DE112013006012T5 - Device for thermal conditioning for a motor vehicle and corresponding heating, ventilation and / or air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Klimatisierung eines Luftstroms für ein Kraftfahrzeug, die ein Kältemittelkreislauf (3) mit: – einem Kompressor (7), – mindestens einem ersten Wärmetauscher (9) mit einem Außenluftstrom (FE), – einer ersten, stromaufwärts des ersten Wärmetauschers (9) in einer Strömungsrichtung des Kältemittels angeordneten Druckminderungseinheit (13), um den Druck des Kältemittels auf einen ersten Druck (P1) zu senken, – einem zweiten Wärmetauscher (11), um den Luftstrom zum Fahrgastraum zu klimatisieren, – einer zweiten, stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers (11) in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordneten Druckminderungseinheit (15), die ausgelegt ist, um den Druck des Kältemittels auf einen Druck (P3) zu senken, der höher als der erste Druck (P1) ist, und – einer dritten, stromabwärts des zweiten Wärmetauschers (11) in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordneten Druckminderungseinheit (17), aufweist.The invention relates to a device for thermal air conditioning of an air flow for a motor vehicle, comprising a refrigerant circuit (3) comprising: - a compressor (7), - at least a first heat exchanger (9) with an outside air flow (FE), - a first, upstream of the a first heat exchanger (9) arranged in a flow direction of the refrigerant pressure reducing unit (13) to reduce the pressure of the refrigerant to a first pressure (P1), - a second heat exchanger (11) to air the air flow to the passenger compartment, - a second pressure reducing unit (15) arranged upstream of the second heat exchanger (11) in the flow direction of the refrigerant and configured to lower the pressure of the refrigerant to a pressure (P3) higher than the first pressure (P1), and a third pressure reducing unit (17) arranged downstream of the second heat exchanger (11) in the flow direction of the refrigerant, having.
Description
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlagen eines elektrischen oder hybriden Kraftfahrzeugs. Der Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur thermischen Klimatisierung, die mit einer solchen Anlage zusammenwirkt. The invention relates to the field of heating, ventilation and / or air conditioning systems of an electric or hybrid motor vehicle. The subject of the invention is a device for thermal conditioning, which cooperates with such a system.
Ein elektrisches oder hybrides Kraftfahrzeug, dessen Antrieb mindestens teilweise durch einen Elektromotor gewährleistet wird, ist üblicherweise mit einer Belüftungs-, Heizungs- und/oder Klimatisierungsanlage ausgestattet, um die Luft innerhalb des Fahrgastraums des Fahrzeugs zu verändern, indem ein klimatisierter Luftstrom innerhalb des Fahrgastraums verteilt wird. An electric or hybrid motor vehicle, at least partially powered by an electric motor, is typically equipped with a ventilation, heating and / or air conditioning system to alter the air within the passenger compartment of the vehicle by distributing an air conditioned airflow within the passenger compartment becomes.
Eine solche Anlage weist im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Klimatisieren der Luft mit einem Klimatisierungskreislauf, innerhalb dessen ein Kältemittel zirkuliert. Such a system generally comprises a device for conditioning the air with an air-conditioning circuit, within which a refrigerant circulates.
In herkömmlicher Weise umfasst der Klimatisierungskreislauf einen Kompressor, um das Kältemittel zu komprimieren, einen ersten thermischen Wärmetauscher, einen zweiten Wärmetauscher und mindestens eine Druckminderungseinheit, um eine Druckminderung des Kältemittels zu ermöglichen. Conventionally, the air conditioning circuit includes a compressor for compressing the refrigerant, a first thermal heat exchanger, a second heat exchanger, and at least one pressure reducing unit to allow depressurization of the refrigerant.
Der Kompressor kann das Kältemittel auf einen hohen Druck bringen. The compressor can bring the refrigerant to a high pressure.
Der erste Wärmetauscher ermöglicht einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft wie einem Luftstrom von außerhalb des Fahrzeugs. The first heat exchanger allows heat exchange between the refrigerant and the ambient air, such as air flow from outside the vehicle.
Der zweite Wärmetauscher ermöglicht einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einem Luftstrom, der innerhalb des Fahrgastraums verteilt werden soll und durch den thermischen Wärmetauscher hindurch strömt, das heißt einem Luftstrom zum Fahrgastraum. Eine Druckminderungseinheit ermöglicht eine Druckminderung des Kältemittels vom hohen Druck bis zu einem niedrigen Druck vor einer Verdampfung. The second heat exchanger allows a heat exchange between the refrigerant and an air flow to be distributed within the passenger compartment and flows through the thermal heat exchanger, that is, an air flow to the passenger compartment. A pressure reduction unit allows a reduction in the pressure of the refrigerant from high pressure to a low pressure before evaporation.
Es sind Kältemittelkreisläufe bekannt, die einen sogenannten internen Kondensator aufweisen, der es ermöglicht, den Luftstrom zum Fahrgastraum zu erhitzen. In diesem Fall wird die Klimatisierungsvorrichtung üblicherweise direktes System genannt. There are known refrigerant circuits having a so-called internal condenser, which makes it possible to heat the air flow to the passenger compartment. In this case, the air conditioning device is usually called a direct system.
Es sind auch Klimatisierungsvorrichtungen bekannt, die einen Sekundärkreislauf für einen Wärmeträger aufweisen. In diesem wird der Luftstrom zum Fahrgastraum vom Wärmeträger erhitzt, der im Sekundärkreislauf zirkuliert. In diesem Fall spricht man von einem indirekten System. There are also known air conditioning devices having a secondary circuit for a heat transfer medium. In this, the air flow to the passenger compartment is heated by the heat transfer medium, which circulates in the secondary circuit. In this case we speak of an indirect system.
Die Klimatisierungsvorrichtung kann nach verschiedenen Betriebsarten wie einem Heizmodus oder einem sogenannten „Heizpumpen“-Modus, der es ermöglicht, dem Bedarf, den Fahrgastraum zu heizen, zu entsprechen, oder einem nach einem Klimatisierungsmodus, um die Luft zum Fahrgastraum zu kühlen, oder auch nach einem Entfeuchtungsmodus, der es ermöglicht, die Luft zum Fahrgastraum zu trocknen, angesteuert werden. The air-conditioning apparatus may be adapted to various modes such as a heating mode or a so-called "heating pump" mode, which allows to meet the need to heat the passenger compartment or an air conditioning mode to cool the air to the passenger compartment, or even after a dehumidification mode, which allows the air to dry to the passenger compartment, are controlled.
Um den Luftstrom zu entfeuchten, ist es bekannt, ihn abzukühlen, indem er durch einen Verdampfer strömt und dann gegebenenfalls zu erhitzen, bevor er in den Fahrgastraum gelangt, nachdem er durch den internen Kondensator des Kältemittelkreislaufs oder einen thermischen Wärmetauscher hindurch geströmt ist, in welchem ein warmer Wärmeträger zirkuliert. In order to dehumidify the air stream, it is known to cool it by flowing through an evaporator and then optionally heating it before entering the passenger compartment after having passed through the internal condenser of the refrigerant circuit or a thermal heat exchanger in which a warm heat transfer circulates.
Um das Abkühlen des Luftstroms zum Fahrgastraum zu kompensieren, wenn er durch den Verdampfer strömt, schlagen einige Lösungen des Standes der Technik einen zusätzlichen elektrischen thermischen Wärmetauscher vor, der das Erhitzen des Luftstroms neu einstellt. To compensate for the cooling of the airflow to the passenger compartment as it flows through the evaporator, some prior art solutions propose an additional electric thermal heat exchanger that re-sets the heating of the airflow.
Es kann sich insbesondere um eine Heizung durch einen elektrischen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient, auch PTC genannt, handeln. It may in particular be a heating by a positive temperature coefficient electrical resistance, also called PTC act.
Je nach besonderen klimatischen Bedingungen kann der Verdampfer zudem mit Reif bedeckt sein. Diese Erscheinung ist das Ergebnis der durch den Verdampfer bewirkten Abkühlung, um den Luftstrom zum Fahrgastraum zu entfeuchten und abzukühlen. Depending on the particular climatic conditions, the evaporator can also be covered with frost. This phenomenon is the result of the cooling caused by the evaporator to dehumidify and cool the air flow to the passenger compartment.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Klimatisierungsvorrichtung bereitzustellen, die am thermischen Wärmetauscher eine ausreichende Zufuhr von Energie ermöglicht, die das Erhitzen des aus dem Verdampfer stammenden Luftstroms für die Entfeuchtung des Luftstroms ermöglicht, so dass vermieden wird, das Abkühlen durch eine zusätzliche Erhitzung zu kompensieren. An object of the present invention is to provide an air-conditioning apparatus which allows sufficient supply of energy to the thermal heat exchanger, which allows heating of the evaporator-derived airflow to dehumidify the airflow, thereby avoiding cooling by additional heating to compensate.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Temperatur des Verdampfers zu kontrollieren, der es ermöglicht, den Luftstrom zum Fahrgastraum zu entfeuchten, so dass Reifbildung vermieden wird. Another object of the invention is to control the temperature of the evaporator, which makes it possible to dehumidify the air flow to the passenger compartment, so that frost formation is avoided.
Hierzu betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur thermischen Klimatisierung eines Luftstroms für ein Kraftfahrzeug, die ein Kältemittelkreislauf mit:
- – einem Kompressor,
- – mindestens einem ersten Wärmetauscher mit einem Außenluftstrom,
- – einer ersten, stromaufwärts des ersten Wärmetauschers in einer Strömungsrichtung des Kältemittels angeordneten Druckminderungseinheit, die ausgelegt ist, um den Druck des Kältemittels auf einen ersten Druck zu senken,
- – einem zweiten thermischen Wärmetauscher, der angeordnet ist, um den zum Fahrgastraum des Fahrzeugs fließenden Luftstrom zu klimatisieren, und
- – einer zweiten, stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordneten Druckminderungseinheit, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckminderungseinheit ausgelegt ist, um den Druck des Kältemittels auf einen Druck zu senken, der höher als der erste Druck ist, und dass die Klimatisierungsvorrichtung zudem eine dritte, stromabwärts des zweiten Wärmetauschers in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnete Druckminderungseinheit aufweist.
- - a compressor,
- At least one first heat exchanger with an outside air flow,
- A first pressure reducing unit arranged upstream of the first heat exchanger in a flow direction of the refrigerant, which is designed to reduce the pressure of the refrigerant to a first pressure,
- A second thermal heat exchanger arranged to condition the airflow flowing to the passenger compartment of the vehicle, and
- A second pressure reduction unit disposed upstream of the second heat exchanger in the flow direction of the refrigerant, characterized in that the second pressure reduction unit is configured to lower the pressure of the refrigerant to a pressure higher than the first pressure and that Air conditioning device also has a third, downstream of the second heat exchanger in the flow direction of the refrigerant pressure reducing unit.
Mit dieser Architektur können der erste und zweite thermische Wärmetauscher im Verdampfermodus arbeiten, und die Vorrichtung kann nach einem Modus zur Entfeuchtung des Luftstroms zum Fahrgastraum angewendet werden, indem der Luftstrom dadurch abgekühlt wird, dass er durch den zweiten Verdampfer strömt, bevor er erhitzt wird, um im Fahrgastraum verteilt zu werden. With this architecture, the first and second thermal exchangers can operate in the evaporator mode, and the apparatus can be applied to a mode for dehumidifying the airflow to the passenger compartment by cooling the airflow by flowing through the second evaporator before being heated. to be distributed in the passenger compartment.
Die doppelte Druckminderung stromaufwärts und stromabwärts des zweiten Wärmetauschers ermöglicht es, über zwei Verdampfer zu verfügen, die mit verschiedenen Drücken arbeiten. Indem mit dem Druck der Verdampfer gespielt wird, kann eine Entfeuchtungsfunktion erreicht werden, die weniger Energie verbraucht als in manchen Klimatisierungsvorrichtungen des Standes der Technik. Indem mit dem Druck des zweiten Verdampfers gespielt wird, kann die Temperatur dieses zweiten Verdampfers kontrolliert werden, und in manchen Fällen wird somit das Vereisen dieses Verdampfers vermieden. The double pressure reduction upstream and downstream of the second heat exchanger makes it possible to have two evaporators operating at different pressures. By playing with the pressure of the evaporator, a dehumidification function can be achieved, which consumes less energy than in some air conditioning devices of the prior art. By playing with the pressure of the second evaporator, the temperature of this second evaporator can be controlled, and in some cases the icing of this evaporator is thus avoided.
Die Klimatisierungsvorrichtung kann zudem ein oder mehrere der folgenden Merkmale, einzeln oder in Kombination genommen, aufweisen:
- – der erste Wärmetauscher ist ein erster Verdampfer und der zweite Wärmetauscher ein zweiter Verdampfer;
- – der zweite Wärmetauscher ist im Kältemittelkreislauf parallel zum ersten Wärmetauscher hinsichtlich der Zirkulation von Fluid angeordnet;
- – der Kältemittelkreislauf weist eine erste Verbindungsstelle auf, die stromaufwärts des ersten und zweiten Wärmetauschers angeordnet ist. Diese erste Verbindungsstelle ermöglicht es, einen Teil des Kältemittels zum ersten Wärmetauscher und einen anderen Teil des Kältemittels zum zweiten Wärmetauscher zu leiten;
- – der Kältemittelkreislauf weist eine zweite Verbindungsstelle auf, die stromaufwärts des Kompressors in der Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnet ist. Diese zweite Verbindungsstelle sammelt das Kältemittel am Auslass des ersten und zweiten Wärmetauschers;
- – die Vorrichtung umfasst einen Wärmeträgerkreislauf, der einen dritten Wärmetauscher aufweist, der in der Strömungsrichtung des Luftstroms zum Fahrgastraum des Fahrzeugs stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordnet ist, um den Luftstrom zum Fahrgastraum des Fahrzeugs zu klimatisieren. Insbesondere dieser dritte Wärmetauscher ermöglicht es, den abgekühlten und trockenen Luftstrom zu erhitzen, der durch den zweiten Wärmetauscher hindurch geströmt ist, der als Verdampfer durch Wärmeaustausch mit einem heißen Wärmeträger arbeitet;
- – der Wärmeträgerkreislauf und der Kältemittelkreislauf weisen gemeinsam einen Bi-Fluid-Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeträger auf;
- – der Bi-Fluid-Wärmetauscher ist stromaufwärts des dritten Wärmetauschers des Wärmeträgerkreislaufs in einer Strömungsrichtung des Wärmeträgers angeordnet, so dass er vom Wärmeträger durchströmt wird, bevor der Wärmeträger durch den dritten Wärmetauscher strömt. Dieser Bi-Fluid-Wärmetauscher ermöglicht es, den Wärmeträger stromaufwärts zu erhitzen, bevor es in den dritten Wärmetauscher geleitet wird.
- - The first heat exchanger is a first evaporator and the second heat exchanger, a second evaporator;
- The second heat exchanger is arranged in the refrigerant circuit parallel to the first heat exchanger with regard to the circulation of fluid;
- - The refrigerant circuit has a first connection point, which is arranged upstream of the first and second heat exchanger. This first connection point makes it possible to direct a part of the refrigerant to the first heat exchanger and another part of the refrigerant to the second heat exchanger;
- - The refrigerant circuit has a second connection point, which is arranged upstream of the compressor in the flow direction of the refrigerant. This second junction collects the refrigerant at the outlet of the first and second heat exchangers;
- - The device comprises a heat carrier circuit having a third heat exchanger, which is arranged in the flow direction of the air flow to the passenger compartment of the vehicle downstream of the second heat exchanger to air-conditioning the air flow to the passenger compartment of the vehicle. In particular, this third heat exchanger makes it possible to heat the cooled and dry air stream which has passed through the second heat exchanger, which operates as an evaporator by heat exchange with a hot heat carrier;
- - The heat carrier circuit and the refrigerant circuit together have a bi-fluid heat exchanger for heat exchange between the refrigerant and the heat transfer medium;
- - The bi-fluid heat exchanger is arranged upstream of the third heat exchanger of the heat carrier circuit in a flow direction of the heat carrier, so that it is flowed through by the heat carrier before the heat transfer medium flows through the third heat exchanger. This bi-fluid heat exchanger makes it possible to heat the heat carrier upstream before it is passed into the third heat exchanger.
Die Erfindung betrifft auch eine Heiz-, Belüftungs- und/oder Klimatisierungsanlage, die eine wie zuvor beschriebene Vorrichtung zur thermischen Klimatisierung eines Luftstroms aufweist. The invention also relates to a heating, ventilation and / or air-conditioning installation which has a device for the thermal air-conditioning of an air flow as described above.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich eindeutiger beim Lesen der folgenden Beschreibung, die als veranschaulichendes und nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist, und der einzigen Figur, die schematisch eine erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung für Kraftfahrzeug darstellt. Further features and advantages of the invention will become clearer from a reading of the following description, given as an illustrative and non-restrictive example, and the single figure, which schematically illustrates an automotive air-conditioning device according to the invention.
Die einzige Figur stellt schematisch und vereinfacht eine Klimatisierungsvorrichtung
Eine solche Klimatisierungsvorrichtung
Hierzu kann die Klimatisierungsvorrichtung
Eine solche Klimatisierungsvorrichtung
Nach einer ersten, in der einzigen Figur veranschaulichten Ausführungsform weist die Klimatisierungsvorrichtung
In der einzigen Figur ist der Kältemittelkreislauf
Nach der dargestellten Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf
- – einen
Kompressor 7 , - – einen ersten Wärmetauscher
9 für einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Außenluftstrom FE, - – einen zweiten Wärmetauscher
11 , der angeordnet ist, um einen Luftstrom FH zum Fahrgastraum des Fahrzeugs zu klimatisieren, - –
mindestens eine Druckminderungseinheit 13 ,15 ,17 .
- - a
compressor 7 . - - a
first heat exchanger 9 for a heat exchange between the refrigerant and the outside air flow FE, - - a
second heat exchanger 11 which is arranged to condition an air flow FH to the passenger compartment of the vehicle, - - At least one
pressure reduction unit 13 .15 .17 ,
Der Kältemittelkreislauf
Der Wärmeträgerkreislauf
Der Wärmeträgerkreislauf
Die Bestandteile des Kältemittelkreislaufs
Entsprechend sind die Bestandteile des Wärmeträgerkreislaufs
Im Betrieb nimmt der Kompressor
Der Kompressor
Die Komprimierung ermöglicht es, den Druck und die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen. Der Druck P2 des Kältemittels am Auslass des Kompressors
Das Kältemittel tritt aus dem Kompressor
Der erste Wärmetauscher
Nach der ersten beschriebenen Ausführungsform ist der erste Wärmetauscher
Eine erste Druckminderungseinheit
Insbesondere in einer Betriebsart der Entfeuchtung des Luftstroms FH zum Fahrgastraum, der später beschrieben wird, zirkuliert das Kältemittel in Reihe durch die erste Druckminderungseinheit
Beispielsweise ist die erste Druckminderungseinheit
Was den zweiten Wärmetauscher
Im Betrieb absorbiert das in den zweiten Verdampfer
Der zweite Verdampfer
Zudem ist der zweite Verdampfer
Diese Anordnung ist insbesondere interessant, um den Luftstrom FH zum Fahrgastraum zu entfeuchten, indem er durch Durchströmen des zweiten Verdampfers
Im Übrigen ist die zweite Druckminderungseinheit
Beispielsweise ist die zweite Druckminderungseinheit
Eine dritte Druckminderungseinheit
Die dritte Druckminderungseinheit
Die dritte Druckminderungseinheit
Als Variante oder zusätzlich kann eine (nicht dargestellte) Umgehungsvorrichtung parallel zur dritten Druckminderungseinheit
In einem Entfeuchtungsmodus zirkuliert insbesondere das Kältemittel in Reihe durch die zweite Druckminderungseinheit
Eine Druckminderung ermöglicht es, den Druck und die Temperatur des Kältemittels zu senken. A pressure reduction makes it possible to lower the pressure and the temperature of the refrigerant.
Die erste Druckminderung ermöglicht es, den Druck des in den zweiten Verdampfer
Der dritte Druck P3 des zweiten Verdampfers
Der Druck P3 hängt von den Parametern des Luftstroms FH zum Fahrgastraum, insbesondere vom Luftdurchsatz, von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit ab. Ein Gleichgewicht stellt sich in Abhängigkeit von den Verwendungsbedingungen ein, und als veranschaulichendes Beispiel wenn der Luftdurchsatz zunimmt, verursacht dies eine Erhöhung des Drucks P3. The pressure P3 depends on the parameters of the air flow FH to the passenger compartment, in particular the air flow, the temperature and the humidity. A balance is established depending on the conditions of use, and as an illustrative example, when the air flow rate increases, this causes an increase in the pressure P3.
Für den Entfeuchtungsmodus liegt der Bereich des Drucks P3 beispielsweise zwischen 3 und 4 bar. For the dehumidifying mode, the range of the pressure P3 is, for example, between 3 and 4 bar.
Im Übrigen kann ein (nicht dargestellter) Temperatursensor am Auslass des zweiten Verdampfers
Der Kältemittelkreislauf
Im Übrigen ist nach der beschriebenen Ausführungsform der Bi-Fluid-Wärmetauscher
Nach der dargestellten Anordnung in der einzigen Figur ist der Kondensator
Hinsichtlich des Wärmeträgerkreislaufs
Wie zuvor erwähnt, kann zudem ein zusätzlicher elektrischer Wärmetauscher
Selbstverständlich könnte auch ein zusätzlicher Wärmetauscher, beispielsweise ein elektrischer Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient PCT vorgesehen sein, der angeordnet ist, um den Luftstrom FH zum Fahrgastraum zu erhitzen. Of course, an additional heat exchanger, such as a positive temperature coefficient electrical resistance PCT could be provided, which is arranged to heat the air flow FH to the passenger compartment.
Nun wird die Ansteuerung der Klimatisierungsvorrichtung
Das Kältemittel, das in der Form eines heißen Gases mit hohem Druck und hoher Temperatur aus dem Kompressor
Parallel dazu wird das Kältemittel, nachdem es durch den Kondensator
Der Teil des Kältemittels, der zum ersten Verdampfer
In ähnlicher Weise erfährt der Teil des Kältemittels, der zum zweiten Verdampfer
Das Kältemittel verdampft dann, indem es die Hitze des Luftstroms FH, der es durchströmt, absorbiert. Der Luftstrom FH zum Fahrgastraum, das den zweiten Verdampfer
Nach der in der einzigen Figur veranschaulichten Ausführungsform strömt die Gesamtheit des Luftstroms FH zum Fahrgastraum, die durch den zweiten Verdampfer
Nach einer Alternative kann vorgesehen werden, dass ein Teil des Luftstroms FH, der aus dem zweiten Verdampfer
Im Übrigen erfährt das Kältemittel beim Austritt aus dem zweiten Verdampfer
Das Kältemittel kann anschließend zum Kompressor
Die doppelte Druckminderung stromaufwärts- und -abwärts des zweiten Verdampfers
Indem mit den Drücken der Verdampfer
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |