dass sich ein Steuerdruck aufgrund der Verschiebung eines elastischen Elements ändert.
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US 2004 / 0 007 015 A1 beschreibt ein thermostatisches Expansionsventil in einem Kältekreislauf eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems, welches ermöglichen soll, dass sich ein flüssiges Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel in ein Niedrigtemperatur- und ein Niedrigdruck-Kältemittel ausdehnt, um das Kältemittel einem Verdampfer zuzuführen und gleichzeitig eine Strömungsrate des Kältemittels derart zu steuern, dass das Kältemittel an einem Auslass des Verdampfers einen bestimmten Überhitzungsgrad aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Jedoch wird, wenn, wie bei der Technik des eingangs genannten Standes der Technik, der aktive Kohlenstoff in dem Inneren des Sacklochs von dem temperaturempfindlichen Stab abgedichtet wird oder wenn die Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit an der inneren Wand von dem Sackloch vorgesehen wird, die innere Struktur des temperaturempfindlichen Stabs kompliziert, was zu einer Zunahme hinsichtlich der Anzahl von Herstellungsschritten führt und einer Zunahme hinsichtlich der Herstellungskosten, was dadurch in nachteiliger Art und Weise in einer Verschlechterung hinsichtlich der Produktivität des Expansionsventils resultiert.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Nachteile gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Expansionsventil bereit zu stellen, welches einen unstabilen Betrieb eines Kältekreislaufs mit einer einfachen Struktur beschränken kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Expansionsventil mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
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Um die obige Aufgabe zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die nachfolgenden Punkte in Betracht gezogen. Zunächst haben sich die Erfinder der vorliegenden Anmeldung auf das nachfolgende Phänomen fokussiert. Das heißt, wenn ein Mischungsgas als das temperaturempfindliche Medium verwendet wird, welches eine Mischung von einem Kältemittel und einem Inertgas ist, wird ein Diffusionszustand bzw. ein Ausbreitungszustand der Wärme von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium (ein Zustand einer Druckausbreitung von dem temperaturempfindlichen Medium) geändert und dadurch wird die Zeitdauer einer Ant- wort (die Zeitkonstante), welche die Zeitdauer ist, die erforderlich ist, um die Temperatur und den Druck von dem temperaturempfindlichen Medium in dem Gleichgewichtszustand zu ändern, geändert. Im Hinblick auf das obige Phänomen haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung eine Einstellung der Zeitkonstante von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium durch ein Ändern eines Mischungsverhältnisses von dem Inertgas in dem temperaturempfindlichen Medium untersucht.
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Gemäß der Untersuchung der Erfinder der vorliegenden Anmeldung wurde es herausgefunden, dass, wenn das Mischungsverhältnis von dem Inertgas erhöht wird, die Ausbreitung der Wärme von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium verzögert wird und die Zeitkonstante von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium verlängert wird.
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In der Realität jedoch, wenn das Mischungsverhältnis von dem Inertgas alleine eingestellt wird, ist es in einigen Fällen schwierig, die Zeitkonstante von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium innerhalb eines gewünschten Bereichs einer Zeitkonstante einzustellen.
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Sodann haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Ursache untersucht, welche es schwierig macht, die Zeitkonstante der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium einzustellen. Durch diese Untersuchung wurde es herausgefunden, dass der Ausbreitungszustand der Wärme von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium in Abhängigkeit von einer Form des Sacklochs variiert, welches im Inneren des temperaturempfindlichen Stabs gebildet ist. Noch genauer ist, wenn ein Verhältnis von einem äquivalenten Durchmesser des Sacklochs, welcher in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung von dem temperaturempfindlichen Stab gemessen wird, relativ zu einer Tiefe des Sacklochs erhöht wird, die Ausbreitung der Wärme von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium verzögert und dadurch wird die Zeitkonstante der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium verlängert.
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Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf der Erkenntnis gemacht, dass es eine enge Beziehung zwischen der Zeitkonstante von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium, der Form des Sacklochs im Inneren des temperaturempfindlichen Stabs und des Mischungsverhältnisses von dem Inertgas in dem temperaturempfindlichen Medium gibt.
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Noch genauer umfasst das Expansionsventil der vorliegenden Erfindung:
- einen Körperabschnitt, welcher bildet:
- einen Durchlass eines Kältemittels eines hohen Drucks, welcher ein Kältemittel von einem hohen Druck leitet;
- einen Drosseldurchlass, welcher in dem Durchlass eines Kältemittels von einem hohen Druck vorgesehen ist, wobei der Drosseldurchlass das Kältemittel eines hohen Drucks im Druck herabsetzt und expandiert; und
- einen Durchlass eines Kältemittels eines niedrigen Drucks, welcher ein Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer ausgelassen wird, leitet;
- ein Ventilelement, welches einen Öffnungsgrad des Drosseldurchlasses einstellt;
- einen Elementabschnitt, welcher außerhalb von dem Körperabschnitt platziert ist und
- ein unter Druck betriebenes Element umfasst, wobei das unter Druck betriebene Element verstellt wird in Antwort auf eine Druckdifferenz zwischen:
- einem inneren Druck eines abgedichteten Raums von dem Elementabschnitt, in welchem ein temperaturempfindliches Medium abgedichtet ist, wobei ein Druck von dem temperaturempfindlichen Medium in Antwort auf eine Temperatur veränderbar ist; und
- einem Druck von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches in den Durchlass eines Kältemittels eines niedrigen Drucks strömt; und
- einen temperaturempfindlichen Stab, welcher derart platziert ist, dass mindestens ein Abschnitt von dem temperaturempfindlichen Stab in dem Durchlass eines Kältemittels eines niedrigen Drucks angeordnet ist, wobei der temperaturempfindliche Stab eine Verstellung von dem unter Druck betriebenen Element zu dem Ventilelement ausführt
- und eine Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches durch den Durchlass eines Kältemittels eines niedrigen Drucks strömt, zu dem temperaturempfindlichen Medium leitet bzw. bringt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der temperaturempfindliche Stab ein Sackloch, welches sich zu dem abgedichteten Raum hin öffnet und sich in einem Inneren von dem temperaturempfindlichen Stab in einer axialen Richtung von dem temperaturempfindlichen Stab erstreckt; das temperaturempfindliche Medium ist ein Mischungsgas, welches eine Mischung von einem Kältemittel und einem Inertgas ist, wobei das Inertgas von dem Kältemittel verschieden ist; und ein Mischungsverhältnis von dem Inertgas in dem temperaturempfindlichen Medium ist basierend auf einem Verhältnis von einem äquivalenten Durchmesser von dem Sackloch, welcher in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung von dem temperaturempfindlichen Stab gemessen wird, relativ zu einer Tiefe von dem Sackloch, welche in der axialen Richtung von dem temperaturempfindlichen Stab gemessen wird, auf solch eine Weise eingestellt, dass eine Zeitkonstante von einer Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs einer Zeitkonstante gehalten wird.
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Auf diese Weise kann die erforderliche Zeitkonstante der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab zu dem temperaturempfindlichen Medium auf geeignete Art und Weise sichergestellt werden durch ein Einstellen des Mischungsverhältnisses von dem Inertgas gemäß dem Verhältnis des äquivalenten Durchmessers von dem Sackloch relativ zu der Tiefe des Sacklochs, ohne eine Erfordernis eines Abdichtens des aktiven Kohlenstoffs in dem Sackloch des temperaturempfindlichen Stabs oder eines Bereitstellens der Schicht einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit oder ähnlichem in dem Sackloch von dem temperaturempfindlichen Stab.
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Es ist somit möglich, das Expansionsventil mit der einfachen Struktur umzusetzen, welches den unstabilen Betrieb des Kältekreislaufs beschränken kann. Der äquivalente Durchmesser bedeutet hier ein Durchmesser von einem Kreis zu sein, welcher einem Querschnittsbereich des Sacklochs entspricht, selbst in einem Fall, in welchem der Querschnittsbereich des Sacklochs nicht der Kreis ist (zum Beispiel ein Fall einer Ellipsenform, einer polygonalen Form).
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht eines Expansionsventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2(a) und 2(b) sind teilweise vergrößerte Ansichten eines Bereichs, welcher durch einen Pfeil II in der 1 angegeben ist, für ein Erläutern einer Verstellung einer Membran gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist ein Kennfelddiagramm, welches ein Beispiel einer Änderung hinsichtlich einer Zeitkonstante einer Wärmeleitung zu einem temperaturempfindlichen Medium relativ zu einer Änderung bei einem Verhältnis von einem äquivalenten Durchmesser eines Sacklochs relativ zu einer Tiefe des Sacklochs und einer Änderung in einem Mischungsverhältnis von einem Inertgas zeigt.
- 4 ist ein Kennfelddiagramm, welches eine Änderung hinsichtlich eines Partialdrucks von dem Inertgas in Antwort auf eine Änderung hinsichtlich eines Volumens in einem Inneren von einem Elementabschnitt zeigt.
- 5 ist eine Querschnittsansicht eines Expansionsventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VI-VI in der 5.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit einer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Bei jeder der nachfolgenden Ausführungsformen sind die gleichen oder ähnlichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen in der Zeichnung (den Zeichnungen) bezeichnet.
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Erste Ausführungsform
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben werden. Wie es in der 1 gezeigt ist, ist ein Expansionsventil 5 der vorliegenden Ausführungsform an einen Kältekreislauf 1 mit Dampf-Kompression (im Folgenden hier einfach als Kältekreislauf 1 bezeichnet) eines Fahrzeugklimaanlagensystems angewendet. In der 1 ist auch eine Beziehung einer Verbindung zwischen dem Expansionsventil 5 und den jeweiligen ihn aufbauenden Einrichtungen des Kältekreislaufs 1 schematisch dargestellt.
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Der Kältekreislauf 1 der vorliegenden Ausführungsform verwendet ein Kältemittel aus Fluorchlorkohlenwasserstoff (R134a) als das Kältemittel und bildet einen unterkritischen Kreislauf, in welchem ein Druck von dem Kältemittel eines hohen Drucks nicht einen kritischen Druck des Kältemittels überschreitet.
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Ein Kompressor 2 des Kältekreislaufs 1 erhält eine Antriebskraft von einem nicht dargestellten Antriebsmotor eines Fahrzeugs durch zum Beispiel eine elektromagnetische Kupplung, um das Kältemittel anzusaugen und zu komprimieren. Auf alternative Weise kann der Kompressor 2 ein elektrischer Kompressor sein, welcher durch eine Antriebskraft angetrieben wird, welche von einem nicht dargestellten Elektromotor ausgegeben wird.
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Ein Kühler 3 ist ein wärmeabstrahlender Wärmetauscher, welcher die Wärme von dem Kältemittel eines hohen Drucks durch ein Austauschen der Wärme zwischen dem Kältemittel eines hohen Drucks, welche von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, und einer äußeren Luft (eine Außenluft an der Außenseite einer Fahrgastzelle des Fahrzeuges), welche durch einen nicht dargestellten Kühllüfter geblasen wird, abstrahlt, um das Kältemittel zu kondensieren.
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Ein Auslass des Kühlers 3 ist mit einem Flüssigkeitssammler (Sammler) 4 verbunden, welcher das Kältemittel eines hohen Drucks, welches von dem Kühler 3 ausgelassen wird, in ein Kältemittel einer Gasphase und ein Kältemittel einer Flüssigphase trennt und das überschüssige Kältemittel einer Flüssigphase des Kreislaufs sammelt. Des Weiteren ist ein Auslass für Kältemittel einer Flüssigphase des Sammlers 4 mit dem Expansionsventil 5 verbunden.
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Das Expansionsventil 5 setzt das Kältemittel eines hohen Drucks im Druck herab und expandiert das Kältemittel eines hohen Drucks, welches von dem Sammler 4 ausgelassen wird. Das Expansionsventil 5 ändert auch einen Durchlassquerschnittsbereich (einen Ventilöffnungsgrad) eines Drosseldurchlasses in Antwort auf eine Temperatur und einen Druck von einem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, in solch einer Weise, dass ein Grad einer Überhitzung von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, sich an einen vorherbestimmten Wert annähert. Auf diese Weise wird eine Menge des Kältemittels, welches an den Kältemitteleinlass des Verdampfers 6 ausgelassen wird, eingestellt. Die Details des Expansionsventils 5 werden später beschrieben werden.
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Der Verdampfer 6 ist ein wärmeabsorbierender Wärmetauscher, welcher die Wärme zwischen dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches durch das Expansionsventil 5 im Druck herabgesetzt wird und expandiert wird, und der Luft, welche durch ein nicht dargestelltes Gebläse geblasen wird, derart austauscht, dass das Kältemittel eines niedrigen Drucks verdampft wird, um die Wärme zu absorbieren. Des Weiteren ist der Auslass des Verdampfers 6 mit einer Einlassseite von dem Kompressor 2 durch einen Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks, welcher in einem Inneren von dem Expansionsventil 5 gebildet ist, verbunden.
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Als nächstes wird die Struktur des Expansionsventils 5 im Detail beschrieben werden. Das Expansionsventil 5 ist von einem einen inneren Druck ausgleichenden Typ und umfasst einen Körperabschnitt 51, einen Ventilabschnitt 52 und einen Elementabschnitt 53, wie es in der 1 gezeigt ist.
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Der Körperabschnitt 51 bildet zum Beispiel eine äußere Hülle des Expansionsventils 5 und Kältemitteldurchlässe im Inneren des Expansionsventils 5 aus. Der Körperabschnitt 51 ist durch ein Anwenden eines lochbildenden Prozesses an einem Metallblock gebildet, welcher in einer zylindrischen Röhrenform oder einer polygonalen Röhrenform ausgebildet ist. Kältemitteleinlässe und Kältemittelauslässe 51a, 51b, 51d, 51e, eine Ventilkammer 51g, ein Drosseldurchlass 51h, eine Kommunikationskammer 51e und ein Installationsloch 51j sind in dem Körperabschnitt 51 gebildet.
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Ein erster Strömungseinlass 51a, welcher mit dem Auslass eines Kältemittels einer Flüssigphase von dem Sammler 4 zum Empfangen des Kältemittels einer Flüssigphase von hohem Druck verbunden ist, und ein erster Strömungsauslass 51b, welcher das Kältemittel, welches von dem ersten Strömungseinlass 51a erhalten wird, zu dem Einlass des Verdampfers 6 ausgibt, sind jeweils als der Kältemittelströmungseinlass und der Kältemittelströmungsauslass gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet daher der Kältemitteldurchlass, welcher sich von dem ersten Strömungseinlass 51a zu dem ersten Strömungsauslass 51b erstreckt, einen Durchlass 51c eines Kältemittels von hohem Druck.
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Des Weiteren sind ein zweiter Strömungseinlass 51d, welcher das Kältemittel eines niedrigen Drucks empfängt, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, und ein zweiter Strömungsauslass 51e, welcher das Kältemittel auslässt, welches von dem zweiten Strömungseinlass 51d erhalten wird, zu der Einlassseite des Kompressors 2, jeweils als der andere Kältemittelströmungseinlass und der andere Kältemittelströmungsauslass gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet daher der Kältemitteldurchlass, welcher sich von dem zweiten Strömungseinlass 51d zu dem zweiten Strömungsauslass 51e erstreckt, den Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks.
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Die Ventilkammer 51g ist ein Raum, welcher in dem Durchlass 51c eines Kältemittels eines hohen Drucks gebildet ist, und nimmt ein Kugelventil 52a des Ventilabschnitts 52 auf, welcher später diskutiert wird. Die Ventilkammer 51g steht noch genauer direkt mit dem ersten Strömungseinlass 51a in Kommunikation und steht mit dem ersten Strömungsauslass 51b durch den Drosseldurchlass 51h in Kommunikation. Der Drosseldurchlass 51h ist in dem Durchlass 51c eines Kältemittels eines hohen Drucks gebildet. Der Drosseldurchlass 51h ist ein Durchlass, welcher das Kältemittel, welches zu der Ventilkammer 51g in dem ersten Strömungseinlass 51a geliefert wird, von der Ventilkammer 51g zu dem ersten Strömungsauslass 51b leitet, während einem im Druck Herabsetzen und Expandieren des Kältemittels.
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Die Kommunikationskammer 51i ist ein Raum, welcher gebildet ist, um mit dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks und dem Installationsloch 51j, welches in einer oberen Oberfläche von dem Körperabschnitt 51 gebildet ist, in Kommunikation zu stehen. Der Elementabschnitt 53, welcher später beschrieben werden wird, ist in dem Installationsloch 51j von der Außenseite des Körperabschnitts 51 installiert.
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Der Ventilabschnitt 52 umfasst: das Kugelventil 52a, welches ein Ventilelement ist, das in einem Endteil von dem Ventilabschnitt 52 gebildet ist; einen temperaturempfindlichen Stab 52b, welcher in einer im Allgemeinen zylindrischen Röhrenform ausgebildet ist und mit einer Membran 53b des Elementabschnitts 53 durch Verbindungsmittel, wie zum Beispiel ein Gießen, ein Kleben verbunden ist; und einen Antriebsstab 52c, welcher in einem allgemeinen zylindrischen röhrenförmigen Form ausgebildet ist, und welcher coaxial mit dem temperaturempfindlichen Stab 52b durch Mittel, wie zum Beispiel ein Presspassen, verbunden ist, und welcher mit dem Kugelventil 52a in Kontakt steht.
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Das Kugelventil 52a ist das Ventilelement, welches in einer axialen Richtung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b und dem Antriebsstab 52c verstellbar ist, um einen Querschnittsbereich eines Kältemitteldurchlasses von dem Drosseldurchlass 51a einzustellen. Eine Spiralfeder 54 ist in der Ventilkammer 51g aufgenommen. Die Spiralfeder 54 übt durch ein Stützelement 54a eine Last aus, um das Kugelventil 52a in eine Ventilschließrichtung zu drängen, welche eine Richtung für ein Schließen des Drosseldurchlasses 51h mit dem Kugelventil 52a ist. Das heißt, die Spiralfeder 54 übt die Last aus, welche das Kugelventil 52 gegen einen Ventilsitz 51s drängt, der in einer seitlichen Öffnung der Ventilkammer 51g von dem Drosseldurchlass 51h gebildet ist. Des Weiteren ist die Last, welche durch die Spiralfeder 54 ausgeübt wird, mit einer Einstellschraube 54b einstellbar.
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Der temperaturempfindliche Stab 52b ist derart angeordnet, dass sich der temperaturempfindliche Stab 52b durch die Kommunikationskammer 51e und das Installationsloch 51j hindurch erstreckt und mindestens ein Abschnitt von einer äußeren umfänglichen Oberfläche von dem temperaturempfindlichen Stab 52 zu dem Kältemittel eines niedrigen Drucks ausgesetzt ist, welches in dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks strömt. Auf diese Weise kann der temperaturempfindliche Stab 52b die Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und in dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks strömt, zu dem Elementabschnitt 53 leiten. Der temperaturempfindliche Stab 52b ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches eine hohe Leitfähigkeit und eine hohe Festigkeit aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der temperaturempfindliche Stab 52b aus Edelstahl hergestellt.
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Des Weiteren ist ein Sackloch (auch als ein röhrenförmiger Raum bezeichnet, welcher in einer Vertiefungsform ausgebildet ist) 10 direkt in dem Inneren des temperaturempfindlichen Stabs 52b derart gebildet, dass sich das Sackloch 10 in der axialen Richtung des temperaturempfindlichen Stabs 52b erstreckt und sich an einer Öffnung 10a davon im Verhältnis zu einem abgedichteten Raum 20, welcher später beschrieben wird, öffnet. Das Sackloch 10 der vorliegenden Ausführungsform ist an der Öffnung 10a in einer axialen Endseite (der Seite des abgedichteten Raums 20) von dem Sackloch 10 geöffnet und ist mit einer Bodenfläche 10b in der anderen axialen Endseite von dem Sackloch 10 geschlossen. Auf diese Weise bildet der temperaturempfindliche Stab 52b ein Gefäß, welches in einer röhrenförmigen Form ausgebildet ist, welche einen Boden aufweist. Im Hinblick auf die Leitung der Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches in dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks strömt, ist eine Wanddicke des temperaturempflindlichen Stabes 52b, welche zwischen einer inneren umfänglichen Seite und einer äußeren umfänglichen Seite von dem temperaturempfindlichen Stab 52b gemessen wird, vorzugsweise gleich zu oder geringer als 5 mm.
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Das Sacklock 10 der vorliegenden Ausführungsform ist derart gebildet, dass das Sackloch 10 sich mit dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des temperaturempfindlichen Stabes 52b überlappt. Auf diese Weise kann die Temperatur (die Wärme) von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, zu einem temperaturempfindlichen Medium in dem Inneren des Sacklochs 10 geleitet werden, bei welchem die Außenlufttemperatur den geringsten Einfluss im Vergleich zu dem abgedichteten Raum 20 hat.
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Noch genauer wird hier ein Bereich, welcher sich von einer unteren Oberfläche von dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks zu dem Installationsloch 51j des Körperabschnitts 51 in der axialen Richtung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b erstreckt, als ein Strömungsbereich eines Kältemittels eines niedrigen Drucks bezeichnet. In solch einem Fall wird eine Tiefe L (Einheit: mm) von dem Sackloch 10 in der axialen Richtung des temperaturempfindlichen Stabes 52b derart eingestellt, dass eine Position der unteren Oberfläche 10b des Sacklochs 10 innerhalb des Strömungsdurchlassbereichs eines Kältemittels von niedrigem Druck angeordnet ist. Es ist hier wünschenswert, die Tiefe L von dem Sackloch 10 derart einzustellen, dass in dem Strömungsdurchlassbereich eines Kältemittels eines niedrigen Drucks die Bodenoberfläche 10b des Sacklochs 10 auf einer Seite des Installationslochs 51j des Körperabschnitts platziert wird, wo die untere Oberfläche von dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks angeordnet ist.
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Des Weiteren ist aufgrund von den Bearbeitungsbeschränkungen das Sackloch 10 vorzugsweise in einer Form ausgebildet, welche darin resultiert, dass ein Verhältnis α von einem äquivalenten Durchmesser D (Einheit: mm) von dem Sackloch 10, welcher in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des temperaturempfindlichen Stabes 52b gemessen wird, relativ zu der Tiefe L des Sacklochs 10, welche in der axialen Richtung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b gemessen wird, gleich ist zu oder geringer ist als 10. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Sackloch 10 derart ausgebildet, dass das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D (Einheit: mm) von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 in einem Bereich von 0 < α < 10 liegt.
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Der Antriebsstab 52c ist derart angeordnet, dass der Antriebsstab 52c durch ein einen Ventilabschnitt aufnehmendes Loch 51k und den Drosseldurchlass 51h aufgenommen ist, welche gebildet sind, um sich durch den Körperabschnitt 51 hindurch zwischen der Kommunikationskammer 51e und der Ventilkammer 51g zu erstrecken. Eine Lücke zwischen dem einen Ventilabschnitt aufnehmenden Loch 51k und dem Antriebsstab 52c des Ventilabschnitts 52 ist durch ein Dichtungselement, wie zum Beispiel einen nicht dargestellten O-Ring, abgedichtet. Daher wird, selbst wenn der Ventilabschnitt 52 verstellt wird, das Kältemittel nicht durch die Lücke zwischen dem einen Ventilabschnitt aufnehmenden Loch 51k und dem Ventilabschnitt 52 herauslecken.
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Der Elementabschnitt 53 umfasst: ein Elementgehäuse 53a, welches durch Befestigungsmittel an dem Installationsloch 51j, wie zum Beispiel einer Schraube, montiert ist; eine Membran 53b, welche ein unter Druck betriebenes Element ist; und einen Elementdeckel 53c, welcher einen äußeren umfänglichen Randteil der Membran 53b im Zusammenwirken mit dem Elementgehäuse 53a klemmt und eine äußere Hülle von dem Elementabschnitt 53 bildet.
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Das Elementgehäuse 53a und der Elementdeckel 53c sind aus einem Metall, wie zum Beispiel Edelstahl (SUS 304) hergestellt und sind in einer Becherform ausgebildet. In einem Zustand, in welchem das Elementgehäuse 53a und der Elementdeckel 53c den äußeren umfänglichen Randteil der Membran 53 dazwischen klemmen, werden ein radial äußerer Endteil von dem Elementgehäuse 53a und ein radial äußerer Endteil des Elementdeckels 53c miteinander durch Verbindungsmittel, wie zum Beispiel ein Schweißen, ein Löten verbunden. Ein innerer Raum des Elementabschnitts 53, welcher durch das Elementgehäuse 53a und den Elementdeckel 53c gebildet wird, ist daher in zwei Räume durch die Membran 53b unterteilt.
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Einer von diesen zwei Räumen, welcher durch den Elementdeckel 53c und die Membran 53b gebildet wird, ist der abgedichtete Raum 20, in welchem das temperaturempfindliche Medium abgedichtet ist, welches den Druck davon in Antwort auf die Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks ändert, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird. Der abgedichtete Raum 20 steht mit dem inneren Raum des Sacklochs 10 in Kommunikation, welches in dem Inneren von dem temperaturempfindlichen Stab 52 gebildet ist, durch ein Durchgangsloch 53b1, welches in einem mittleren Teil von der Membran 53b gebildet ist, und sich zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite von der Membran 53b erstreckt.
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Im Gegensatz dazu ist der andere Raum, welcher durch das Elementgehäuse 53a und die Membran 53b gebildet wird, ein Einlassraum 30, welcher mit der Kommunikationskammer 51i in Kommunikation steht, um das Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, zu empfangen. Das temperaturempfindliche Medium, welches in dem Sackloch 10 und in dem abgedichteten Raum 20 abgedichtet ist, erhält somit die Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und in dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks strömt, durch den temperaturempfindlichen Stab 52b und erhält auch die Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und in den Einlassraum 30, durch die Membran 53b eingelassen wird.
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Der innere Druck des Sacklochs 10 und des abgedichteten Raums 20 wird somit ein Druck, welcher der Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks entspricht, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird. Die Membran 53b ist in Antwort auf einen Differenzdruck zwischen dem inneren Druck des Sacklochs 10 und des abgedichteten Raums 20 und dem Druck des Kältemittels eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und in den Einlassraum 30 eingeführt wird, verstellbar.
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Die Membran 53b wird zum Beispiel, wie es in der 2(a) gezeigt ist, in Antwort auf eine Verringerung des inneren Drucks von dem Sackloch 10 und dem abgedichteten Raum 20 nach oben verstellt. Des Weiteren wird die Membran 53b, wie es in der 2(b) gezeigt ist, nach unten verstellt in Antwort auf eine Zunahme des inneren Drucks von dem Sackloch 10 und dem abgedichteten Raum 20. Die 2(a) und 2(b) sind teilweise vergrößerte Ansichten eines Abschnitts, welcher durch einen Pfeil II in der 1 angegeben ist.
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Es ist somit wünschenswert, die Membran 53b aus dem Material zu bilden, welches die hohe Elastizität, die hohe Wärmeleitfähigkeit und die hohe Festigkeit aufweist. Die Membran 53b ist zum Beispiel aus einer metallischen Platte, zum Beispiel aus Edelstahl (SUS 304) hergestellt.
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Des Weiteren ist, wie es in der 1 gezeigt ist, ein Füllloch 53d in dem Elementdeckel 53c gebildet, um das temperaturempfindliche Medium in den abgedichteten Raum 20 einzufüllen. Ein distaler Endteil von dem Füllloch 53d ist durch einen Dichtungsstopfen 53e nach einem Einfüllen des temperaturempfindlichen Mediums in den abgedichteten Raum 20 durch das Füllloch 53d verschlossen.
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Des Weiteren ist ein Mischungsgas, welches eine Mischung von dem Kältemittel in einer Gasphase und einem Inertgas ist, in den abgedichteten Raum 20 der vorliegenden Ausführungsform als das temperaturempfindliche Medium eingefüllt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Kältemittel, welches in dem abgedichteten Raum 20 abgedichtet ist, das Kältemittel, das die gleiche Zusammensetzung wie dasjenige von dem Kältemittel aufweist, welches in dem Kältekreislauf 1 zirkuliert, und das Inertgas bzw. Schutzgas ist zum Beispiel Helium oder Stickstoff, welches die Temperatur-Druck-Eigenschaften hat, die ähnlich ist zu der Temperatur-Druck-Eigenschaft von dem idealen Gas bei einem Bereich einer Betriebstemperatur (zum Beispiel -30 bis 60 Grad Celsius) von dem Expansionsventil 5.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Mischungsverhältnis β von dem Inertgas in dem temperaturempfindlichen Medium eingestellt gemäß der Form des Sacklochs 10 auf solch eine Weise, dass eine Zeitkonstante τ (Einheit: Sekunden) von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b zu dem temperaturempfindlichen Medium innerhalb eines gewünschten Bereichs einer Zeitkonstante (ein Bereich einer vorherbestimmten Zeitkonstante) gehalten wird. Das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas wird mit einer Bezugnahme auf die Kennfelddiagramme bzw. Kennfelder beschrieben werden, welche in 3 und 4 gezeigt sind. Die 3 ist ein Kennfelddiagramm, welches eine Änderung hinsichtlich der Zeitkonstante τ von der Wärmeleitung zu dem temperaturempfindlichen Medium relativ zu einer Änderung in dem Verhältnis α (= L/d) von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 und einer Änderung hinsichtlich des Mischungsverhältnisses β (%) von dem Inertgas zeigt. Die graphischen Darstellungen bzw. Linien, welche in der Zeichnung gezeigt sind, sind tatsächlich gemessene Werte bei 0% und 5% von dem Mischungsverhältnis β von dem Inertgas. Des Weiteren sind Linien von den jeweiligen Mischungsverhältnisses β von dem Inertgas, welche in der Zeichnung gezeigt sind, auf Simulationsergebnissen basierend.
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Wie es in der 3 gezeigt ist, tendiert die Zeitkonstante τ dazu, in proportionaler Art und Weise zu einer Zunahme hinsichtlich des Verhältnisses α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 verlängert zu sein. Des Weiteren tendiert eine Änderungsrate (ein Gradient) von der Zeitkonstante τ relativ zu dem Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D relativ zu der Tiefe L dazu, vergrößert zu sein in Antwort auf eine Zunahme hinsichtlich des Mischungsverhältnisses β von dem Inertgas. Bei einem Fall eines Erzielens der vorherbestimmten Zeitkonstante τ besteht eine Beziehung (umgekehrte Proportion) derart, dass das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas erhöht wird, wenn das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 verringert wird.
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Die Beziehung unter α, β und τ kann mit dem nachfolgenden Gleichungen F1, F2 angenähert werden.
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Bei der Gleichung F2 ist β ein absoluter Wert und ist nicht die Prozentzahl bzw. Prozent.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Zeitkonstante τ und das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 eingestellt sind, das Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 in einer Weise abgedichtet, dass die Gleichungen F1, F2 erfüllt sind.
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Hierbei tritt, wenn die Zeitkonstante τ von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b zu dem temperaturempfindlichen Medium im Vergleich zu der Zeitkonstante von zum Beispiel dem Kältekreislauf 1 reduziert wird, das Phänomen auf, welches als Nachlaufphänomen bekannt ist, was zu einer Instabilität des Kältekreislaufs 1 führt. Wenn im Gegensatz dazu die Zeitkonstante τ zu lang wird, wird die Bereitschaft zu dem Betrieb des Expansionsventils 5 relativ der anderen funktionellen Komponenten und der Betrieb des Kältekreislaufs 1 verschlechtert.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas auf solch eine Weise eingestellt, dass die Zeitkonstante τ innerhalb eines Bereichs gehalten wird, der gleich ist zu oder länger ist als 50 Sekunden und gleich ist zu oder kürzer als 150 Sekunden. Der untere Grenzwert (= 50 Sekunden) von der Zeitkonstante τ ist hier ein eingestellter Wert für ein Begrenzen des Nachlaufphänomens und der obere Grenzwert (= 150 Sekunden) von der Zeitkonstante τ ist ein eingestellter Wert für ein Sicherstellen der Bereitschaft des Expansionsventils 5.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird somit das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas eingestellt, um ein Wert zu sein, welcher die Gleichungen F1, F2 in einem Fall erfüllt, in welchem der Bereich der Zeitkonstante ≤ τ ≤ 150 Sekunden ist und das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 ist 0 < α < 10.
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Wenn der Differenzdruck zwischen dem inneren Druck von dem Sackloch 10 und dem abgedichteten Raum 20 und dem Druck von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und in den Einlassraum 30 geliefert wird, erzeugt wird, wird die Membran 53b verstellt, wie es in 2(a) und 2(b) gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird auch ein inneres Volumen des abgedichteten Raums 20, in welchem das temperaturempfindliche Medium abgedichtet ist, geändert.
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Noch genauer wird, wenn die Stärke einer nach oben gehenden Verstellung von der Membran 53b zu einem maximalen Wert wird, das innere Volumen des abgedichteten Raums, in welchem das temperaturempfindliche Medium abgedichtet ist, reduziert und wird zu einem minimalen Volumen. Wenn die Stärke einer nach unten gehenden Verstellung der Membran 53b zu einem minimalen Wert wird, wird das innere Volumen des abgedichteten Raums 20, in welchem das temperaturempfindliche Medium abgedichtet ist, erhöht und wird zu einem maximalen Volumen.
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Das Inertgas, welches die konstituierende Komponente des temperaturempfindlichen Mediums ist, weist die Eigenschaft auf (die Beziehung der umgekehrten Proportion zwischen dem Volumen und dem Druck), welche ähnlich zu derjenigen des idealen Gases ist. Wenn daher das innere Volumen des abgedichteten Raums geändert wird, wird die Änderung hinsichtlich des Partialdrucks von dem Inertgas erzeugt, um die Änderung hinsichtlich der Stärke der Verstellung der Membran 53b zu verursachen. Diese Änderung hinsichtlich des Partialdrucks von dem temperaturempfindlichen Medium weist den Einfluss auf die Leistungsfähigkeit einer Temperaturerfassung für ein Erfassen der Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Druckes auf, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen und in dem temperaturempfindlichen Stab 52b aufgenommen wird. Es ist daher wünschenswert, die Änderung hinsichtlich des Partialdruckes von dem temperaturempfindlichen Medium so weit wie möglich zu reduzieren.
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Die 4 ist ein Kennfelddiagramm, welches die Änderung hinsichtlich des Partialdrucks von dem Inertgas zeigt, welche durch eine Änderung hinsichtlich des Volumens von dem abgedichteten Raum 20, welcher im Inneren des Elementabschnitts 53 angeordnet ist, verursacht wird. Wie es in der 4 gezeigt ist, wurde gemäß der Untersuchung der Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass, wenn das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas erhöht wird, die Änderung hinsichtlich des Partialdrucks von dem Inertgas, welche durch die Änderung hinsichtlich des inneren Volumens von dem abgedichteten Raum 20 verursacht wird, erhöht ist.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird daher das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas in solch einer Weise eingestellt, dass ein Differenzdruck (eine Änderung hinsichtlich des Partialdrucks) zwischen dem Partialdruck des Inertgases in dem Zeitpunkt eines Verringerns des inneren Volumens von dem abgedichteten Raum 20, welches durch die Verstellung der Membran 53b verursacht wird, und dem Partialdruck ΔP von dem Inertgas in dem Zeitpunkt eines Erhöhens von dem inneren Volumen von dem abgedichteten Raum 20, was durch die Verstellung der Membran 53b verursacht wird, in einem Bereich gehalten wird, der gleich ist zu oder geringer ist als eine vorherbestimmte Referenzdruckdifferenz.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird noch genauer, wie es in der 4 gezeigt ist, das Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 in solch einer Weise abgedichtet, dass eine Änderung hinsichtlich des Partialdrucks von dem Inertgas in einem Bereich (einem Bereich von 0% bis 30% bei der vorliegenden Ausführungsform) gehalten wird, welcher gleich ist zu oder geringer als 50 kPa (eine Temperaturdifferenz des temperaturempfindlichen Mediums beträgt 5 Grad Celsius) bei einem normalen Betriebsbereich bei einem Auftreten der Änderung hinsichtlich des inneren Volumens des abgedichteten Raums 20.
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Bei einem Fall, in welchem das Mischungsverhältnis β des Inertgases, welches die Gleichungen F1, F2 erfüllt, den Bereich überschreitet, welcher gleich ist zu oder geringer ist als die Referenzdruckdifferenz, kann der obere Grenzwert (30% bei der vorliegenden Ausführungsform) in dem Bereich, welcher gleich ist zu oder niedriger ist als die Referenzdruckdifferenz, als das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas eingestellt werden, um die Zunahme hinsichtlich des Partialdrucks von dem Inertgas zu begrenzen.
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Als nächstes wird eine Betriebsweise der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Struktur beschrieben werden. Wenn der Kompressor 2 durch die Antriebskraft von dem Motor des Fahrzeuges gedreht wird, tritt das Kältemittel einer hohen Temperatur und eines hohen Drucks, welches von dem Kompressor 2 ausgelassen wird, in den Kühler 3 ein, in welchem das Kältemittel einer hohen Temperatur und eines hohen Drucks die Wärme mit der Außenluft austauscht, welche von dem Kühlgebläse geblasen wird, und wird dadurch beim Freigeben der Wärme kondensiert. Das Kältemittel, welches von dem Kühler 3 ausgelassen wird, tritt in den Sammler 4 ein, in welchem das Kältemittel in das Kältemittel einer Flüssigphase und das Kältemittel einer Gasphase getrennt wird.
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Das Kältemittel eines hohen Drucks einer Flüssigphase, welches von dem Sammler 4 ausgelassen wird, wird an die Ventilkammer 51g durch den ersten Strömungseinlass 51a von dem Expansionsventil 5 geliefert und strömt zu dem Drosseldurchlass 51h, wo das Kältemittel eines hohen Drucks einer Flüssigphase im Druck verringert wird und expandiert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Querschnittsbereich des Kältemitteldurchlasses von dem Drosseldurchlass 51h in solch einer Weise eingestellt, dass der Grad eines Überhitzens von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, sich dem vorherbestimmten Wert annähert, wie es später beschrieben wird.
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Das Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches an den Drosseldurchlass 51h im Druck herabgesetzt wird und expandiert wird, wird durch den ersten Strömungsauslass 51b ausgelassen und wird an den Verdampfer 6 geliefert. Das Kältemittel, welches an den Verdampfer 6 geliefert wird, wird beim Absorbieren der Wärme von der Luft verdampft, welche durch das Gebläse geblasen wird. Des Weiteren wird das Kältemittel, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, an das Expansionsventil 5 durch den zweiten Strömungseinlass 51d geliefert.
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Hier wird, wenn der Grad eines Überhitzens von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und an die Kommunikationskammer 51i durch den zweiten Strömungseinlass 51 d geliefert wird, erhöht wird, der Druck von dem temperaturempfindlichen Medium, welches in dem Sackloch 10 und dem abgedichteten Raum 20 abgedichtet ist, erhöht. Der Differenzdruck, welcher durch ein Abziehen des Drucks von dem inneren Raum 30 von dem inneren Druck von dem Sackloch 10 und dem abgedichteten Raum 20 erhalten wird, wird daher erhöht. Auf diese Weise wird die Membran 53b in einer Richtung verstellt, welche eine Ventilöffnungsrichtung von dem Ventilabschnitt 52 für ein Öffnen des Drosseldurchlasses 51h ist (vgl. 2(b)). Noch genauer wird, wie es in der 2(b) gezeigt ist, die Membran 53b in der Richtung weg von dem Elementdeckel 53c verstellt (die nach unten gehende axiale Richtung in der 2(b), so dass der Ventilabschnitt 52 in der Richtung weg von dem Elementdeckel 53c verstellt wird. Auf diese Weise drängt der Ventilabschnitt 52 das Kugelventil 52 gegen die drängende Kraft von der Spiralfeder 54 zum Abheben des Kugelventils 52a von dem Ventilsitz 51s weg, so dass der Drosseldurchlass 51h geöffnet wird.
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Wenn im Gegensatz dazu der Grad eines Überhitzens von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, verringert wird, wird der Druck von dem temperaturempfindlichen Medium, welches in dem abgedichteten Raum 20 abgedichtet ist, verringert und dadurch wird der Differenzdruck, welcher durch ein Abziehen des Drucks von dem Einlassraum 30 von dem inneren Druck von dem Sackloch 10 und dem abgedichteten Raum 20 erhalten wird, verringert. Auf diese Weise wird die Membran 53b in einer Richtung verstellt, welche eine Ventilschließrichtung von dem Ventilabschnitt 52 ist, für ein Schließen des Drosseldurchlasses 51h (vgl. 2(a)). Noch genauer wird, wie es in der 2(a) gezeigt ist, die Membran 53b in Richtung zu dem Elementdeckel 53c (der nach oben gehenden axialen Richtung in der 2(a)) verstellt, so dass der Ventilabschnitt 52 in Richtung zu dem Elementdeckel 53c verstellt wird und das Kugelventil 52a gegen den Ventilsitz 51s durch die drängende Kraft der Spiralfeder 54 gesetzt wird. Somit wird der Drosseldurchlass 51h geschlossen.
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Wie es oben diskutiert wurde, verstellt der Elementabschnitt 53 (noch genauer die Membran 53b) den Ventilabschnitt 52 in Antwort auf den Grad einer Überhitzung von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, so dass der Durchlassquerschnittsbereich des Drosseldurchlasses 51h in solch einer Weise eingestellt wird, dass sich der Grad einer Überhitzung von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, dem vorherbestimmten Wert annähert. Der Wert von dem vorherbestimmten Grad einer Überhitzung kann geändert werden durch ein Ändern des Ventilöffnungsdrucks von dem Ventilabschnitt 52 durch eine Einstellung der Last, welche von der Spiralfeder 54 an den Ventilabschnitt 52 angelegt wird, durch ein Verwenden der Einstellschraube 54b.
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Das Kältemittel, welches von dem zweiten Strömungsauslass 51e ausgelassen wird, wird in den Kompressor 2 angesaugt und wird erneut komprimiert. Die Luft, welche durch das Gebläse geblasen wird, wird durch den Verdampfer 6 gekühlt und wird dann in der Temperatur auf eine Zieltemperatur durch nicht dargestellte Heizmittel (z.B. ein Heißwasser-Heizkörper) eingestellt, welche auf einer stromabwärtigen Seite von dem Verdampfer 6 in der Strömungsrichtung von der Luft angeordnet sind, und diese in der Temperatur eingestellte Luft wird in eine Fahrgastzelle des Fahrzeuges geblasen, welche ein zu klimatisierender Zielraum ist.
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Bei dem Expansionsventil 5 der vorliegenden Ausführungsform, welches oben beschrieben ist, wird das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas gemäß dem Verhältnis α (0 < α < 10) von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe von dem Sackloch 10 in solch einer Weise eingestellt, dass die Zeitkonstante τ der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b zu dem temperaturempfindlichen Medium innerhalb des vorherbestimmten Bereichs der Zeitkonstante (50 ≤ τ ≤ 150) gehalten wird.
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Auf diese Weise kann die erforderliche Zeitkonstante τ von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b zu dem temperaturempfindlichen Medium auf geeignete Weise sichergestellt werden durch ein Einstellen des Mischungsverhältnisses β von dem Inertgas gemäß dem Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 ohne eine Notwendigkeit eines Abdichtens des aktiven Kohlenstoffs in dem Sackloch 10 von dem temperaturempfindlichen Stab 52b oder eines Bereitstellens der Schicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit oder ähnlichem in dem Sackloch 10 von dem temperaturempfindlichen Stab 52b. Es ist somit möglich, das Expansionsventil 5 mit der einfachen Struktur auszuführen, welches den unstabilen Betrieb des Kältekreislaufs 10 beschränken kann.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird vorzugsweise das Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 in solch einer Weise abgedichtet, dass das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas die Beziehung erfüllt, welche durch die Gleichungen F1, F2 angegeben wird, wenn die Zeitkonstante τ, welche innerhalb des vorherbestimmten Bereichs der Zeitkonstante gehalten wird, und das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 eingestellt werden. Die Zeitkonstante τ von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b zu dem temperaturempfindlichen Medium in dem Sackloch 10 kann somit auf geeignete Weise innerhalb des gewünschten Bereichs der Zeitkonstante eingestellt werden durch ein Ändern des Mischungsverhältnisses β von dem Inertgas entsprechend zu dem Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird des Weiteren der Bereich der Zeitkonstante τ eingestellt, um gleich zu oder länger als 50 Sekunden zu sein und gleich zu oder kürzer als 150 Sekunden zu sein. Das Nachlaufphänomen in dem Expansionsventil 5 kann dadurch beschränkt werden und die Bereitschaft des Expansionsventils 5 kann sichergestellt werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist des Weiteren das Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 in solch einer Weise abgedichtet, dass die Änderung hinsichtlich des Partialdrucks von dem Inertgas, welche in dem Zeitpunkt eines Ändern des inneren Volumens von dem abgedichteten Raum 20 in Antwort auf die Verstellung der Membran 53b erzeugt wird, in dem Bereich gehalten wird, welcher gleich ist zu oder geringer ist als die vorherbestimmte Referenzdruckdifferenz. Auf diese Weise kann die Änderung hinsichtlich des Partialdrucks von dem Inertgas, welche in dem Zeitpunkt eines Auftretens von der Änderung des inneren Volumens des abgedichteten Raums 20 erzeugt wird, begrenzt werden und die Leistungsfähigkeit einer Temperaturerfassung zum Erfassen der Temperatur von dem Medium eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und dem temperaturempfindlichen Stab 52b aufgenommen wird, kann auf geeignete Weise sichergestellt werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird des Weiteren die Tiefe L des Sacklochs 10 in solch einer Weise eingestellt, dass die Position der Bodenoberfläche 10b von dem Sackloch 10 innerhalb des Bereichs eines Strömungsdurchlasses eines Kältemittels von niedrigem Druck angeordnet ist. Die Temperatur von dem Kältemittelmedium eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, kann daher zu dem Inneren des Sacklochs 10 geleitet werden, in welchem die Außenlufttemperatur den geringsten Einfluss hat im Vergleich zu dem abgedichteten Raum 20. Auf diese Weise kann die Leistungsfähigkeit eines Temperaturerfassens zum Erfassen der Temperatur von dem Medium eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird und in dem temperaturempfindlichen Stab 52b aufgenommen wird, auf geeignete Weise sichergestellt werden.
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Des Weiteren ist das Expansionsventil 5 der vorliegenden Ausführungsform von einem Typ (Typ Gasfüllung), bei welchem das Mischungsgas des von dem Kältemittel und dem Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 ohne Verwenden des Adsorptionsmittels, wie zum Beispiel des aktiven Kohlenstoffs, abgedichtet ist. Es ist daher möglich, die MOP-Charakteristik (Maximum Operating Pressure, dt. maximaler Betriebsdruck) in dem Bereich einer Betriebstemperatur von dem Expansionsventil 5 zu haben. Die MOP-Charakteristik ist die Charakteristik, welche daraus resultiert, dass das Arbeitsfluid in dem geschlossenen Raum das aufgeheizte Gas wird und dadurch die Druckzunahme in dem abgedichteten Raum 20 relativ zu der Temperaturzunahme gering wird, so dass die Antriebskraft des Kompressors 2 im Zeitpunkt eines Hochlastbetriebs reduziert werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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Als nächstes wird bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 5 und 6 gezeigt ist, ein Beispiel beschrieben, bei welchem das Sackloch 10 im Inneren des temperaturempfindlichen Stabes 52b der ersten Ausführungsform in einer ringförmigen Form ausgebildet ist. In den 5 und 6 sind die Komponenten, welche die Gleichen wie oder äquivalent sind zu den Komponenten der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Das Sackloch 10 der vorliegenden Ausführungsform ist in einer ringförmigen Form ausgebildet durch ein Zurücklassen eines inneren axialen Stabes 10c, der sich von der Bodenoberfläche 10b von dem Sackloch zu der Öffnung 10a von dem Sackloch 10 in der axialen Richtung des temperaturempfindlichen Stabes 52b an der mittleren axialen Position von dem temperaturempfindlichen Stab 52b erstreckt. Ein Querschnitt des inneren axialen Stabes 10c und die inneren und äußeren Wandoberflächen von dem temperaturempfindlichen Stab 52b sind zueinander konzentrisch, wie es in der 6 gezeigt ist. Der innere axiale Stab 10c ist ein Abschnitt, welcher in dem Zeitpunkt eines Bearbeitens des Inneren von dem temperaturempfindlichen Stab 52b in eine ringförmige Form zurückgelassen wird. Das Material des inneren axialen Stabs 10c ist das gleiche wie dasjenige von dem temperaturempfindlichen Stab 52b.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Durchmesser der inneren Wand von dem temperaturempfindlichen Stab
52b mit d1 angegeben und der Durchmesser von dem inneren axialen Stab
10c ist mit d2 angegeben. In solch einem Fall wird ein hydraulischer Durchmesser (= De), welcher durch die nachfolgenden Gleichungen F3 bis F5 definiert ist, als ein äquivalenter Durchmesser De von dem Sackloch
10 eingestellt, welcher in einer Richtung senkrecht zu der Achse des Sacklochs
10 gemessen wird.
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Lfw bezeichnet hier eine Nettolänge eines Strömungsdurchlasses und Af bezeichnet einen Querschnittsbereich eines Strömungsdurchlasses.
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Das Expansionsventil 5 der vorliegenden Ausführungsform tendiert dazu, die nachfolgenden Eigenschaften aufzuweisen. Das heißt die Zeitkonstante τ von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab 52 zu dem temperaturempfindlichen Medium tendiert dazu, proportional zu einer Zunahme hinsichtlich des Verhältnisses α (= L/De) von dem äquivalenten Durchmesser De von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 verlängert zu sein. Des Weiteren tendiert eine Rate einer Änderung (Gradient) der Zeitkonstante τ mit Bezug auf das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser De von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 dazu, in Antwort auf eine Zunahme von dem Mischverhältnis β von dem Inertgas erhöht zu sein.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist daher ähnlich zu der ersten Ausführungsform das Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 in solch einer Weise abgedichtet, dass das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas die Beziehung erfüllt, welche durch die Gleichungen F1, F2 angegeben sind, wenn die Zeitkonstante τ und das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser De relativ zu der Tiefe L eingestellt werden.
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Selbst mit der Struktur der vorliegenden Ausführungsform kann, wenn das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas entsprechend zu dem Verhältnis α des äquivalenten Durchmessers D relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 eingestellt wird, die erforderliche Zeitkonstante τ von der Wärmeleitung von dem temperaturempfindlichen Stab 52b zu dem temperaturempfindlichen Medium in dem Sackloch 10 sichergestellt werden. Somit können die Vorteile, welche ähnlich zu denjenigen von der ersten Ausführungsform sind, erzielt werden.
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Zusätzlich ist bei dem Expansionsventil 5 der vorliegenden Ausführungsform das Sackloch 10 in der ringförmigen Form ausgebildet. Das temperaturempfindliche Medium, welches in dem Inneren des Sacklochs 10 vorhanden ist, kann daher näher zu dem Durchlass 51f eines Kältemittels eines niedrigen Drucks platziert werden. Die Temperatur von dem Kältemittel eines niedrigen Drucks, welches von dem Verdampfer 6 ausgelassen wird, kann somit zu dem temperaturempfindlichen Medium im Inneren des Sacklochs 10 geleitet werden, in welchem die Außenlufttemperatur den geringsten Einfluss im Vergleich zu dem abgedichteten Raum 20 hat.
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Mit der Struktur eines Platzierens des inneren axialen Stabs 10c in dem Inneren des Sacklochs 10 erhöht des Weiteren eine Wärmekapazität (thermische Masse) des inneren axialen Stabs 10c eine Wärmekapazität von dem Inneren des Sacklochs 10. Daher kann die erforderliche Zeitkonstante τ von der Wärmeleitung zu dem temperaturempfindlichen Medium sichergestellt werden.
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Andere Ausführungsformen
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und Verbesserungen basierend auf den Kenntnissen eines Fachmanns des Gebietes können in geeigneter Weise hinzugefügt werden, so lange solche Verbesserungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Die obigen Ausführungsformen können zum Beispiel wie folgt modifiziert werden.
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- (1) Bei den jeweiligen oben diskutierten Ausführungsformen ist das Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 auf solch eine Weise abgedichtet, dass das Mischungsverhältnis von dem Inertgas die Beziehung erfüllt, welche durch die Gleichungen F1, F2 angegeben ist, wenn die Zeitkonstante τ, welche innerhalb des vorherbestimmten Bereichs einer Zeitkonstante gehalten wird, und das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 eingestellt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dies beschränkt.
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Zum Beispiel wird ein Kennfeld vorbereitet, welches die Beziehung zwischen der Zeitkonstante τ, dem Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 und das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas definiert, wie es in der 3 gezeigt ist. Sodann wird das Inertgas in dem abgedichteten Raum 20 in solch einer Weise abgedichtet, dass das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas in dem Verhältnis liegt, welches aus dem Kennfeld erhalten wird, wenn die Zeitkonstante τ und das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 eingestellt werden.
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- (2) Bei den jeweiligen oben diskutierten Ausführungsformen ist das Beispiel beschrieben, in welchem R134a als das Kältemittel verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dies beschränkt. Das heißt das Kältemittel, wie zum Beispiel R1234yf, R152a, R600a, welches üblicherweise in dem typischen Kältekreislauf 1 verwendet wird, kann als das Kältemittel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
- (3) Wie es oben bei den jeweiligen Ausführungsformen diskutiert wurde, kann, obwohl es wünschenswert ist, den Bereich der Zeitkonstante τ auf gleich zu oder länger als 50 Sekunden und gleich zu oder kürzer als 150 Sekunden einzustellen, der Bereich der Zeitkonstante τ auf einen anderen Bereich eingestellt werden.
- (4) Wie es bei den obigen jeweiligen Ausführungsformen diskutiert wurde, kann, obwohl es wünschenswert ist, das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 in dem Bereich von 0 < α < 10 einzustellen, das Verhältnis α von dem äquivalenten Durchmesser D von dem Sackloch 10 relativ zu der Tiefe L von dem Sackloch 10 in einem Bereich von α < 10 eingestellt werden.
- (5) Wie es bei den jeweiligen Ausführungsformen diskutiert wurde, ist es wünschenswert, dass das Mischungsverhältnis von dem Inertgas in solch einer Weise festgelegt ist, dass die Änderung hinsichtlich des Partialdruckes von dem Inertgas in dem Zeitpunkt eines Änderns des inneren Volumens von dem abgedichteten Raum 20 in Antwort auf die Verstellung der Membran 53b in dem Bereich gehalten wird, welcher gleich ist zu oder geringer ist als der Referenzdruck. Auf alternative Weise kann das Mischungsverhältnis β von dem Inertgas unter Verwenden der Gleichungen F1, F2 oder ähnlichem festgelegt werden.
- (6) Das Expansionsventil 5, welches bei den jeweiligen Ausführungsformen diskutiert wurde, kann an den Kältekreislauf 1 eines stationären Klimaanlagensystems eines Kühlsystems außer dem Kältekreislauf 1 des Fahrzeugklimaanlagensystems angewendet werden.
