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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung basiert auf der am 7. Juni 2018 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-109450 , deren Beschreibung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektrische Ventilvorrichtung mit einer elektrischen Antriebseinheit.
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Hintergrund
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Eine Kältekreislaufvorrichtung für ein Fahrzeug enthält verschiedene Ventilvorrichtungen, wie sie zum Beispiel im Patentdokument 1 offenbart sind. Zum Beispiel hat ein Expansionsventil, das eine der Ventilvorrichtungen ist, einen Ventilöffnungsgrad, der situationsgemäß geändert wird, um einen Dekompressionszustand des Kältemittels zu steuern.
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Entgegenhaltungen
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Patentliteratur
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Patentdokument 1:
JP 2017 -
187 255 A -
Kurzdarstellung
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Während im Patentdokument 1 ein mechanisches Expansionsventil verwendet wird, erwägen die Erfinder, eine elektrische Expansionsventilvorrichtung zu verwenden, die eine elektrische Antriebseinheit wie einen Motor verwendet. Wenn die Ventilvorrichtung elektrifiziert wird, sollte an eine rationale Vorrichtungskonfiguration gedacht werden, die die elektrische Antriebseinheit und die umgebenden Funktionskomponenten einschließt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist, eine elektrische Ventilvorrichtung mit einer rationalen Vorrichtungskonfiguration zur Verfügung zu stellen, die eine elektrische Antriebseinheit und umgebende Funktionskomponenten einschließt.
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Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Ventilvorrichtung ein Ventil, das einen Strömungszustand von Kältemittel ändert, das in einem Zirkulationsweg einer Kältekreislaufvorrichtung strömt, und eine Antriebsvorrichtung, die das Ventil antreibt. Eine elektrische Antriebseinheit ist derart als eine Antriebsquelle der Antriebsvorrichtung vorgesehen, dass die Ventilvorrichtung eine elektrische Ventilvorrichtung ist. Die Antriebsvorrichtung umfasst die elektrische Antriebseinheit, eine Leiterplatte, auf der ein Steuerkreis definiert ist, um die elektrische Antriebseinheit zu steuern, und einen Detektor, der einen Zustand des Kältemittels erfasst. Die elektrische Antriebseinheit, die Leiterplatte und der Detektor sind in einem Gehäuse untergebracht und sind innerhalb des Gehäuses elektrisch miteinander verbunden.
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Gemäß der obigen Ausgestaltung umfasst die Antriebsvorrichtung, die das Ventil antreibt, die elektrische Antriebseinheit, die Leiterplatte, auf der der Steuerkreis montiert ist, und den Detektor, der den Zustand des Kältemittels erfasst. Die elektrische Antriebseinheit, die Leiterplatte und der Detektor sind in dem Gehäuse untergebracht und sind innerhalb des Gehäuses elektrisch miteinander verbunden. Wenn die mechanische Ventilvorrichtung in die elektrische Ventilvorrichtung umgewandelt wird, können die elektrische Antriebseinheit und der Detektor voneinander getrennt werden und es können die elektrische Antriebseinheit und die Leiterplatte voneinander getrennt werden. Allerdings müssen die elektrische Antriebseinheit, die Leiterplatte und der Detektor elektrisch miteinander verbunden werden, sodass ein wasserdichter Aufbau, der die Leitungen einschließt, stark vereinfacht werden kann, wenn die elektrische Antriebseinheit, die Leiterplatte und der Detektor innerhalb des Gehäuses elektrisch verbunden werden. Außerdem ist es möglich, die Anzahl an Leitungen und die Notwendigkeit für eine Leitungsverlaufsplanung zu reduzieren.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Konfigurationszeichnung, die eine Kältekreislaufvorrichtung zeigt, die eine Ventilvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält.
- 2 ist eine schematische Konfigurationszeichnung, die eine Expansionsventilvorrichtung zeigt.
- 3 ist ein elektrisches Blockschaltbild, das eine elektrische Konfiguration der Expansionsventilvorrichtung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine Ventilvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. In den Zeichnungen kann zur Erleichterung der Beschreibung ein Teil der Konfiguration übertrieben oder vereinfacht sein. Auch kann das Abmessungsverhältnis der Komponenten vom tatsächlichen Abmessungsverhältnis abweichen.
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Wie in 1 gezeigt ist, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für eine Kältekreislaufvorrichtung D (Wärmepumpenkreislaufvorrichtung) zur Klimatisierung eines elektrischen Fahrzeugs (etwa eines Hybridfahrzeugs oder Elektrofahrzeugs) ein Wärmetauscher 10 verwendet. Eine Fahrzeugklimaanlage enthält die Kältekreislaufvorrichtung D und ist so konfiguriert, dass sie zwischen einem Kühlmodus, in dem durch einen Verdampfer 14 gekühlte Luft in die Fahrzeugkabine geblasen wird, und einem Heizmodus, in dem durch einen Heizkörper 15 erwärmte Luft in die Fahrzeugkabine geblasen wird, umgeschaltet werden kann. Ein Kältemittelzirkulationskreis Da der Kältekreislaufvorrichtung D ist so konfiguriert, dass er zwischen einem Zirkulationskreis, der dem Kühlmodus entspricht (kühlender Zirkulationsweg β) und einem Zirkulationskreis, der dem Heizmodus entspricht (heizender Zirkulationsweg α) umgeschaltet werden kann.
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Das Kältemittel, das in dem Kältemittelzirkulationskreis Da der Kältekreislaufvorrichtung D zirkuliert, ist zum Beispiel ein FKW-basiertes Kältemittel oder ein HFO-basiertes Kältemittel. Es ist vorzuziehen, dass das Kältemittel Öl enthält, um einen Verdichter 11 zu schmieren.
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Die Kältekreislaufvorrichtung D enthält in dem Kältemittelzirkulationskreis Da den Verdichter 11, einen wassergekühlten Kondensator 12, den Wärmetauscher 10, ein Expansionsventil 13 (eine Expansionsventilvorrichtung 30) und den Verdampfer 14.
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Der Verdichter 11 ist ein elektrischer Verdichter, der außerhalb der Fahrzeugkabine in einem Motorraum angeordnet ist und Gasphasenkältemittel ansaugt und verdichtet, wodurch das Gasphasenkältemittel erwärmt wird, um es in Richtung des wassergekühlten Kondensators 12 abzugeben. Das Hochtemperatur- und Hochdruckdampfphasenkältemittel, das vom Verdichter 11 abgegeben wird, strömt in den wassergekühlten Kondensator 12. Der Verdichter 11 kann verschiedene Verdichtungsmechanismen wie einen Verdichtungsmechanismus der Scroll-Bauart und einen Verdichtungsmechanismus der Flügel-Bauart haben. Außerdem wird die Kältemittelabgabeleistung des Verdichters 11 gesteuert.
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Der wassergekühlte Kondensator 12 ist ein bekannter Wärmetauscher und umfasst einen ersten Wärmetauschabschnitt 12a, der auf dem Kältemittelzirkulationskreis Da vorgesehen ist, und einen zweiten Wärmetauschabschnitt 12b, der auf einem Zirkulationskreis C vorgesehen ist, um Wasser in einer Kühlwasserzirkulationsvorrichtung zu kühlen. Der wassergekühlte Kondensator 12 bewirkt einen Wärmetausch zwischen dem Dampfphasenkältemittel, das im ersten Wärmetauschabschnitt 12a strömt, und dem Kühlwasser, das im zweiten Wärmetauschabschnitt 12b strömt. Und zwar wird im wassergekühlten Kondensator 12 das Kühlwasser im zweiten Wärmetauschabschnitt 12b durch die Wärme des Dampfphasenkältemittels im ersten Wärmetauschabschnitt 12a erwärmt, während das Dampfphasenkältemittel im ersten Wärmetauschabschnitt 12a gekühlt wird. Daher fungiert der wassergekühlte Kondensator 12 als ein Kühler, der die Wärme des Kältemittels, das vom Verdichter 11 zum ersten Wärmetauschabschnitt 12a abgegeben wird, über das Kühlwasser und den Heizkörper 15 an die Blasluft der Klimaanlage abführt.
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Das Gasphasenkältemittel, das durch den ersten Wärmetauschabschnitt 12a des wassergekühlten Kondensators 12 gegangen ist, strömt über eine integrierte Ventilvorrichtung 24 in den Wärmetauscher 10. Der Wärmetauscher 10 ist ein außengelegener Wärmetauscher, der außerhalb der Fahrzeugkabine im Motorraum an der Frontseite des Fahrzeugs angeordnet ist. Im Wärmetauscher 10 wird Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch den Wärmetauscher 10 strömt, und Luft (Außenluft) ausgetauscht, die durch ein (nicht gezeigtes) Gebläse außerhalb der Kabine angeblasen wird.
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Im Einzelnen weist der Wärmetauscher 10 einen ersten Wärmetauschabschnitt 21 und einen zweiten Wärmetauschabschnitt 22 auf, der als ein Unterkühler fungiert. Außerdem ist der Wärmetauscher 10 mit einem Flüssigkeitsspeicher 23 integriert, der mit dem ersten Wärmetauschabschnitt 21 und dem zweiten Wärmetauschabschnitt 22 verbunden ist, wobei die integrierte Ventilvorrichtung 24 in dem Flüssigkeitsspeicher 23 vorgesehen ist. Ein Einströmweg 21a und ein Ausströmweg 21b des ersten Wärmetauschabschnitts 21 stehen mit der integrierten Ventilvorrichtung 24 in Verbindung. Außerdem steht ein Einströmweg 22a des zweiten Wärmetauschabschnitts 22 mit dem Flüssigkeitsspeicher 23 und der integrierten Ventilvorrichtung 24 in Verbindung.
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Der erste Wärmetauschabschnitt 21 fungiert im Ansprechen auf die Temperatur des Kältemittels, das im Inneren zirkuliert, als ein Kondensator oder ein Verdampfer. Der Flüssigkeitsspeicher 23 ist so konfiguriert, dass er das Dampfphasenkältemittel und das Flüssigphasenkältemittel trennt, wobei das aufgeteilte Flüssigphasenkältemittel im Flüssigkeitsspeicher 23 gespeichert wird. Der zweite Wärmetauschabschnitt 22 kühlt das Flüssigphasenkältemittel weiter, indem er Wärme zwischen dem Flüssigphasenkältemittel, das aus dem Flüssigkeitsspeicher 23 herausströmt, und der Außenluft tauscht, um den Überkühlungsgrad des Kältemittels zu erhöhen. Nach dem Wärmetausch strömt das Kältemittel in das Expansionsventil 13. Der erste Wärmetauschabschnitt 21, der zweite Wärmetauschabschnitt 22 und der Flüssigkeitsspeicher 23 werden integriert, indem sie durch zum Beispiel Verschrauben miteinander verbunden werden.
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Die integrierte Ventilvorrichtung 24 umfasst einen Ventilhauptkörper 25, der im Flüssigkeitsspeicher 23 angeordnet ist, und eine elektrische Antriebseinheit 26, die den Ventilhauptkörper 25 antreibt. Die elektrische Antriebseinheit 26 hat derart einen Motor (zum Beispiel einen Schrittmotor), dass die integrierte Ventilvorrichtung 24 eine elektrisch betätigte Ventilvorrichtung ist. Im Heizmodus wird in der integrierten Ventileinheit 24 derart der heizende Zirkulationsweg α hergestellt, dass der erste Wärmetauschabschnitt 12a des wassergekühlten Kondensators 12 und der Einströmweg 21a des ersten Wärmetauschabschnitts 21 miteinander verbunden werden und dass der Ausströmweg 21b des ersten Wärmetauschabschnitts 21 direkt mit dem Verdichter 11 verbunden wird. Im Kühlmodus wird in der integrierten Ventilvorrichtung 24 derart der kühlende Zirkulationsweg β hergestellt, dass der erste Wärmetauschabschnitt 12a des wassergekühlten Kondensators 12 und der Einströmweg 21a des ersten Wärmetauschabschnitts 21 miteinander verbunden werden und dass der Ausströmweg 21b des ersten Wärmetauschabschnitts 21 über den zweiten Wärmetauschabschnitt 22, das Expansionsventil 13 und den Verdampfer 14 mit dem Verdichter 11 verbunden wird. Die integrierte Ventilvorrichtung 24 schließt bei einem Stopp sämtliche Strömungswege. Mit anderen Worten betätigt die integrierte Ventilvorrichtung 24 den Ventilhauptkörper 25, indem sie die elektrische Antriebseinheit 26 antreibt, und sie schaltet den Betrieb im Ansprechen auf den Stoppzustand, Heizmodus und Kühlmodus um.
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Das Expansionsventil 13 ist ein Ventil, das so konfiguriert ist, dass es das Flüssigphasenkältemittel, das vom Wärmetauscher 10 zugeführt wird, dekomprimiert und expandiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Expansionsventil 13, das ein Ventilkörper ist, durch eine elektrische Antriebseinheit (einen Motor) 42 betätigt werden, um so integral eine elektrische Expansionsventilvorrichtung 30 zu konfigurieren. Die spezifische Konfiguration der Expansionsventilvorrichtung 30 wird später beschrieben. Das Expansionsventil 13 dekomprimiert das Niedertemperatur- und Hochdruckflüssigphasenkältemittel und führt das Kältemittel dem Verdampfer 14 zu.
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Der Verdampfer 14 ist ein kühlender Wärmetauscher (Verdampfer), der im Kühlmodus die Luft kühlt. Das Flüssigphasenkältemittel, das dem Verdampfer 14 vom Expansionsventil 13 zugeführt wird, tauscht mit Luft um den Verdampfer 14 herum (im Kanal der Fahrzeugklimaanlage) Wärme aus. Aufgrund des Wärmetausches wird das Flüssigphasenkältemittel verdampft und die Luft um den Verdampfer 14 herum gekühlt. Danach strömt das Kältemittel im Verdampfer 14 in Richtung des Verdichters 11 heraus und wird erneut im Verdichter 11 verdichtet.
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Als Nächstes wird eine spezifische Konfiguration der Expansionsventilvorrichtung 30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besch rieben.
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Wie in 2(a) und (b) gezeigt ist, umfasst die Expansionsventilvorrichtung 30 das Expansionsventil 13, das in einem Basisblock 31 definiert ist, und eine Antriebsvorrichtung 32, die integral am Basisblock 31 befestigt ist, um das Expansionsventil 13 anzutreiben.
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In dem Basisblock 31 der Expansionsventilvorrichtung 30 sind ein Einströmdurchgang 31a und ein Ausströmdurchgang 31b angeordnet. Das Kältemittel strömt vom zweiten Wärmetauschabschnitt 22 durch den Einströmdurchgang 31a in Richtung des Verdampfers 14. Das Kältemittel strömt vom Verdampfer 14 durch den Ausströmdurchgang 31b in Richtung des Verdichters 11. Der Einströmdurchgang 31a und der Ausströmdurchgang 31b erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander. Der Einströmdurchgang 31a und der Ausströmdurchgang 31b haben als Durchgangsform jeweils einen kreisförmigen Querschnitt. Der Basisblock 31 hat im Wesentlichen die Form eines rechteckigen Parallelepipeds. Wenn die Antriebsvorrichtung 32 auf einer oberen Fläche 31x des Basisblocks 31 befestigt ist (im Folgenden befindet sich der Basisblock 31 für die Beschreibung auf der Unterseite und die Antriebsvorrichtung 32 auf der Oberseite), sind der Einströmdurchgang 31a und der Ausströmdurchgang 31b so ausgebildet, dass sie den Basisblock 31 von einer Seitenfläche 31y1 zur anderen Seitenfläche 31y2 auf der gegenüberliegenden Seite durchdringen.
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In der Mitte des Einströmdurchgangs 31a des Basisblocks 31 ist ein vertikaler Durchgang 31c vorgesehen, der sich in der von oben nach unten gehenden Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Basisblocks 31 erstreckt. In einem Ventilunterbringungsloch 31d des Basisblocks 31, das mit einer Oberseite des vertikalen Durchgangs 31c verbunden wird, ist ein Ventilkörper 33 untergebracht. Das Ventilunterbringungsloch 31d hat im Querschnitt eine kreisförmige Form. Der Ventilkörper 33 ist ein nadelförmiges Ventilelement mit einem Spitzenende 33a, das derart nach unten geschärft ist, dass das Expansionsventil 13 aus einem Nadelventil ausgebildet ist. Das heißt, dass das Spitzenende 33a eine Öffnung 31c1 des vertikalen Durchgangs 31c öffnet und schließt, wenn sich der Ventilkörper 33 entlang seiner Achsenrichtung (der von oben nach unten gehenden Richtung in 2) vor- und zurückbewegt. Somit wird die Strömung des Kältemittels zum Einströmdurchgang 31a zugelassen oder unterbrochen und es wird der Durchsatz eingestellt.
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Der Ventilkörper 33 weist neben dem Spitzenende 33a an einem Zwischenabschnitt ein Außengewinde 33b und an einem Fußendabschnitt einen antriebsseitigen Drehkörper 44b auf, der eine magnetische Kupplung (Magnetkupplung) 44 konfiguriert. Das Außengewinde 33b ist mit einem Innengewinde 31e im Eingriff, das auf der Innenumfangsfläche des Ventilunterbringungslochs 31d ausgebildet ist, sodass die Drehung des Ventilkörpers 33 direkt in eine Linearbewegung in der Axialrichtung (vertikalen Richtung) des Ventilkörpers 33 selbst umgewandelt werden kann. Der antriebsseitige Drehkörper 44b ist koaxial am Fußendabschnitt des Ventilkörpers 33 befestigt und bildet mit einem abtriebsseitigen Drehkörper 44a, der später beschrieben wird, die magnetische Kupplung 44. Und zwar sind der abtriebsseitige Drehkörper 44a und der antriebsseitige Drehkörper 44b auf berührungslose Weise magnetisch gekoppelt. Wenn der antriebsseitige Drehkörper 44b durch die Drehung des abtriebsseitigen Drehkörpers 44a gedreht wird, wird die Drehbewegung des Ventilkörpers 33 durch das Außengewinde 33b und das Innengewinde 31a in eine Linearbewegung in der Axialrichtung des Ventilkörpers 33 umgewandelt, um mit dem Expansionsventil 13 also den Durchgang zu öffnen/schließen.
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An der oberen Fläche 31x des Basisblocks 31 ist eine Verschlussplatte 34 befestigt, um eine Öffnung 31f des Ventilunterbringungslochs 31d zu verschließen. Die Verschlussplatte 34 besteht aus Metall (zum Beispiel SUS) und hat eine flache Plattenform. Zwischen der Verschlussplatte 34 und der oberen Fläche 31x des Basisblocks 31 ist so ein ringförmiger Dichtungsring 35 vorgesehen, dass er die Öffnung 31f umgibt. Das heißt, dass die Öffnung 31f des Basisblocks 31 durch die Verschlussplatte 34 und den Dichtungsring 35 fluiddicht verschlossen wird, um den Basisblock 31 abzudichten, sodass das Kühlmittel nicht nach außen (zum Beispiel in Richtung der Antriebsvorrichtung 32) entweicht.
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Die Antriebsvorrichtung 32 ist auf der oberen Fläche 31x des Basisblocks 31 mit zum Beispiel einer (nicht gezeigten) Befestigungsschraube auf eine Weise befestigt, dass die Verschlussplatte 34 teilweise zwischen der Antriebsvorrichtung 32 und dem Basisblock 31 liegt. Die Antriebsvorrichtung 32 weist ein Gehäuse 40, das auf der Oberseite eine Öffnung 40a hat, und eine Abdeckung 41 auf, die die Öffnung 40a des Gehäuses 40 verschließt. Das Gehäuse 40 beherbergt die elektrische Antriebseinheit 42, eine Drehzahlminderungseinheit 43, den abtriebsseitigen Drehkörper 44a der magnetischen Kupplung 44, eine Leiterplatte 45 und einen Temperatur-/Druckdetektor 46.
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In der Antriebsvorrichtung 32 sind die elektrische Antriebseinheit 42, die Drehzahlminderungseinheit 43 und der abtriebsseitige Drehkörper 44a der magnetischen Kupplung 44 koaxial zum Ventilkörper 33 (antriebsseitigen Drehkörper 44b) des Expansionsventils 13 vorgesehen. Die Drehzahlminderungseinheit 43 ist unterhalb der elektrischen Antriebseinheit 42 angeordnet. Der abtriebsseitige Drehkörper 44a der magnetischen Kupplung 44 ist unterhalb der Drehzahlminderungseinheit 43 angeordnet.
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Die elektrische Antriebseinheit 42 umfasst zum Beispiel einen Schrittmotor, einen bürstenlosen Motor oder einen Bürstenmotor. Die elektrische Antriebseinheit 42 hat ihre eigenen Verbindungsanschlüsse 42x, die mit der Leiterplatte 45 verbunden sind, und wird über die Verbindungsanschlüsse 42x von der Leiterplatte 45 mit Strom versorgt. Die elektrische Antriebseinheit 42 wird durch die Stromversorgung von der Leiterplatte 45 (Steuerkreis) angetrieben, um eine Drehwelle 42a zu drehen. Außerdem umfasst die elektrische Antriebseinheit 42 ein Erfassungsobjekt (Sensormagnet) 47, das sich integral mit der Drehwelle 42a dreht. Ein Positionsgeber (Hall-IC) 48 der Leiterplatte 45 erfasst das Erfassungsobjekt 47, um Drehinformationen (Drehstellung, Geschwindigkeit usw.) der Drehwelle 42a zu erhalten. Die Drehwelle 42a der elektrischen Antriebseinheit 42 steht von der Unterseite des Hauptkörpers vor und ist mit der Drehzahlminderungseinheit 43 verbunden.
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Die Drehzahlminderungseinheit 43 wird durch zum Beispiel einen Untersetzungsgetriebemechanismus konfiguriert, der mehrere Zahnräder verwendet. Die Drehzahlminderungseinheit 43 verzögert die Drehung der Drehwelle 42a der elektrischen Antriebseinheit 42 und erhöht das Drehmoment, um die Drehung an einer Abtriebswelle 43a abzugeben. Die Abtriebswelle 43a steht von der Unterseite der Drehzahlminderungseinheit 43 vor und an dem Spitzenende der Abtriebswelle 43a ist koaxial der abtriebsseitige Drehkörper 44a der magnetischen Kupplung 44 befestigt.
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Die magnetische Kupplung 44 umfasst den abtriebsseitigen Drehkörper 44a und den antriebsseitigen Drehkörper 44b, die koaxial zueinander angeordnet sind. Der abtriebsseitige Drehkörper 44a hat eine magnetische Stirnfläche 44a1, die dem Bodenabschnitt 40b des Gehäuses 40 zugewandt ist. Der antriebsseitige Drehkörper 44b hat eine magnetische Stirnfläche 44b1, die der Verschlussplatte 34 zugewandt ist. Mit anderen Worten sind der Bodenabschnitt 40b des Gehäuses 40 und die Verschlussplatte 34 einander überlappend zwischen dem abtriebsseitigen Drehkörper 44a und dem antriebsseitigen Drehkörper 44b angeordnet. Und zwar sind der abtriebsseitige Drehkörper 44a und der antriebsseitige Drehkörper 44b, die dazu im Stande sind, sich zu drehen, derart konfiguriert, dass die magnetischen Stirnflächen 44a1 und 44b1 magnetisch aneinandergekoppelt sind, während der Bodenabschnitt 40b des Gehäuses 40 und die Verschlussplatte 34 zwischen dem abtriebsseitigen Drehkörper 44a und dem antriebsseitigen Drehkörper 44b angeordnet sind.
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Der Innenraum des Gehäuses 40, der den abtriebsseitigen Drehkörper 44a beherbergt, und der Innenraum des Basisblocks 31, der den antriebsseitigen Drehkörper 44b beherbergt, sind durch die Verschlussplatte 34 (den Bodenabschnitt 40b des Gehäuses 40) flüssigkeitsdicht aufgeteilt. Und zwar ist der antriebsseitige Drehkörper 44b in dem Raum angeordnet, in dem das Kältemittel vorkommt, während der abtriebsseitige Drehkörper 44a in dem Raum angeordnet ist, der von dem Raum getrennt ist, in dem das Kältemittel vorkommt. In diesem Fall sind in dem Raum, der flüssigkeitsdicht von dem Raum getrennt ist, in dem das Kältemittel vorkommt, neben dem abtriebsseitigen Drehkörper 44a auch die Drehzahlminderungseinheit 43, die elektrische Antriebseinheit 42, die Leiterplatte 45 und der Temperatur-/Druckdetektor 46 angeordnet, um so das Eindringen des Kältemittels in das Gehäuse 40 zu verhindern.
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Die Leiterplatte 45 ist auf der Oberseite der elektrischen Antriebseinheit 42 neben der Öffnung 40a des Gehäuses 40 angeordnet. Auf der Leiterplatte 45 sind verschiedene (nicht gezeigte) elektronische Komponenten montiert, um einen Steuerkreis auszubilden, der die elektrische Antriebseinheit 42 antreibt und steuert. Die Leiterplatte 45 ist derart angeordnet, dass ihre Ebenenrichtung entlang einer Richtung verläuft, die senkrecht zur Axialrichtung der elektrischen Antriebseinheit 42 ist, und dass sie auf der elektrischen Antriebseinheit 42 und dem Temperatur-/Druckdetektor 46 reitet.
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Der Temperatur-/Druckdetektor 46 ist mit der Leiterplatte 45 verbunden. Der Temperatur-/Druckdetektor 46 hat eine Form, die in einer Richtung lang ist, und er ist derart angeordnet, dass seine Längsrichtung entlang der vertikalen Richtung liegt. Und zwar verläuft die Längsrichtung des Temperatur-/Druckdetektors 46 parallel zur Axialrichtung der elektrischen Antriebseinheit 42. Der Temperatur-/Druckdetektor 46 ist derart angeordnet, dass zumindest die Erfassungsfläche eines Sensor-IC 46a am Spitzenende (unteren Ende) freiliegt und dass ein Ende eines Verbindungsanschlusses 46x am Fußendabschnitt (oberen Ende) nach außen vorsteht. Die anderen Teile des Temperatur-/Druckdetektors 46 sind in Harz eingegossen. Der Temperatur-/Druckdetektor 46 kann innerhalb des Gussabschnitts einen Verarbeitungs-IC oder dergleichen enthalten, um das Signal vom Sensor-IC 46a zu verarbeiten.
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Der Temperatur-/Druckdetektor 46 wird von dem Gehäuse 40 gehalten, da er in einen Stützzylinder 40c des Gehäuses 40 eingeführt ist, der vom Bodenabschnitt 40b nach unten vorsteht. Die elektrische Antriebseinheit 42 ist oberhalb des Einströmdurchgangs 31a (oberhalb des Expansionsventils 13) des Basisblocks 31 angeordnet und der Temperatur-/Druckdetektor 46 ist oberhalb des Ausströmdurchgangs 31b des Basisblocks 31 angeordnet. Der Stützzylinder 40c ist in ein Sensorbefestigungsloch 31g eingepasst, das mit dem Ausströmdurchgang 31b des Basisblocks 31 verbunden ist. Das untere Ende des Temperatur-/Druckdetektors 46 steht vom Spitzenende (unteren Ende) des Stützzylinders 40c vor. Mit anderen Worten befindet sich der Sensor-IC 46a am unteren Ende des Temperatur-/Druckdetektors 46 im Ausströmdurchgang 31b des Basisblocks 31, wenn der Stützzylinder 40c am Sensormontageloch 31g angebracht ist.
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Zwischen der äußeren Seitenfläche des Temperatur-/Druckdetektors 46 und der inneren Seitenfläche des Stützzylinders 40c ist an einer Stelle etwas oberhalb der Position des Sensor-IC 46a des Temperatur-/Druckdetektors 46 ein Dichtungsmaterial 49 vorgesehen. Das Dichtungsmaterial 49 teilt einen Raum im Ausströmdurchgang 31b des Basisblocks 31 und einen Raum im Gehäuse 40 einschließlich des Stützzylinders 40c flüssigkeitsdicht auf, sodass das Kältemittel, das im Ausströmdurchgang 31b strömt, nicht in das Gehäuse 40 gelangen kann. An der äußeren Seitenfläche des Stützzylinders 40c ist ein ringförmiger Dichtungsring 50 angebracht, der diesen umgibt. Der Dichtungsring 50 ist zwischen dem Stützzylinder 40c und der inneren Seitenfläche des Sensormontagelochs 31g angeordnet. Der Dichtungsring 50 verhindert, dass das Kältemittel, das im Ausströmdurchgang 31b strömt, aus dem Basisblock 31 nach außen austritt.
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Die Verbindungsanschlüsse 46x am oberen Ende des Temperatur-/Druckdetektors 46 sind mit der Leiterplatte 45 jeweils elektrisch verbunden. Der Sensor-IC 46a erfasst die Temperatur und/oder den Druck des Kältemittels, das im Ausströmdurchgang 31b strömt, und der Temperatur-/Druckdetektor 46 gibt jedes Erfassungssignal vom Sensor-IC 46a über den Verbindungsanschluss 46x an die Leiterplatte 45 aus.
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Auf einer Seitenfläche des Gehäuses 40 nahe der Öffnung 40a ist integral ein Verbindungsabschnitt (Stecker) 51 vorgesehen, um elektrisch mit einer fahrzeugseitigen ECU 60 (siehe 3) verbunden zu werden. Der Verbindungsabschnitt 51 hat mehrere Verbindungsanschlüsse 51x, wobei jeder Verbindungsanschluss 51x mit der Leiterplatte 45 elektrisch verbunden ist.
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Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Steuerkreis der Leiterplatte 45 einen Rechner (Mikrocomputer) 52, eine Antriebssteuereinheit (einen Antriebs-IC) 53, eine Kommunikationseinheit 54 und den Positionsgeber 48. Der Steuerkreis der Leiterplatte 45 wird von der fahrzeugseitigen ECU 60 über den Verbindungsabschnitt 51 mit Strom versorgt. Der Steuerkreis der Leiterplatte 45 versorgt den Rechner 52 mit Betriebsstrom und die elektrische Antriebseinheit (den Motor) 42 über die Antriebssteuereinheit 53 mit Antriebsstrom. Der Steuerkreis der Leiterplatte 45 verwendet zum Beispiel die Kommunikationseinheit 54, die zur LIN-Kommunikation (LIN: Local Interconnect Network) fähig ist. Die fahrzeugseitige ECU 60 und der Rechner 52 tauschen über den Verbindungsabschnitt 51 Signale aus und der Rechner 52 erhält von der fahrzeugseitigen ECU 60 einen Befehl.
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Der Rechner 52 erfasst beruhend auf dem Erfassungssignal von dem Temperatur-/Druckdetektor 46 (Sensor-IC 46a) die Temperatur und den Druck des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 14 herausströmt. Außerdem erhält der Rechner 52 mittels des Positionsgebers (Hall-IC) 48 und des Erfassungsobjekts (Sensormagnet) 47 Drehinformationen (Drehstellung, Geschwindigkeit, usw.) der Drehwelle 42a. Dann rechnet der Rechner 52, indem er den Befehl von der fahrzeugseitigen ECU 60, die Temperatur und den Druck des Kältemittels und die Drehinformationen der elektrischen Antriebseinheit 42 verwendet, und stellt jedes Mal ein passendes Steuersignal für die Antriebssteuereinheit 53 ein und gibt es an sie aus. Die Antriebssteuereinheit 53 führt jedes Mal beruhend auf dem Steuersignal den Antriebsstrom zu und steuert die Drehung der elektrischen Antriebseinheit 42.
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Auf diese Weise steuert der Steuerkreis der Leiterplatte 45 die Drehung der elektrischen Antriebseinheit 42 und stellt über die Drehzahlminderungseinheit 43 und die magnetische Kupplung 44 eine Vorrück-/Rückziehposition des Ventilkörpers 33 des Expansionsventils 13 ein, um so die Zufuhr von Kältemittel zum Verdampfer 14 zu steuern. Und zwar steuert der Steuerkreis der Leiterplatte 45 das Öffnen/Schließen des Expansionsventils 13 (der Expansionsventilvorrichtung 30), das mit der integrierten Ventilvorrichtung 24 der Fahrzeugklimaanlage ineinandergreift, zusammen mit dem Steuerkreis, der die integrierte Ventilvorrichtung 24 steuert, derart, dass die Klimatisierungssteuerung erfolgt.
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Es werden nun die Wirkungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels besch rieben.
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Gemäß der Antriebsvorrichtung 32 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beherbergt das Gehäuse 40 die elektrische Antriebseinheit (den Motor) 42, die Leiterplatte 45 mit dem Steuerkreis und den Temperatur-/Druckdetektor 46, der so konfiguriert ist, dass er den Zustand (Temperatur und Druck) des Kältemittels erfasst. Die elektrische Antriebseinheit 42, die Leiterplatte 45 und der Temperatur-/Druckdetektor 46 sind innerhalb des Gehäuses 40 elektrisch miteinander verbunden. In dem Fall, dass die mechanische Ventilvorrichtung elektrifiziert wird, können die elektrische Antriebseinheit und der Detektor voneinander getrennt werden und es können die elektrische Antriebseinheit und die Leiterplatte voneinander getrennt werden. Allerdings müssen die elektrische Antriebseinheit, die Leiterplatte und der Detektor elektrisch verbunden werden. Daher werden die elektrische Antriebseinheit 42, die Leiterplatte 45 und der Temperatur-/Druckdetektor 46 wie in der Antriebsvorrichtung 32 des vorliegenden Ausführungsbeispiels innerhalb des Gehäuses 40 elektrisch verbunden, wodurch für eine rationale Konfiguration mit einem vereinfachten wasserfesten Aufbau, der die elektrischen Leitungen einschließt, gesorgt wird, da es möglich ist, die Anzahl an elektrischen Leitungen und den Verlegungsplan der elektrischen Leitungen zu reduzieren. Auf diese Weise kann die Expansionsventilvorrichtung 30, die in der Kältekreislaufvorrichtung D für ein Fahrzeug verwendet wird, eine elektrisch betätigte Ventilvorrichtung sein, die eine rationale Vorrichtungskonfiguration hat.
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Die Antriebsvorrichtung 32 ist integral am Basisblock 31 befestigt, der das Expansionsventil 13 beherbergt und den Einströmdurchgang 31a und den Ausströmdurchgang 31b als eine Einheit hat, die ein Teil des Zirkulationswegs der Kältekreislaufvorrichtung D sind. Daher kann die Montage der Expansionsventilvorrichtung 30 akkurat und leicht erfolgen.
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Während die Antriebsvorrichtung 32 integral auf dem Basisblock 31 befestigt ist, kann das Expansionsventil 13, das in dem Basisblock 31 untergebracht ist, durch die elektrische Antriebseinheit 42 angetrieben werden. Der Temperatur-/Druckdetektor 46 kann den Zustand des Kältemittels erfassen, das durch den Zirkulationsweg im Basisblock 31 strömt.
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In dem Gehäuse 40 ist die Leiterplatte 45 (neben der Öffnung 40a) weiter als die elektrische Antriebseinheit 42 und der Temperatur-/Druckdetektor 46 von dem Basisblock 31 mit dem Zirkulationsweg des Kältemittels entfernt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem sich die Leiterplatte 45 auf der Oberseite befindet, wird das Kältemittel auch dann, wenn es in das Gehäuse 40 eindringt, daran gehindert, die Leiterplatte 45 zu erreichen, wodurch eine Beschädigung der Leiterplatte 45 unterdrückt wird.
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Da der Temperatur-/Druckdetektor 46 eine harzeingebettete, integrierte Komponente ist, die den Sensor-IC 46a und den Verbindungsanschluss 46x umfasst, fällt es leicht, den Temperatur-/Druckdetektor 46 zu handhaben und den Temperatur-/Druckdetektor 46 in die Antriebsvorrichtung 32 einzubauen.
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Der Temperatur-/Druckdetektor 46 hat eine Komponentenform, die in einer Richtung lang ist. Die Antriebsvorrichtung 32 kann kompakt gehalten werden, wenn die Längsrichtung des Temperatur-/Druckdetektors 46 parallel zur Anordnungsrichtung der elektrischen Antriebseinheit 42 und des Expansionsventils 13 (der Axialrichtung der elektrischen Antriebseinheit 42) angeordnet wird.
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Da die Leiterplatte 45 so angeordnet ist, dass sie auf der elektrischen Antriebseinheit 42 und dem Temperatur-/Druckdetektor 46 reitet, kann die elektrische Verbindung zwischen ihnen leicht und effizient erfolgen.
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Die magnetische Kupplung 44 ist auf einem Übertragungsweg zwischen der elektrischen Antriebseinheit 42 und dem Expansionsventil 13 vorgesehen, um den abtriebsseitigen Drehkörper 44a der Antriebsvorrichtung 32 (die elektrische Antriebseinheit 42) und den antriebsseitigen Drehkörper 44b des Basisblocks 31 (des Expansionsventils 13) flüssigkeitsdicht zu trennen. Es ist daher möglich, über den Übertragungsweg, der tendenziell der Eindringweg für das Kältemittel ist, noch zuverlässiger das Eindringen des Kältemittels in die Antriebsvorrichtung 32 zu verhindern. Da sich der abtriebsseitige Drehkörper 44a und der antriebsseitige Drehkörper 44b der magnetischen Kupplung 44 gegenseitig anziehen, kann außerdem das Klappern des Ventilkörpers 33 des Expansionsventils 13, das durch den Gewindemechanismus vor- und zurückbewegt wird, in der Vorwärtsrichtung unterdrückt werden.
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Die Kältekreislaufvorrichtung D ist an einem Fahrzeug zu montieren. Daher kann die Ventilvorrichtung, die in der Kältekreislaufvorrichtung für ein Fahrzeug verwendet wird, als eine elektrische Ventilvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die eine rationale Vorrichtungskonfiguration hat.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Ventilvorrichtung als eine elektrische Ventilvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die eine rationale Vorrichtungskonfiguration hat, die die elektrische Antriebseinheit und die peripheren Funktionskomponenten einschließt.
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Dieses Ausführungsbeispiel kann wie folgt abgewandelt und implementiert werden. Solange es keinen technischen Widerspruch gibt, können das oben beschriebene Ausführungsbeispiel und die folgenden Abwandlungen in Kombination miteinander implementiert werden.
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Als die elektrische Antriebseinheit 42 wird zwar ein Motor (Schrittmotor, bürstenloser Motor, Bürstenmotor oder dergleichen) verwendet, doch kann als die elektrische Antriebseinheit 42 eine andere elektrische Antriebseinheit als der Motor verwendet werden, etwa ein elektromagnetischer Solenoid.
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Die Leiterplatte 45 ist nicht darauf beschränkt, nahe an der Öffnung 40a des Gehäuses 40 angeordnet zu sein. Die Leiterplatte 45 ist nicht darauf beschränkt, oberhalb der elektrischen Antriebseinheit 42 und des Temperatur-/Druckdetektors 46 angeordnet zu sein. Die Leiterplatte 45 ist nicht darauf beschränkt, quer über der elektrischen Antriebseinheit 42 und dem Temperatur-/Druckdetektor 46 angeordnet zu sein. Zum Beispiel kann die Leiterplatte 45 näher an der elektrischen Antriebseinheit 42 oder dem Temperatur-/Druckdetektor 46 angeordnet werden. Außerdem kann die Leiterplatte 45 derart angeordnet werden, dass die Ebenenrichtung der Leiterplatte 45 entlang der vertikalen Richtung verläuft. In diesem Fall kann die Leiterplatte 45 entlang der Seitenfläche des Gehäuses 40 angeordnet werden.
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Der Temperatur-/Druckdetektor 46 ist dazu im Stande, sowohl die Temperatur als auch den Druck des Kältemittels zu erfassen. Der Detektor 46 kann dazu im Stande sein, entweder die Temperatur oder den Druck des Kältemittels zu erfassen. Der Detektor 46 kann einen anderen Zustand (Durchsatz oder Strömungsgeschwindigkeit) des Kältemittels als die Temperatur und den Druck erfassen.
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Die Drehzahlminderungseinheit 43 ist durch einen Untersetzungsgetriebemechanismus konfiguriert, der mehrere Zahnräder verwendet. Allerdings ist die Drehzahlminderungseinheit 43 nicht nur eine mechanische Drehzahlminderungseinheit wie ein Zahnradgetriebe und ein Planetengetriebe, sondern auch ein magnetischer Mechanismus, der zusammen mit der magnetischen Kupplung 44 konfiguriert sein kann. Außerdem kann anstelle des Drehzahlminderungsmechanismus ein Drehzahlerhöhungsmechanismus verwendet werden. Außerdem kann der Drehzahlminderungs- oder -erhöhungsmechanismus weggelassen werden.
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Die magnetische Kupplung 44 wird verwendet, um die elektrische Antriebseinheit 42 und das Expansionsventil 13 zu verbinden, doch kann die magnetische Kupplung 44 auch nicht verwendet werden. Es kann zum Beispiel ein allgemeiner Antriebskopplungsaufbau verwendet werden, bei dem durch das Gehäuse 40 eine Welle hindurchgeht.
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Der Ventilkörper 33 des Expansionsventils 13 besteht zwar aus einem Nadelventil, das in seiner eigenen Axialrichtung arbeitet, doch kann als der Ventilkörper 33 auch ein anderer Ventilaufbau als das Nadelventil verwendet werden.
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Der Basisblock 31 befindet sich auf der Unterseite und die Antriebsvorrichtung 32 befindet sich auf der Oberseite. Allerdings ist der Anordnungsaufbau nicht darauf beschränkt und kann passend geändert werden.
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Die Expansionsventilvorrichtung 30 besteht aus einer Einheit, die integral den Basisblock 31 und die Antriebsvorrichtung 32 umfasst, doch können der Basisblock 31 und die Antriebsvorrichtung 32 auch getrennt konfiguriert werden.
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Die vorliegende Offenbarung kann bei anderen Ventilen als der Expansionsventilvorrichtung 30 (dem Expansionsventil 13) angewandt werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Offenbarung in der Kältekreislaufvorrichtung D des obigen Ausführungsbeispiels bei der integrierten Ventilvorrichtung 24 angewandt werden.
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Die vorliegende Offenbarung wird bei der Kältekreislaufvorrichtung D angewandt, die Luft in einem Fahrzeug klimatisiert. Alternativ kann die vorliegende Offenbarung bei einer anderen Kältekreislaufvorrichtung angewandt werden, die Luft klimatisiert, die nicht für ein Fahrzeug bestimmt ist. Zum Beispiel kann die vorliegende Offenbarung bei einer Kältekreislaufvorrichtung zum Kühlen einer Batterie angewandt werden. Die vorliegende Offenbarung kann bei einer Ventilvorrichtung angewandt werden, die auf einem Kältemittelzirkulationsweg der anderen Kältekreislaufvorrichtung verwendet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018109450 [0001]
- JP 2017 [0004]
- JP 187255 A [0004]
