DE60108677T2

DE60108677T2 - Druckverminderer und Kältekreislauf zur Verwendung derselben

Info

Publication number: DE60108677T2
Application number: DE60108677T
Authority: DE
Inventors: Kurato Kariya-city Aichi-pref. Yamasaki; Shigeki Kariya-city Aichi-pref. Ito; Teruyuki Kariya-city Aichi-pref. Hotta; Yasushi Kariya-city Aichi-pref. Yamanaka; Atsushi Kariya-city Aichi-pref. Inaba
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: JP2002081800A; JP3757784B2; EP1143211A2; EP1143211A3; US6397616B2; DE60108677D1; US20010027657A1; EP1143211B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckreduzierer in einer Kältemittelkreislaufeinheit, welche für die Verwendung in einer Fahrzeug-Klimaanlage geeignet ist.
US-A-4 009 592 offenbart ein mehrstufiges Expansionsventil für ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem, wobei ein Ventilkörper, welcher durch eine Feder vorgespannt ist, in Übereinstimmung mit einem Druckunterschied verschiebbar ist, und Mehrstufen-Strömungssteuerungsöffnungen zwischen einem Kältemittelkondensor und einem Kältemittelverdampfer angeordnet sind.
Ein Druckreduzierer vom Temperaturtyp wurde normalerweise als ein Druckreduzierer verwendet, um die Strömungsrate von Kältemittel derart automatisch zu steuern, dass der Überheizgrad von Kältemittel am Ausgang eines Verdampfers auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, da die Breite von Fluktuationen eines Kreislauf-Betriebszustands in einer Fahrzeug-Klimatisierungs-Kälteerzeugungskreislaufeinheit groß ist. Der Aufbau des Temperaturdruckreduzierers ist jedoch kompliziert und teuer, da er einen Ventilantriebsmechanismus erfordert, welcher in Übereinstimmung mit dem Überheizgrad des Kältemittels an dem Ausgang des Verdampfers arbeitet.
Es wurde daraufhin in JP-A-11-257802 ein Druckreduzierer vorgeschlagen, welcher durch Weglassen des Ventilantriebsmechanismus einen einfachen Aufbau hat. Bei dieser bekannten Technik ist ein Druckreduzierer mit einem Ventilmechanismus zum Ändern eines Begrenzungsdurchmessers entsprechend einem Differentialdruck (Unterschied zwischen Hochdruck und Niedrigdruck des Kreislaufs) vor und nach dem Druckreduzierer wie in 22 in einer Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit aufgebaut. In der Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit vom Akkumulatortyp ist ein Akkumulator zum Sammeln von flüssigem Kältemittel durch Ab scheiden von Gas und Flüssigkeit des Kältemittels zwischen dem Auslass des Verdampfers und der Saugseite des Kompressors angeordnet.
Gemäß dieser bekannten Technik vergrößert der Ventilmechanismus den Begrenzungsdurchmesser, wenn die zirkulierende Strömungsrate des zirkulierenden Kältemittels mit der Abstrahlfähigkeit des Kondensors ausgeglichen wird, und der Differentialdruck beispielsweise kleiner als ein erster vorbestimmter Wert P1 im normalen Lauf ist. Der Ventilmechanismus reduziert dann den Begrenzungsdurchmesser, wenn die Abstrahlfähigkeit des Kondensors infolge der Reduzierung der kühlenden Luftmenge fällt, und der Hochdruck ansteigt, und vergrößert somit den Differentialdruck mehr als der erste vorbestimmte Wert P1 im Leerlauf. Der Ventilmechanismus vergrößert dann den Begrenzungsdurchmesser wieder, wenn die Strömungsrate des zirkulierenden Kältemittels beträchtlich infolge beispielsweise der Hochgeschwindigkeits-Rotation des Kompressors im Lauf bei hoher Geschwindigkeit ansteigt, und der Hochdruck steigt weiter an, wodurch der Differentialdruck mehr vergrößert wird als ein zweiter vorbestimmter Wert P2.
Bei der bekannten Technik senkt somit der Ventilmechanismus den Niedrigdruck durch Reduzieren des Begrenzungsdurchmessers im Leerlauf, um die Kühlfähigkeit im Leerlauf sicherzustellen und vergrößert den Begrenzungsdurchmesser beim Lauf bei hoher Geschwindigkeit, um zu verhindern, dass der Hochdruck anormal ansteigt.
Das tatsächliche Verhältnis zwischen dem Kälteerzeugungskreislauf-Betriebszustand und dem Differentialdruck (Unterschied von Hochdruck und Niedrigdruck in dem Kreislauf) vor und nach dem Druckreduzierer ist jedoch nicht einzig bzw. einheitlich bestimmt, wie in 22 gezeigt ist. Beispielsweise gibt es einen Fall, wenn der Hochdruck ansteigt und der Differentialdruck größer als der zweite vorbestimmte Wert P2 wird, wenn die Abstrahlfähigkeit des Kondensors selbst im Leerlauf extrem abfällt, wenn die Außentemperatur hoch ist oder wenn ein Verkehrsstau in einer Innenstadt auftritt und der Ventilmechanismus den Begrenzungsdurchmesser ähnlich einem Fall des Laufs bei hoher Geschwindigkeit ver größert. Als ein Ergebnis entstehen Probleme dahingehend, dass der Niedrigdruck (Kältemittelverdampfungstemperatur) ansteigt und der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors sich reduziert, wobei die Kühlfähigkeit abfällt.
Selbst beim normalen Lauf wird ein Fahrzeugübertragungsgetriebe auf einen Gang niedriger Geschwindigkeit geschaltet und die Strömungsrate des zirkulierenden Kältemittels steigt infolge der Hochgeschwindigkeits-Rotation des Kompressors merklich an, wenn eine bergaufwärts führende Straße befahren wird. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit jedoch beim Befahren der bergaufwärts führenden Straße niedrig ist, ist dieses häufig nicht in der Lage, die Kühlluftmenge des Kondensors entsprechend dem Anstieg der Strömungsrate des Kältemittels zu erhalten. Als ein Ergebnis gibt es einen Fall, in welchem der Hochdruck ansteigt und der Differentialdruck größer als der erste vorbestimmte Wert P1 wird, sowie die Abstrahlfähigkeit des Kondensors unzureichend wird. Der Ventilmechanismus reduziert den Begrenzungsdurchmesser zu dieser Zeit ähnlich zu dem Fall des Leerlaufs. Dadurch steigt der Hochdruck weiter an, wodurch die Antriebsleistung des Kompressors sich vergrößert und den Wirkungsgrad des Kreislaufs verschlechtert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit Blick auf die vorstehenden Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Druckreduzierer bereitzustellen, welcher den kleinen und einfachen Aufbau aufweist und in der Lage ist, die Strömungsrate von Kältemittel in gewünschter Weise selbst dann zu steuern, wenn die Betriebsbedingung weiträumig fluktuiert.
In der Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit vom Akkumulatortyp, in welcher ein Akkumulator zum Sammeln von flüssigem Kältemittel durch Separieren des Gases und der Flüssigkeit des Kältemittels zwischen dem Auslass des Kondensors und der Einlassseite des Kompressors angeordnet ist, wie in JP-A-11-257802 offenbart, wird gesättigtes gasförmiges Kältemittel aus dem Akkumulator eingenommen und komprimiert und abgegeben. Der Zustand (Unterkühlungsgrad oder Trockenheit) des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors ändert sich dann infolge der Fluktuationen der Kreislaufbetriebsbedingung. Es ist wirksam, den Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors in einem adäquaten Bereich (etwa 7 bis 15°C) zu halten, um den Wirkungsgrad des Kälteerzeugungskreislaufs zu verbessern.
Das heißt, wenn der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors übermäßig groß wird, steigt die Antriebsleistung des Kompressors infolge des Anstiegs des Hochdrucks an. Wenn der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors dahingegen übermäßig klein wird, sinkt der Enthalpie-Unterschied zwischen dem Einlass und dem Auslass des Verdampfers, und somit sinkt die Fähigkeit bzw. Kapazität.
Die vorliegende Erfindung erzielt dann das vorstehend genannte Ziel durch vorteilhafte Steuerung der Strömungsrate von Kältemittel in Bezug auf die Breiten-Fluktuationen der Antriebsbedingung, während der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors in einem zweckmäßigen Bereich gehalten wird.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein variables Begrenzungsmittel an der stromaufwärtigen Seite der Kältemittelströmung angeordnet. Ein festes Begrenzungsmittel ist an der stromabwärtigen Seite des variablen Begrenzungsmittels angeordnet, und Kältemittel, welches durch das variable Begrenzungsmittel durchgetreten ist, strömt stets dort hin. Ein zwischenliegender Raum ist zwischen dem variablen Begrenzungsmittel und dem festen Begrenzungsmittel vorgesehen, und eine Durchtrittsquerschnittsfläche desselben ist größer als die des festen Begrenzungsmittels. Die Länge des zwischenliegenden Raums ist größer als eine vorbestimmte Länge, welche erforderlich ist, um dem aus dem variablen Begrenzungsmittel ausgespritzten Kältemittel zu ermöglichen, sich mehr als eine Durchtrittsquerschnittsfläche des festen Begrenzungsmittels auszudehnen.
Das feste Begrenzungsmittel hat die Form einer Düse oder dergleichen. Die Änderung der Strömungsrate ist groß, d.h. eine Strömungsraten-Steuerungsausbeute ist groß in dem Bereich B, wo die Trockenheit des Kältemittels klein ist (zum Beispiel Trockenheit x < 0,1), wie durch eine Strichpunktlinie (1) in 3 angezeigt ist, welche später beschrieben wird.
Zu diesem Punkt ist dann noch zu bemerken, dass das variable Begrenzungsmittel, welches an der stromaufwärtigen Seite des Stroms von Kältemittel angeordnet ist, das unterkühlte flüssige Kältemittel an dem Auslass des Kondensors um einen vorbestimmten Grad dekomprimiert, um sich zu dem Bereich kleiner Trockenheit hin zu verändern, wobei das Gas/Flüssigkeits-Zweiphasen-Kältemittel in dem Bereich kleiner Trockenheit in das feste Begrenzungsmittel strömt, um wieder zu dekomprimieren.
Dadurch kann die Kältemittelströmungsraten-Steuerungswirkung in dem Zustand des Kältemittels, in welchem die Strömungsraten-Steuerungsausbeute groß ist, durch das feste Begrenzungsmittel durchgeführt werden, so dass eine große Kältemittelströmungsraten-Steuerungsbreite D (5) durch eine kleine Variationsbreite C des Unterkühlungsgrads erhalten werden kann, wie durch (2) in den 3 und 5 angezeigt ist, wenn die Strömungsraten-Steuerungswirkung des festen Begrenzungsmittels von dem Verhältnis zu dem Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors betrachtet wird.
Insbesondere kann, da das Begrenzungsmittel an der stromaufwärtigen Seite des Kältemittelstroms das variable Begrenzungsmittel ist, dessen Drosselöffnung gesteuert werden kann, ein adäquater Trockenheitszustand durch die Strömungsraten-Steuerungswirkung des festen Begrenzungsmittels an der stromabwärtigen Seite durch Steuern der Drosselöffnung des variablen Begrenzungsmittels in Übereinstimmung mit den Änderungen des Zustands des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors erzeugt werden.
Der Teil des Kältemittelstroms, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, und der Teil desselben, wo die Strömungsgeschwindigkeit niedrig ist, kann des Weiteren in dem zwischenliegenden Raum gemischt werden, indem das Kältemittel in dem Bereich kleiner Trockenheit, dekomprimiert durch das variable Begrenzungsmittel, zu dem zwischenliegenden Raum eingespritzt wird, wo die Durchtrittsquerschnittsfläche größer als die des festen Begrenzungsmittels ist, und durch weiteres Expandieren der Strömung von eingespritztem Kältemittel als die Querschnittsdurchtrittsfläche des festen Begrenzungsmittels innerhalb des zwischenliegenden Raums. Die eingespritzte Strömung von Kältemittel aus dem variablen Begrenzungsmittel (14) kann deshalb eine Strömung von relativ gleichmäßiger Strömungsgeschwindigkeit sein und diese gleichmäßige Strömung von Kältemittel kann stets in Übereinstimmung mit der Strömungsratenkennlinie des festen Begrenzungsmittels an der stromabwärtigen Seite begrenzt werden. Die durch (i) in 3 angezeigte Strömungsratenkennlinie kann durch die Begrenzungswirkung des festen Begrenzungsmittels stets dargestellt werden.
Als ein Ergebnis kann die Kältemittelströmungsrate in dem Breitenbereich durch die kleine Variationsbreite des Unterkühlungsgrads des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors selbst dann gesteuert werden, wenn der Kälteerzeugungskreislauf-Betriebszustand weiträumig fluktuiert. Deshalb kann der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors in einem adäquaten Bereich gehalten werden, um den Wirkungsgrad des Kreislaufbetriebs zu verbessern, wodurch der hocheffiziente Kreislaufbetrieb erzielt wird und die Kühlleistung sichergestellt wird. Da kein Ventilantriebsmechanismus erforderlich ist, welcher dem Grad des Überheizens entspricht, wie ein Temperaturtyp-Druckreduzierer, kann ferner der kleine und einfache Druckreduzierer aufgebaut werden, welcher das variable Begrenzungsmittel und das feste Begrenzungsmittel umfasst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Druckreduzierer Auslassmittel zum Ermöglichen, dass der zwischenliegende Raum mit einem stromaufwärtsseitigen Durchtritt des variablen Begrenzungsmittels selbst dann kommunizierend in Verbindung steht, wenn das variable Begrenzungsmittel geschlossen ist.
Dies ermöglicht, dass das Kältemittel selbst dann durch das Auslassmittel geströmt werden kann, wenn das variable Begrenzungsmittel geschlossen ist, so dass es möglich ist, das variable Begrenzungsmittel an einer Regelschwingung zu hindern, wenn die Strömungsrate klein ist, während das variable Begrenzungsmittel geschlossen wird, bis die Kältemittelströmungsrate auf eine vorbestimmte Strömungsrate ansteigt.
Gemäß der Erfindung weist das variable Begrenzungsmittel einen festen Ventilsitz und einen Ventilkörper auf, welcher sich bezüglich des festen Ventilsitzes verschiebt. Der Ventilkörper verschiebt sich in Übereinstimmung mit einer Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite desselben.
Es ist dadurch möglich, den Druckunterschied auf einem konstanten Wert unabhängig von den Fluktuationen des Betriebszustands zu halten, und die Strömungsraten-Steuerungswirkung des festen Begrenzungsmittels an der stromabwärtigen Seite in einem bevorzugten Zustand zu jeder Zeit zu halten, indem das unterkühlte flüssige Kältemittel an dem Auslass des Kondensors zu dem Bereich kleiner Trockenheit hin durch das variable Begrenzungsmittel geändert wird.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der Druckreduzierer Federmittel zum Drängen des Ventilkörpers zu einer Ventilschließrichtung gegen die Druckdifferenz, und wobei die Federkraft des Federmittels einstellbar ist.
Die Druckdifferenz kann dadurch durch Einstellen der Federkraft des Federmittels gesteuert werden, und der Ziel-Unterkühlgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors kann einfach durch Steuerung der Druckdifferenz gesteuert werden. Der Ziel-Unterkühlgrad kann demgemäß einfach durch Steuern der Feder kraft des Federmittels selbst dann gesteuert werden, wenn eine Wärmetauschfähigkeit infolge der Änderung der Größe des Kondensors und des Verdampfers unterschiedlich ist, und wenn der Wärmeabstrahlzustand des Kondensors geändert wird.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält der Druckreduzierer ein Rumpfelement zum Beinhalten des variablen Begrenzungsmittels. Der feste Ventilsitz ist an dem Rumpfelement derart angebracht, dass seine Position eingestellt werden kann, und die Federkraft des Federmittels wird durch Einstellen der Position des festen Ventilsitzes eingestellt.
Der Ziel-Unterkühlgrad kann dadurch einfach durch Einstellen der Position des festen Ventilsitzes bezüglich des Rumpfelements eingestellt werden.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Federkraft des Federmittels auf 3 bis 5 kg/cm² voreingestellt.
Gemäß den Experimenten und den Studien, welche durch die Erfinder durchgeführt wurden, wurde herausgefunden, dass der Unterkühlgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors auf den optimalen Bereich zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Kreisprozessbetriebs und zur Sicherstellung der Kühlleistung eingestellt werden kann, und dass die bevorzugte Strömungsraten-Steuerkennlinie, welche es ermöglicht, dass die Kältemittelströmungsrate stark durch die kleine Variation des Unterkühlgrades geändert werden kann, durch Einstellen des Federvoreinstelldrucks innerhalb dieses Bereichs erhalten werden kann.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist das variable Beschränkungsmittel einen Beschränkungsdurchtritt auf, welcher in einer Form derart ausgebildet ist, dass das Kältemittel, welches sich an einem Einlass desselben kontrahiert hat, an einer inneren Wandoberfläche des zwischenliegenden Raums anhaftet, um durch Rohrreibung dekomprimiert zu werden.
Da die Rohrreibungskraft ein Verhältnis aufweist, welches proportional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit ist, ist es möglich, die Öffnung des variablen Begrenzungsmittels dadurch zu erhöhen, dass die Tatsache verwendet wird, dass die Rohrreibungskraft ansteigt, wenn die Strömungsrate hoch ist. Sie ermöglicht auch die Wirkung des Konstanthaltens der Druckdifferenz ungeachtet der Fluktuationen der Strömungsrate, welche weiter zu verbessern ist, und erhält somit die gute Kältemittelströmungsraten-Kennlinie (Strömungsraten-Steuerausbeute) aufrecht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfüllen die Länge L2 des Begrenzungsdurchtritts und ein äquivalenter Durchmesser d2 des Begrenzungsdurchtritts ein Verhältnis L2/d2 ≥ 5.
Gemäß den Studien, welche durch die Erfinder durchgeführt wurden, wurde herausgefunden, dass der Betrieb und die Wirkung des achten Aspekts der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann, wenn die Form des Begrenzungsdurchtritts derart eingestellt wird, dass das vorstehend genannte Verhältnis zu L2/d2 > 5 konkret wird, weil der Kompressionseffekt der Rohrreibung in dem Begrenzungsdurchtritt vorteilhafterweise dargestellt wird.
Es wird bemerkt, dass der äquivalente Durchmesser bedeutet, dass wenn die Querschnittsform des Begrenzungsdurchtritts ein normaler Kreis ist, der Durchmesser des Kreises so angewandt wird, wie er ist, und wenn sie nicht kreisförmig wie eine Ellipse ist, dieser durch einen Kreis mit der gleichen Querschnittsfläche ersetzt wird, und der Durchmesser des ersetzten Kreises angewandt wird.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Fremdkörper innerhalb des Kältemittels an einer stromaufwärtigen Seite des variablen Begrenzungsmittels zu fangen, und zu verhindern, dass der kleine Durchtrittsquerschnitt des Druckreduzierers durch Fremdkörper verstopft, indem ein Filter an der stromaufwärtigen Seite des variablen Begrenzungsmittels angeordnet wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der feste Ventilsitz an der stromaufwärtigen Seite des Ventilkörpers angeordnet und die Filterung in einem Körper mit dem festen Ventilsitz angebracht.
Der Filter kann somit in einem Körper mit dem festen Ventilsitz des variablen Begrenzungsmittels ausgebildet werden, wodurch die Anzahl von Teilen gesenkt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der gesamte Druckreduzierer als ein dünner und langer Zylinder aufgebaut werden, indem das variable Begrenzungsmittel und das feste Begrenzungsmittel linear auf einer gleichen Axiallinie innerhalb des zylindrischen Rumpfelements beinhaltet ist. Demgemäß kann der Druckreduzierer einfach in dem Verlauf von Kühlleitungen angeordnet werden, selbst in einem sehr kleinen Anbringungsraum, wie einem Fahrzeugmotorraum.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit einen Kompressor zum Komprimieren und Abgeben von Kältemittel, einen Kondensor zum Kondensieren des Kältemittels von dem Kompressor, einen Druckreduzierer zum Dekomprimieren des Kältemittels von dem Kondensor, einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels, welches durch den Druckreduzierer dekomprimiert wurde, und einen Akkumulator zum Aufbewahren des Kältemittels aus dem Verdampfer. Der Druckreduzierer ist aus dem vorstehend beschriebenen Druckreduzierer zusammengesetzt.
Die Erfindung kann die Kältemittelsteuerungsraten-Steuerwirkung wirksam in einer solchen Akkumulatortyp-Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit darstellen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Kompressor durch einen Fahrzeugmotor angetrieben, ist der Kondensor an dem Bereich angeordnet, wo dieser durch Aufnahme von Fahrtwind bei der Fahrt des Fahrzeugs gekühlt wird, und kühlt der Verdampfer Luft, welche zu einem Fahrzeugraum hin ausgeblasen wird.
Obwohl der Zustand (Unterkühlgrad) des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors geneigt ist, sich stark zu ändern, infolge der Fluktuationen der Drehzahl des Kompressors, der Fluktuationen der Abstrahlfähigkeit des Kondensors, welche durch die Fluktuationen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fluktuationen der Kühlthermallast des Verdampfers in der Fahrzeug-Akkumulatortyp-Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit bewirkt werden, ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass die Kältemittelströmungsrate in vorteilhafter Weise gesteuert wird, und der Unterkühlgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors in dem adäquaten Bereich gehalten wird, selbst wenn die Betriebsbedingungen wie vorstehend beschrieben fluktuieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgabe und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen derselben leichter ersichtlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
1 eine schematische Ansicht ist, welche einen Kälteerzeugungskreislauf (erste Ausführungsform) zeigt;
2A eine Querschnittsansicht ist, welche einen Druckreduzierer (erste Ausführungsform) zeigt;
2B eine vergrößerte Ansicht zur Darstellung eines Hauptteils des Druckreduzierers (erste Ausführungsform) ist;
3 eine Kennliniendarstellung einer Kältemittelströmungsrate zur Erläuterung eines Betriebs des Kälteerzeugungskreislaufs (erste Ausführungsform) ist;
4 ein Mollier-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Kälteerzeugungskreislaufs (erste Ausführungsform) ist;
5 ein Kennliniendiagramm der Kältemittelströmungsrate zur Erläuterung des Betriebs des Kälteerzeugungskreislaufs (erste Ausführungsform) ist;
6 ein Kennliniendiagramm der Kältemittelströmungsrate ist, welches Änderungen des Unterkühlungsgrades bei Steuerung eines Federvoreinstelldrucks zeigt (erste Ausführungsform);
7 ein Graph von experimentellen Daten ist, welcher ein Verhältnis zwischen dem Federvoreinstelldruck und dem Unterkühlungsgrad zeigt (erste Ausführungsform);
8 ein Graph von experimentellen Daten ist, welcher ein Verhältnis zwischen dem Federvoreinstelldruck und der Strömungsratensteuerungs-Ausbeute zeigt (erste Ausführungsform);
9 ein Graph zur Erläuterung einer Definition der Strömungsratensteuerungs-Ausbeute in 8 (erste Ausführungsform) ist;
10 ein Kennliniendiagramm der Kältemittelströmungsrate ist, welches Änderungen des Unterkühlungsgrades in Übereinstimmung mit dem Federvoreinstelldruck zeigt (erste Ausführungsform);
11 ein Kennliniendiagramm ist, welches ein Verhältnis zwischen einer Federanhebung und der Kältemittelströmungsrate zur Erläuterung des Betriebs des Kälteerzeugungskreislaufs zeigt (erste Ausführungsform);
12 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Druckreduzierer (zweite Ausführungsform) zeigt;
13 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Druckreduzierer (dritte Ausführungsform) zeigt;
14 eine Querschnittsansicht ist, welche einen Hauptteil eines Druckreduzierers (vierte Ausführungsform) zeigt;
15 ein Kennliniendiagramm ist, welches ein Verhältnis zwischen einer Kältemittelströmungsrate und einem Differentialdruck vor und nach einem variablen Begrenzungsventil zeigt (vierte Ausführungsform);
16 ein Kennliniendiagramm ist, welches ein Verhältnis zwischen einem Unterkühlungsgrad und der Kältemittelströmungsrate an dem Einlass des Ventils zeigt (vierte Ausführungsform);
17A und 17B Querschnittsansichten zur Erläuterung druckreduzierender Wirkung des variablen Begrenzungsventils sind (vierte Ausführungsform);
18A und 18B Diagramme zur Erläuterung des Verhältnisses eines Kraftgleichgewichts sind, welches auf das variable Begrenzungsventil (vierte Ausführungsform) wirkt;
19 ein Graph von experimentellen Daten ist, welcher ein Verhältnis zwischen Unterkühlungsgrad und der Kältemittelströmungsrate an dem Einlass des Ventils zeigt (vierte Ausführungsform);
20A und 20B Querschnittsansichten eines Auswerte-Gegenstands sind, welcher zur Auswertung der Kältemittelströmungsraten-Kennlinie des Druckreduzierers verwendet wird (vierte Ausführungsform);
21A und 21B Graphen experimenteller Daten sind, welche das Auswerte-Ergebnis der Kältemittelströmungsraten-Kennlinien in dem Auswerte-Gegenstand von 20A und 20B zeigen (vierte Ausführungsform); und
22 ein Kennliniendiagramm ist, welches ein Verhältnis zwischen Differentialdruck vor und nach einem Druckreduzierer und einem Begrenzungsdurchmesser zeigt (bekannte Technik).
GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt einen Kälteerzeugungskreislauf eines Fahrzeug-Luftklimatisierungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei ein Kompressor 1 durch einen nicht gezeigten Fahrzeugmotor über eine elektromagnetische Kupplung 2 angetrieben wird. Hochdruck-Gaskältemittel, welches von dem Kompressor 1 ausgestoßen wird, strömt in einen Kondensor 3 und wird über Wärmeaustausch mit der Außenluft gekühlt und kondensiert. Es ist zu bemerken, dass der Kondensor 3 im Konkreten in einem Bereich, zum Beispiel dem vordersten Teil innerhalb des Fahrzeugmotorraums, angeordnet ist, wobei dieser durch Aufnahme von Fahrtwind bei der Fahrt des Fahrzeugs gekühlt wird. Er wird durch den Fahrtwind und durch Luft gekühlt, welche durch einen Kondensorkühllüfter geblasen wird.
Das durch den Kondensor 3 kondensierte flüssige Kältemittel wird dann durch einen Druckreduzierer 4 auf niedrigen Druck dekomprimiert und in den nebligen Gas/Flüssigkeits-Zweiphasenzustand gebracht. Der Druckreduzierer 4 ist etwas wie eine Mehrzahl von Stufen von Drosselmitteln, welche in der Richtung der Strömung des Kältemittels angeordnet sind, und seine Details werden später beschrieben. Das Niedrigdruck-Kältemittel, welches durch den Druckreduzierer 4 durchgetreten ist, verdampft in einem Verdampfer 5 durch Absorption von Wärme von Luft, welche von dem Luftklimatisierungslüfter 6 geblasen wird.
Der Verdampfer 5 ist innerhalb eines Luftklimatisierungsgehäuses 7 angeordnet und kalte Luft, welche durch den Verdampfer 5 gekühlt wurde, und dessen Temperatur durch einen Heizkernabschnitt, der nicht gezeigt ist, kontrolliert bzw. gesteuert wurde, wird dann zu einem Fahrzeugraum geblasen, wie wohlbekannt ist. Das gasförmige Kältemittel, welches durch den Verdampfer 5 durchgetreten ist, wird zu dem Kompressor 1 gesaugt, nachdem ein Akkumulator 8 das Gas von der Flüssigkeit abscheidet.
Der Akkumulator 8 scheidet das flüssige Kältemittel von dem Kältemittel an dem Auslass des Verdampfers 5 ab, um das flüssige Kältemittel zu sammeln, und ermöglicht es dem Kompressor 1, das gasförmige Kältemittel und Öl anzusaugen, welches in dem an der Bodenseite eines Behälters gesammelten flüssigen Kältemittel geschmolzen ist.
2A stellt den Aufbau des Druckreduzierers 4 in der ersten Ausführungsform dar, wobei eine Kältemittel-Rohrleitung 10 zwischen der Auslassseite des Kondensors 3 und der Einlassseite des Verdampfers 5 angeordnet ist und üblicherweise aus Metall wie Aluminium gebildet ist. Ein Rumpf 11 des Druckreduzierers 4 ist innerhalb der Kältemittel-Rohrleitung 10 aufgebaut. Dieser Rumpf 11 ist ungefähr in zylindrischer Form mittels zum Beispiel (Kunst)Harz geformt und durch einen Anschlag 12 innerhalb der Kältemittel-Rohrleitung 10 positioniert.
Dichtende O-Ringe 13 werden in konkaven Nuten 11a an der äußeren Umfangsoberfläche des Rumpfes 11 gehalten. Der Rumpf 11 wird an der Position gehalten, welche durch den Anlageabschnitt 12 bestimmt ist, indem die O-Ringe 13 in die innere Wandoberfläche der Kältemittelleitung 10 pressgepasst werden.
Der Druckreduzierer 4 ist innerhalb des Rumpfelements 11 aufgebaut und enthält die folgenden drei Elemente. Das erste ist ein variables Begrenzungsventil 14, welches an der stromaufwärtigen Seite der Flussrichtung A des Kältemittels angeordnet ist, das zweite ist ein fester Begrenzer 15, welcher an der stromabwärtigen Seite des variablen Begrenzungsventils 14 angeordnet ist, und das dritte ist ein zwischenliegender Raum (Annäherungsraum) 16, welcher zwischen dem variablen Begrenzungsventil 14 und der festen Drossel 15 vorgesehen ist.
Das variable Begrenzungsventil 14 weist einen festen Ventilsitz 17, einen Ventilkörper 18, welcher bezüglich des festen Ventilsitzes 17 verschiebbar ist, und eine Schraubenfeder 19 zur Bewirkung einer Federkraft auf den Ventilkörper 18 in der Ventilschließrichtung auf. Der feste Ventilsitz 17 und der Ventilkörper 18 sind durch (Kunst)Harz geformt und die Schraubenfeder 19 ist aus metallischem Federelement hergestellt.
Der feste Ventilsitz 17 weist einen Scheibenabschnitt 17a und einen zylindrischen Abschnitt 17b auf, welcher in einem Körper mit dem Mittelteil des Scheibenabschnitts 17a ausgebildet ist. Eine kleine Auslassöffnung 17c ist an der Mitte des zylindrischen Abschnitts 17b ausgebildet. Diese Auslassöffnung 17c bildet Kommunikationsmittel zur ständigen kommunizierenden Verbindung des zwischenliegenden Raums 16 mit einem stromaufwärtigen Durchtritt 20 des variablen Begrenzungsventils 14 mit einer kleinen Öffnung, selbst dann, wenn das variable Begrenzungsventil 14 geschlossen ist, wie in 2A gezeigt. Der Durchmesser d1 der Auslassöffnung 17c ist beispielsweise so klein wie ⌀ 1,0 mm.
Der Scheibenabschnitt 17a weist Bypass-Öffnungen 17d um den zylindrischen Abschnitt 17b herum auf. Die Bypass-Öffnungen 17d sind in eine Mehrzahl von Öffnungen um den zylindrischen Abschnitt 17b in Form eines Bogens, Kreises oder dergleichen unterteilt. Die Mehrzahl von Bypass-Öffnungen 17d ermöglichen einer hinreichenden Menge von Kältemittel unter Umgehung der Auslassöffnung 17c zu strömen, wenn das variable Begrenzungsventil 14 geöffnet ist (siehe 2B). Die gesamte Öffnungsquerschnittsfläche der Mehrzahl von Umgehungsöffnungen 17d ist dahingehend eingestellt, so groß wie ein Mehrfaches oder mehr der Öffnungsquerschnittsfläche der Auslassöffnung 17c zu sein.
Ein Gewinde 17e ist an der äußeren Umfangsoberfläche des Scheibenabschnitts 17a gebildet, um so den Scheibenabschnitt 17a an der inneren Umfangsoberflä che des stromaufwärtigen Seitenendes des Rumpfes 11 anzubringen und zu befestigen. Hier kann der Scheibenabschnitt 17a mechanisch an den Rumpf 11 unter Verwendung anderer Befestigungsmittel anstelle der Anbringung und Befestigung durch das Gewinde 17e befestigt werden.
Der Ventilkörper 18 ist ein Zylinder, wobei ein Begrenzungsdurchtritt 18a, welcher aus einem kreisförmigen Loch kleinen Durchmessers ausgebildet ist, an der Mitte desselben ausgebildet ist. Der Durchmesser d2 des Begrenzungsdurchtritts 18a ist größer als der Durchmesser d1 der Auslassöffnung 17c und ist beispielsweise etwa ⌀ 1,8 mm. Eine geneigte konkave Fläche (stromaufwärtiges Ende) 18b, welches mit einer geneigten Kantenfläche 17f des zylindrischen Abschnitts 17b in Presskontakt steht, ist an dem stromaufwärtsseitigen Ende des Ventilkörpers 18 ausgebildet.
Demgemäß kann die Öffnungsfläche des Einlassquerschnitts des Begrenzungsdurchtritts 18a durch Änderung des Spalts zwischen der geneigten Kantenfläche 17f des zylindrischen Abschnitts 17b und der geneigten konkaven Fläche 18b des stromaufwärtsseitigen Endes des Ventilkörpers 18 kontrolliert bzw. gesteuert werden. Ein vergrößerter Öffnungsabschnitt 18c, dessen Öffnungsquerschnittsfläche allmählich vergrößert ist, ist an dem stromabwärtsseitigen Ende des Begrenzungsdurchtritts 18a ausgebildet. Der vergrößerte Öffnungsabschnitt 18c reduziert einen plötzlichen Vergrößerungsverlust von Strömung des Kältemittels, welches aus dem Auslassquerschnitt des Begrenzungsdurchtritts 18a ausströmt.
Ein Ende der Schraubenfeder 19 liegt gegen die stromabwärtsseitige Endfläche des Ventilkörpers 18 an und das andere Ende wird an eine gestufte Fläche 11b gestützt, welche an der inneren Umfangsfläche des Rumpfes 11 ausgebildet ist. Es ist zu bemerken, dass die Federkraft der Schraubenfeder 19 durch Einstellen der Anbringungsposition des festen Ventilsitzes 17 an dem Rumpf 11 eingestellt werden kann. Das heißt, die Federkraft der Schraubenfeder 19 kann durch Einstellen der Position der Axialrichtung des Ventilkörpers 18 durch Einstellen der Anbringungsposition des festen Ventilsitzes 17 durch das Gewinde 17e des Scheibenabschnitts 17a eingestellt werden.
Da der Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts des Ventilkörpers 18 auf den Ventilkörper 18 als eine Kraft in der Ventilöffnungsrichtung wirkt, und die Federkraft der Schraubenfeder 19 auf den Ventilkörper 18 als eine Kraft in der Ventilschließrichtung wirkt, wird der Ventilkörper 18 in der Axialrichtung verschoben, um die Öffnungsfläche des Einlassteils des Begrenzungsdurchtritts 18a derart zu steuern, dass die Druckdifferenz bei einem vorbestimmten Wert gehalten wird, welcher durch die Federkraft der Schraubenfeder 19 bestimmt ist. Das heißt, das variable Begrenzungsventil 14 arbeitet als ein Konstant-Differentialdruck-Ventil und 2B zeigt einen Zustand, in welchem der Ventilkörper 18 zu der Seite der Schraubenfeder 19 verschoben ist, wodurch das Ventil geöffnet wird.
Der feste Begrenzer 15 ist an dem untersten Ende des Rumpfes 11 in der Form einer Düse mit einem glatten Durchtritt kontrahierender Form ausgebildet, dessen Querschnitt kreisbogenförmig ist. Obwohl der Fall des Formens des festen Begrenzers 15 direkt an dem stromabwärtigsten Ende des Rumpfes 11 in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, kann der feste Begrenzer 15 aus Metall oder dergleichen separat von dem Rumpfelement 11 ausgebildet werden und dann in einem Rumpf mit dem Rumpf 11 durch das stromabwärtige Ende mittels Einsatzformen oder dergleichen hergestellt werden. Der Durchmesser d3 des kleinsten Querschnitts des festen Begrenzers 15 ist bei der vorliegenden Ausführungsform dahingehend eingestellt, gleich dem Durchmesser d2 des Begrenzungsdurchtritts 18a des Ventilkörpers 18 (⌀ 1,8 mm zum Beispiel) zu sein.
Der zwischenliegende Raum 16 bewirkt, dass der feste Begrenzer 15 seine ursprüngliche Begrenzungswirkung durch die Strömungsraten-Kennlinien zeigt, indem die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels durch Mischen des Teils von Ausstoßströmung des Kältemittels, dessen Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, und des Teils, dessen Strömungsgeschwindigkeit niedrig ist, angeglichen wird, indem in die Strömungsfläche von Kältemittel, welches aus dem Begrenzungs durchtritt 18a des variablen Begrenzungsventils 14 an seiner stromabwärtigen Seite mehr vergrößert wird als die Durchtrittsquerschnittsfläche des festen Begrenzers 15 an der stromabwärtigen Seite desselben.
Hier ist der Durchmesser d4 des zwischenliegenden Raums 16 vollständig größer als der Durchmesser d2 des Begrenzungsdurchtritts 18a, sowie der Durchmesser d3 des festen Begrenzers 15 (etwa ⌀ 4,8 mm zum Beispiel) und seine Länge L ist dahingehend eingestellt, länger als die vorbestimmte Länge zu sein, welche erforderlich ist, um die Strömung des Kältemittels, welches aus dem Begrenzungsdurchtritt 18a ausgestoßen wird, mehr zu vergrößern als die Durchtrittsquerschnittsfläche des festen Begrenzers 15. Die Länge L ist etwa 40 mm in diesem Beispiel.
Es wird bemerkt, dass in dem in 2 gezeigten strukturellen Beispiel die Strömung von Kältemittel, welches aus dem Begrenzungsdurchtritt 18a ausgestoßen wird, in den festen Begrenzer 15 strömt, nachdem es wieder an der inneren Wandfläche des zwischenliegenden Raums 16 durch die Dimensionseinstellung anhaftet, welche vorstehend beschrieben ist (Durchmesser d4 und Länge L) und durch den vergrößerten Öffnungsabschnitt 18c an dem stromabwärtigen Ende des Begrenzungsdurchtritts 18a.
Ein Filter 21 ist an dem stromabwärtigsten Ende des Rumpfes 11 angeordnet. Der Filter 21 fängt Fremdkörper wie Metallspanstaub und dergleichen, welche in dem Kältemittel enthalten sind, um ein Verstopfen des kleinen Begrenzungsdurchtrittabschnitts in dem Druckreduzierer 4 zu verhindern. Der Filter 21 enthält ein Sieb 21a, welches aus (Kunst)Harz oder dergleichen ausgebildet ist, und einen beringten bzw. ringförmigen (Kunst)Harzrahmen 21b zum Tragen und Befestigen des Siebes 21a. Der Rahmen 21b ist an dem stromaufwärtigsten Ende des Rumpfes 11 durch die Befestigungs-Verankerungsstruktur oder dergleichen befestigt, welche die Elastizität des Harzes verwendet.
Wie in 2A gezeigt, ist der gesamte Druckreduzierer 4 in der dünnen und langen zylindrischen Form kleinen Durchmessers unter Anordnung des Filters 21, des variablen Begrenzungsventils 14, des zwischenliegenden Raums 16 und des festen Begrenzers 15 in linearer Weise auf derselben Axiallinie entlang der Flussrichtung A des Kältemittels ausgebildet.
Als nächstes wird ein Betrieb der ersten Ausführungsform, welche wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, erläutert. Wenn der Kompressor 1 durch den Fahrzeugmotor in 1 angetrieben wird, zirkuliert das Kältemittel innerhalb des Kälteerzeugungskreislaufs, wiederholt den Kreislauf des Komprimierens des Kältemittels durch den Kompressor 1, Kondensierens des Kältemittels durch den Kondensor 3, Reduzierens des Drucks des Kältemittels durch den Druckreduzierer 4, Verdampfens des Kältemittels durch den Verdampfer 5, Abscheidens von Gas und Flüssigkeit des Kältemittels durch den Akkumulator 8, und Ansaugens des Kältemittels durch den Kompressor 1.
Der Betriebszustand ändert sich weiträumig in dem Fahrzeugklimatisierungs-Kälteerzeugungskreislauf wie die Fluktuationen der Abgabefähigkeit des Kompressors 1, welche durch die Fluktuationen der Geschwindigkeit des Fahrzeugmotors, der Fluktuationen der Abstrahlfähigkeit des Kondensors 3, welcher durch die Fluktuationen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fluktuationen der Kühllast des Verdampfers 5 (der Fluktuationen von Luftausblasmenge, der Fluktuationen der Temperatur und Feuchtigkeit der angesaugten Luft) und andere bewirkt werden. Demgemäß ist es wichtig, die Strömungsrate des zirkulierenden Kältemittels und den Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors in Übereinstimmung mit diesen Kreislaufbetriebsbedingungen zu steuern, um die Kühlfähigkeit sicherzustellen und die Wirksamkeit des Kälteerzeugungskreislaufs zu verbessern.
3 erläutert den Kältemittelströmungsraten-Steuerbetrieb des Druckreduzierers 4 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform, wobei der feste Begrenzer 15 an der stromabwärtigen Seite des Druckreduzierers 4 in der Form einer Düse ausgebildet ist, und seine Strömungsratenkennlinie dadurch gekennzeichnet ist, dass die Variation der Strömungsrate groß ist (Strömungsratensteuerungs-Ausbeute ist hoch), dies in einem Bereich B, wo die Trockenheit des Kältemittels klein ist (zum Beispiel Trockenheit x < 0,1), wie durch eine Strichpunktlinie (i) in 3 gezeigt ist.
In der ersten Ausführungsform ist das variable Begrenzungsventil 14 als das Stationärdifferentialdruck-Ventil an der stromaufwärtigen Seite des festen Begrenzers 15 angeordnet, um den Druck des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors 3 durch einen vorbestimmten Wert durch die Druckreduzierungswirkung des variablen Begrenzungsventils 14 zu reduzieren, und um das Kältemittel in dem Gas- und Flüssigkeits-Zweiphasenzustand und in dem Bereich, in welchem die Trockenheit klein ist, in den festen Begrenzer 15 hinein strömen zu lassen.
Dies wird unter Verwendung eines in 4 gezeigten Mollier-Diagramms erläutert. Das Kältemittel an dem Auslass des Kondensors 3 ist in dem Zustand von Punkt "a" und weist einen vorbestimmten Unterkühlungsgrad SC auf. Wenn das Hochdruck-Flüssigkältemittel mit diesem Unterkühlungsgrad SC in einen Druckreduzierer 4 einströmt, wird es um einen vorbestimmten Wert ΔP durch die dekomprimierende Wirkung des variablen Begrenzungsventils 14 zunächst dekomprimiert. Dann wird das Hochdruckkältemittel zu dem Gas/Flüssigkeits-Zweiphasenzustand (Punkt b) mit der kleinen Trockenheit x1 verschoben. Da hier das variable Begrenzungsventil 14 die Funktion des Stationärdifferentialdruck-Ventils spielt, wird seine Dekompressionsbreite stets auf dem vorbestimmten Wert ΔP gehalten.
Als nächstes wird das Kältemittel in dem Gas/Flüssigkeits-Zweiphasenzustand aus dem Begrenzungsdurchtritt 18a des Ventilkörpers 18 des variablen Begrenzungsventils 14 zu dem zwischenliegenden Raum 16 ausgestoßen, und strömt in den festen Begrenzer 15 durch den zwischenliegenden Raum 16. Der zwischenliegende Raum 16 kann hier eine Strömung von Kältemittel herstellen, welche eine relativ gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit aufweist, indem der Teil des Stroms von Kältemittel, welcher aus dem Begrenzungsabschnitt 18a aus gestoßen wird, dessen Strömungsgeschwindigkeit hoch ist, und des Teils, dessen Geschwindigkeit niedrig ist, gemischt wird.
Demgemäß kann, da das Kältemittel mit der gleichmäßigen Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit in den festen Begrenzer 15 einströmt, die Strömungsratenkennlinie, welche durch (i) in 3 gezeigt ist, zuverlässig durch die Drosselwirkung des festen Begrenzers 15 dargestellt werden. Wenn das variable Begrenzungsventil 14 an der stromaufwärtigen Seite und der feste Begrenzer 15 an der stromabwärtigen Seite dicht angeordnet sind, strömt das durch das variable Begrenzungsventil 14 dekomprimierte Kältemittel an der stromaufwärtigen Seite in den festen Begrenzer 15 mit nicht gleichmäßiger Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit, während es den Einfluss der Dekompression behält. Es ermöglicht ein Ergebnis, dass es nicht in der Lage ist, die Kältemittelströmungsraten-Kennlinien darzustellen, welche auf der ursprünglichen Drosselwirkung des festen Begrenzers 15 basieren.
Somit kann der feste Begrenzer 15 die Kältemittelströmungsraten-Steuerungswirkung ausführen, während er das unterkühlende Flüssigkältemittel an dem Auslass des Kondensors 3 zu dem Bereich niedriger Trockenheit hin (in den Zustand, in welchem die Strömungsratensteuerungs-Ausbeute groß ist) ändert. Als ein Ergebnis erweist sich die Wirkung der Strömungsratensteuerung des festen Begrenzers 15 so, wie es durch (ii) in den 3 und 5 gezeigt ist, wenn dies von dem Verhältnis mit dem Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors gesehen wird. Das heißt, eine große Kältemittelströmungsraten-Steuerungsbreite D (5) kann durch die kleine Variationsbreite C des Unterkühlungsgrads erhalten werden.
Wenn beispielsweise die Kühlthermallast des Verdampfers 5 groß wird und eine große Kältemittelströmungsrate erforderlich ist, ist es demgemäß möglich, die erforderliche Kältemittelströmungsrate einfach dadurch zu erhalten, indem der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors um einen kleinen Grad erhöht wird. Es unterdrückt das Ansteigen der Kompressorleistung und verbessert die Wirksamkeit des Kreislaufbetriebs, weil es verhindern kann, dass der Unterkühlungsgrad zur Zeit hoher Last übermäßig wird, und dass der Hochdruck anormal ansteigt.
Wenn hingegen die Kühlthermallast des Verdampfers 5 klein wird und nur eine kleine Kältemittelströmungsrate erforderlich ist, kann die Kältemittelströmungsrate auf das Niveau reduziert werden, welches der Thermallast entspricht, indem einfach der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors um einen kleinen Grad reduziert wird. Es ermöglicht, den hocheffizienten Betrieb des Kreislaufs aufrecht zu erhalten, indem das beträchtliche Absinken des Unterkühlungsgrads des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors selbst dann unterdrückt wird, wenn die Last niedrig ist, und durch Unterdrücken der Reduktion von Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Verdampfers 5.
Es wird bemerkt, dass obwohl die Kältemittelströmungsraten-Steuerungswirkung des Druckreduzierers 4 vorstehend erläutert wurde, indem die Fluktuationen von Kühlthermallast des Verdampfers 5 exemplarisch dargestellt wurden, der Betriebszustand merklich in dem Fahrzeugklimaanlagen-Kälteerzeugungskreislauf durch die Fluktuationen der Abgabefähigkeit des Kompressors 1 infolge der Fluktuationen von Motorgeschwindigkeit, und der Fluktuationen von Abstrahlfähigkeit des Kondensors 3, infolge der Fluktuationen der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie vorstehend beschrieben fluktuiert. Obwohl der Zustand des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors (Unterkühlungsgrad oder Trockenheit) dazu neigt, sich zusammen mit den Fluktuationen eines solchen Betriebszustands in dem Akkumulatortyp-Kälteerzeugungskreis in 1 zu ändern, ist es möglich, mit solchen Fluktuationen des Betriebszustands durch die erste Ausführungsform umzugehen, indem die Kältemittelströmungsrate durch Ändern des Unterkühlungsgrads um einen kleinen Grad weiträumig geändert wird.
Es wird dann durch die erste Ausführungsform möglich, die Variationsbreite des Unterkühlungsgrads bezüglich der Fluktuationen des Betriebszustands innerhalb eines vorbestimmten Bereichs innerhalb 7 bis 15°C beispielsweise zu halten, wel ches beim Betrieb des Kreislaufs effizient ist. Sie trägt somit zur Verbesserung der Effizienz beim Betrieb des Kreislaufs bei.
Eine unterbrochene Linie (iii) in 5 bezeichnet Kältemittelströmungsraten-Steuerungskennlinien in einem Vergleichsbeispiel, welches nur ein Kapillarrohr als einen Druckreduzierer verwendet. Das Kapillarrohr erfordert eine im Vergleich zu der Unterkühlungsgrad-Variationsbreite C, welche vorstehend beschrieben wurde, weite große Unterkühlungsgrad-Variationsbreite E, um die Kältemittelströmungsraten-Steuerungsbreite D, welche vorstehend beschrieben wurde, zu erhalten, und behindert den hocheffizienten Betrieb des Kreislaufs.
Des Weiteren ist, wie aus der vorstehenden Erläuterung zu verstehen ist, die Dekompressionsbreite stets auf dem vorbestimmten Wert ΔP gehalten, weil das variable Begrenzungsventil 14 als das Stationärdifferentialdruck-Ventil arbeitet. Demgemäß ist es stets möglich, die Kältemittelströmungsrate weiträumig durch Ändern des Unterkühlungsgrades um einen kleinen Grad selbst zu den breiten Fluktuationen des Betriebszustands zu ändern, indem zuvor die Trockenheit des Kältemittels an dem Einlass des festen Begrenzers 15 dahingehend eingestellt wird, dass es in den kleinen Trockenheitsbereich B in 3 beim Betrieb während normaler Last durch Auswahl dieses vorbestimmten Werts ΔP fällt.
Wenn der feste Begrenzer als das Kapillarrohr als stromaufwärtsseitiges Drosselmittel des festen Begrenzers 15 verwendet wird, ändert sich eine Menge von Druckverlust vor und nach dem festen Begrenzer auf der Grundlage der Strömungsratenkennlinien dieser stromaufwärtsseitigen festen Begrenzerdrossel und die Trockenheit des Kältemittels an dem Einlass des stromaufwärtsseitigen festen Begrenzers 15 fluktuiert weiträumig, wodurch die Strömungsratenkennlinien des stromabwärtsseitigen festen Begrenzers 15 verschlechtert werden, wie durch eine unterbrochene Linie (iv) in 3 angezeigt ist.
Die folgenden Errungenschaften können aus der ersten Ausführungsform erhalten werden, weil die Dekompressionsbreite ΔP des variablen Begrenzungsventils 14 einfach durch Steuern der Federkraft der Schraubenfeder 19 durch die Gewindeanbringungsposition des stationären Ventilsitzes 17 gesteuert werden kann.
6 ist ein Kältemittelströmungsraten-Steuerkennliniendiagramm entsprechend 5, wobei der Begriff "Federvoreinstelldruck" das ist, was die Federkraft der Schraubenfeder 19 ausgedrückt in Begriffen des Drucks ist (Einheit ist kg/cm²). (ii) in 6 sind die Kältemittelströmungsraten-Steuerkennlinien durch die erste Ausführungsform in den 3 und 5. (v) ist die Kältemittelströmungsraten-Kennlinie, wenn die Schraubenanbringungsposition des stationären Ventilsitzes 17 zu der linken Seite in 2 bewegt wird, d.h. zu der Seite, in welcher der Federvoreinstelldruck (Federkraft) der Schraubenfeder 19 reduziert ist, dies im Vergleich zu dem Fall den Kennlinien (ii). (vi) ist die Kältemittelströmungsrate-Steuerkennlinie, wenn die Schraubenanbringungsposition des stationären Ventilsitzes 17 zu der rechten Seite in 2 bewegt ist, d.h. zu der Seite, in welcher der Federvoreinstelldruck (Federkraft) der Schraubenfeder 19 erhöht ist, dies im Vergleich zu dem Fall den Kennlinien (ii).
Das variable Begrenzungsventil 14 neigt dazu, in dem Fall der Kältemittelströmungsraten-Steuerkennlinie (v) zu öffnen, weil der Federvoreinstelldruck der Schraubenfeder 19 sinkt und die Dekompressionsbreite ΔP des variablen Begrenzungsventils 14 infolge der Kennlinien (ii) sinkt. Als ein Ergebnis ist der Kreislauf-Hochdruck mit dem Druck, welcher kleiner als der der Kennlinien (ii) im Fall der Kältemittelströmungsraten-Steuerkennlinie (v) ausgeglichen, so dass der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors zu einem Wert SC2 wird, welcher kleiner als SC1 in den Kennlinien (ii) ist.
Das Begrenzungsventil 14 ist in dem Fall der Kältemittelströmungsraten-Steuerkennlinie (vi) schwer zu öffnen, weil der Federvoreinstelldruck der Schraubenfeder 19 ansteigt und die Dekompressionsbreite ΔP des variablen Begrenzungsventils 14 durch die Kennlinien (ii) ansteigt. Als ein Ergebnis wird der Kreislauf-Hochdruck mit dem Druck, welcher höher als der der Kennlinien (ii) ist, ausgeglichen, so dass der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors zu einem Wert SC3 wird, welcher größer als SC1 in den Kennlinien (ii) ist.
Somit kann der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors einfach gesteuert werden, indem der Federvoreinstelldruck der Schraubenfeder 19 des variablen Drosselventils 14 gesteuert wird, so dass der Unterkühlungsgrad einfach in dem optimalen Bereich um 7 bis 15°C beispielsweise gesteuert werden kann, um die Effizienz des Kreislaufbetriebs selbst dann zu verbessern, wenn ein Unterschied von Wärmetauschfähigkeit infolge einer Änderung der Größe des Kondensors 3 und des Verdampfers 5 auftritt, und ein Unterschied der Abstrahlmenge infolge von Änderungen des Aufbaus im Anbringen des Kondensors 3 in dem Fahrzeug auftritt. Es ist in der Praxis sehr annehmlich.
Als nächstes werden konkrete numerische Beispiele des Federvoreinstelldrucks der Schraubenfeder 19 des variablen Begrenzungsventils 14 erläutert. 7 zeigt experimentelle Daten, welche durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, und welche das Verhältnis zwischen dem Federvoreinstelldruck der Feder 19 des variablen Drosselventils 14 und dem Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors zeigen. Die Bedingungen im Hauptexperiment in 7 sind; Einlasslufttemperatur des Kondensors 3 und des Verdampfers 5 ist von 30 bis 40°C und die Drehzahl des Kompressors 1 ist 800 bis 3000 U/min.
Wie aus 7 zu verstehen ist, fällt der Unterkühlungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors in den Bereich von 7 bis 15°C in den Bereich, wenn der Federvoreinstelldruck in dem Bereich von 3 bis 5 kg/cm² ist.
Der Unterkühlungsgrad von 7 bis 15°C ist aus den folgenden Gründen der optimale Bereich beim Betrieb des Kälteerzeugungskreislaufs. Diese sind, der Kreislauf-Hochdruck neigt zum übermäßigen Ansteigen, wodurch in dem Zustand, wenn der Unterkühlungsgrad etwa 15° übersteigt, die Kompressorleistung erhöht und der Kreislaufwirkungsgrad gesenkt wird. Es ist nicht zu bevorzugen, den Unterkühlungsgrad unterhalb etwa 7°C zu senken, da es wahrscheinlich ist, die Differenz der Enthalpie zwischen dem Einlass und dem Auslass des Verdampfers 5 zu reduzieren, und somit die Kühlkapazität zu reduzieren. Der Bereich des Unterkühlungsgrads von 7 bis 15°C ist somit der optimale Bereich sowohl vom Aspekt des Tiefhaltens der Kompressorleistung und vom Aspekt des Sicherstellens der Kühlkapazität aus betrachtet.
8 zeigt das Verhältnis zwischen der Strömungsratensteuerungs-Ausbeute des Druckreduzierers 4 mit dem variablen Begrenzungsventil 14 und dem Federvoreinstelldruck der Schraubenfeder 19 des variablen Begrenzungsventils 14. Die Strömungsratensteuerungs-Ausbeute ist hier konkret das Verhältnis (D/C) der Variation D der Kältemittelströmungsrate, welche in 9 gezeigt ist, und der Variation C des Unterkühlungsgrads des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors. 10 zeigt Änderungen der Strömungsraten-Steuerungskennlinien, welche durch den Federvoreinstelldruck bewirkt werden, und zeigt, dass die Variation der Strömungsrate bezüglich den Änderungen des Unterkühlungsgrads sich allmählich infolge des Ansteigens des Federvoreinstelldrucks reduziert. Dies bedeutet, dass die Strömungsraten-Steuerungskennlinie infolge des Ansteigens des Federvoreinstelldrucks herabgesetzt wird, d.h. dass sich die Strömungsratensteuerungs-Ausbeute reduziert.
Eine unterbrochene Linie C in 8 zeigt die Strömungsratensteuerungs-Ausbeute des Druckreduzierers 4 an, welcher nur aus dem festen Begrenzer 15 zusammengesetzt ist (kein variables Begrenzungsventil 14 aufweist). Die Strömungsratensteuerungs-Ausbeute wird auf das Niveau reduziert, welches gleich der unterbrochenen Linie C ist, wenn der Federvoreinstelldruck 7 kg/cm² übersteigt. Dahingegen wurde herausgefunden, dass die Strömungsratensteuerungs-Ausbeute einen Wert (etwa 15) in der Nähe des Maximalwerts in dem Bereich des Federvoreinstelldrucks von 3 bis 5 kg/cm² annimmt, welcher die bevorzugten Strömungsraten-Steuereigenschaften zeigt.
Ein anderes Merkmal der ersten Ausführungsform wird als nächstes erläutert. Da die Auslassöffnung 17c mit kleinem Durchmesser durch den zylindrischen Abschnitt 17b des befestigten Ventilsitzes 17 des variablen Beschränkungsventils 14 hindurch ausgebildet ist, kann der zwischenliegende Raum 16 stets mit dem stromaufwärtigen Durchtrittsabschnitt 20 des variablen Beschränkungsventils 14 mit einer kleinen Öffnung durch die Auslassöffnung 17c und den Beschränkungsdurchtritt 18a des Ventilkörpers 18 selbst dann kommunizierend verbunden sein, wenn das variable Beschränkungsventil 14 geschlossen ist, wie in 2A gezeigt ist.
Wenn jedoch kein Auslassdurchtritt durch die Auslassöffnung 17c mit kleinem Durchmesser vorgesehen ist, öffnet sich das variable Beschränkungsventil 14 selbst dann, wenn die Strömungsrate des Kältemittels klein ist. Das variable Beschränkungsventil 14 öffnet sich dann in dem Zustand, wenn die Anhebung (Federkompressionsgrad) der Schraubenfeder 19 klein ist, wenn die Strömungsrate klein ist, wie durch eine unterbrochene Linie (vii) in 11 gezeigt ist, die Wirkung der Schraubenfeder 19 wird instabil und das variable Beschränkungsventil 14 neigt dazu, ein Regelschwingen (hunting) in dem Öffnungs/Schließ-Betrieb zu bewirken.
Da jedoch in der ersten Ausführungsform der Auslassdurchtritt, welcher durch die Auslassöffnung 17c hindurch verläuft, stets ausgebildet ist, strömt das Kältemittel durch den Auslassdurchtritt, wobei dieser durch die Auslassöffnung 17c hindurchtritt, und der geschlossene Zustand des variablen Begrenzungsventils 14 wird aufrechterhalten, bis das Kältemittel auf eine vorbestimmte Menge Q1 (eine Strömungsrate, welche Druckverlust entsprechend dem vorbestimmten Wert ΔP, welcher vorstehend beschrieben wurde, bewirkt) ansteigt, wie durch eine durchgezogene Linie (viii) in 11 angezeigt ist. Wenn die Kältemittelströmungsrate den vorbestimmten Wert Q1 übersteigt, steigt dann die Anhebung (Federkompressionsmenge) der Schraubenfeder 19 plötzlich an und das variable Beschränkungsventil 14 öffnet sich. Deshalb ist es möglich, die Regelschwingung des Ven tilöffnungsbetriebs zu verhindern, welche durch die kleine Anhebung der Schraubenfeder 19 bewirkt wird.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wurde die Auslassöffnung 17c kleinen Durchmessers, welche die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite des variablen Begrenzungsventils 14 ständig kommunizierend verbindet, durch den zylindrischen Abschnitt 17b des festen Ventilsitzes 17 des variablen Begrenzungsventils 14 ausgebildet. In der zweiten Ausführungsform ist eine Auslassöffnung 18d kleinen Durchmessers durch das Ventil 18 des variablen Begrenzungsventils 14 ausgebildet, wie in 12 gezeigt ist. Dadurch wird der mittlere Teil des stationären Ventilsitzes 17 zu einem säulenförmigen Abschnitt 17b'.
In Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform ist die Auslassöffnung 18d parallel zu dem Begrenzungsdurchtritt 18a des Ventilkörpers 18 vorgesehen, so dass die Auslassöffnung 18d es stets ermöglicht, dass die stromaufwärtige Seite des variablen Begrenzungsventils 14 mit der stromabwärtigen Seite desselben selbst dann stets in kommunizierender Verbindung steht, wenn das variable Begrenzungsventil 14 (der Ventilkörper 18) geschlossen ist. Das Auslassmittel der zweiten Ausführungsform kann demgemäß dieselbe Wirkung wie die erste Ausführungsform zeigen.
(Dritte Ausführungsform)
In den ersten und zweiten Ausführungsformen ist der Rahmen 21b des Filters 21 an dem stromaufwärtigsten Ende des Rumpfes 11 befestigt. In der dritten Ausführungsform ist ein ringförmiger (Kunst)Harzrahmen 21b, welcher zu der stromaufwärtigen Seite des Stroms des Kältemittels ragt, aus Harz in einem Körper mit einem Scheibenabschnitt 17a des festen Ventilsitzes 17 des variablen Beschränkungsventils 14 ausgebildet, wie in 13 in der dritten Ausführungsform gezeigt ist, um so das Sieb 21a durch den Rahmen 21b zu stützen und zu befestigen.
Die ermöglicht den stützenden und befestigenden Abschnitt des Filters 21 in einem Körper zu dem festen Ventilsitz 17 selbst auszubilden, und ihre Kostenreduktion, welche durch die Reduzierung einer Anzahl an Teilen zu erzielen ist.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform bezieht sich auf eine Verbesserung zur Erhöhung der Kältemittelströmungsraten-Steuerungsausbeute (Kältemittelströmungsraten-Steuerbreite/Unterkühlungsgrad) in Bezug auf Änderungen des Unterkühlungsgrads des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors.
14 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Hauptteils des Druckreduzierers 4, wobei das variable Begrenzungsventil 14 im Grund als das Festdifferentialdruck-Ventil arbeitet, welches den Differentialdruck ΔP vor und nach dem variablen Begrenzungsventil 14 konstant hält, wie vorstehend beschrieben wurde. Der Differentialdruck ΔP vor und nach dem variablen Begrenzungsventil 14 erhöht sich jedoch tatsächlich teilweise infolge der Erhöhung von Druckverlust an dem variablen Begrenzungsventil 14, infolge des Ansteigens der Strömungsrate.
15 zeigt das Verhältnis zwischen dem Differentialdruck ΔP vor und nach dem variablen Begrenzungsventil 14 und der Kältemittelströmungsrate. Der Differentialdruck ΔP neigt dazu, sich infolge der Erhöhung einer Strömungsrate zu erhöhen, wie durch eine unterbrochene Linie F in 15 in dem allgemeinen Aufbau des Festedifferentialdruck-Ventils angezeigt ist. Der allgemeine Aufbau des Festdifferentialdruck-Ventils ist hier der Öffnungstyp in 18B, welcher später beschrieben wird. Der Differentialdruck ΔP = Hochdruck Ph an der stromaufwärtigen Seite des Ventils – Druck des zwischenliegenden Teils Pm. Die vierte Ausführungsform zielt auf die Kennlinie ab, welche den Differentialdruck ΔP beinahe konstant hält, ungeachtet der Variation der Kältemittelströmungsrate, wie eine durchgezogene Linie G in 15 zeigt.
Wenn der longitudinale Differentialdruck ΔP infolge des Ansteigens der Kältemittelströmungsrate wie eine unterbrochene Linie F in 15 ansteigt, steigt der Hochdruck an und der Unterkühlungsgrad SC des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors steigt an, wie es aus dem Mollier-Diagramm in 4 ersichtlich ist.
16 zeigt das Verhältnis zwischen der Kältemittelströmungsrate Gr und dem Unterkühlungsgrad SC des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors. Je höher die Strömungsrate ist, desto größer wird der Unterkühlungsgrad SC des Kältemittels an dem Auslass des Kondensors, wie durch eine unterbrochene Linie H in 16 durch den allgemeinen Aufbau eines Festdifferentialdruck-Ventils angezeigt ist.
Als ein Ergebnis sinkt (verschlechtert sich) die Kältemittelströmungsraten-Steuerungsausbeute (Kältemittelströmungsraten-Steuerungsbreite D/Unterkühlungsgrad-Variationsbreite E) gegenüber der Kennlinie der unterbrochenen Linie H in 16.
Unter Beachtung des Begrenzungsdurchtritts 18a des Ventilkörpers 18 in dem variablen Begrenzungsventil 14 erhält dann die vierte Ausführungsform Ventilkennlinien, welche den Differentialdruck ΔP vor und nach dem variablen Begrenzungsventil 14 fast konstant hält, ungeachtet der Variation der Kältemittelströmungsrate, wie durch die Kennlinie der durchgezogenen Linie G in 15 angezeigt ist, indem der Begrenzungsdurchtritt 18a veranlasst wird, die dekomprimierende Wirkung durch seine Rohrreibung ähnlich einem Kapillarrohr darzustellen. Die Kältemittelströmungsratensteuerungs-Ausbeute (Kältemittelströmungsraten-Steuerungsbreite D/Unterkühlungsgrad-Variationsbreite C) wird dadurch vergrößert, wie die Kennlinie einer durchgezogenen Linie I in 16.
17A zeigt die Druck reduzierende Wirkung des variablen Begrenzungsventils 14 der vierten Ausführung, und 17B zeigt ein Vergleichsbeispiel (in derselben Form des allgemeinen Öffnungstyp-Festdifferentialdruckventils) der vierten Aus führungsform. Bei der Konstruktion des variablen Begrenzungsventils 14 zeigt der Begrenzungsdurchtritt 18a die Druck reduzierende Wirkung durch seine Rohrreibung ähnlich dem Kapillarrohr, wenn das Verhältnis der Länge L2 zum Durchmesser d2 als L2/d2 > 5 eingestellt wird, wobei d2 der Durchmesser des Beschränkungsdurchtritts 18a des Ventilkörpers 18 und L2 die Länge desselben ist.
Die Verluste des Rohrleitungssystems wie eine Öffnung enthalten hier Verluste plötzlicher Kontraktion, Rohrreibung und plötzliche Expansion. Im Falle, dass die Form der Öffnung wie die des Vergleichsbeispiels von 17B ist, in welcher die Länge L2 relativ kurz im Vergleich zu dem Durchmesser d2 des Beschränkungsdurchtritts 18a ist, strömt die Kältemittelströmung, welche plötzlich an dem Einlassabschnitt des Beschränkungsdurchtritts 18a kontrahiert wird, aus dem Auslassabschnitt des Beschränkungsdurchtritts 18a zu dem zwischenliegenden Raum 16, während sie von der Wandoberfläche des Beschränkungsdurchtritts 18a getrennt wird (in anderen Worten, bevor die Strömung des Kältemittels wieder an der Wandoberfläche anhaftet). Als ein Ergebnis wirkt keine Rohrreibungskraft, weil kein Druck reduzierender Effekt infolge der Rohrreibung an dem Beschränkungsdurchtritt 18a auftritt.
Gemäß der vierten Ausführungsform ist es jedoch möglich, den Beschränkungsdurchtritt 18a mit einer Länge, welche länger als die für die Strömung von von der Wandoberfläche des Beschränkungsdurchtritts 18a abgetrennte Strömung von Kältemittel nötig ist, indem diese plötzlich an dem Einlassabschnitt des Beschränkungsabschnitts 18a kontrahiert wird, um wieder an der Wandoberfläche des Durchtritts anzuhaften, indem das Verhältnis der Länge L2 auf den Durchmesser d2 des Beschränkungsdurchtritts 18a des Ventilkörpers 18 eingestellt wird, als (L2/d2) > 5 einzustellen, wie in 17A gezeigt ist.
Der Beschränkungsdurchtritt 18a zeigt dadurch den Druck reduzierenden Betrieb durch die Rohrreibung ähnlich dem Kapillarrohr, so dass die Rohrreibungskraft auf die Wandoberfläche des Beschränkungsdurchtritts 18a wirkt. In Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform hält dann das Verhältnis von Fs = F1 + F2, wie in
18A gezeigt, wobei Fs die Federkraft der Schraubenfeder 19 ist, F1 die Kraft ist, welche durch den Differentialdruck ΔP vor und nach dem Ventil bewirkt wird, und F2 die Rohrreibungskraft des Beschränkungsdurchtritts 18a ist. Während dessen wirkt keine Rohrreibungskraft und Fs = F1, wie in 18B gezeigt ist, im Falle des Vergleichsbeispiels des Öffnungstyps.
Da die Rohrreibungskraft F2 proportional zu dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit ist, wird die Rohrreibungskraft F2 groß, wenn die Strömungsrate hoch ist. Dann wird die Schraubenfeder 19 zusammen mit dem Ventilkörper 18 hinein geschoben, so dass die Öffnung des Einlassabschnitts des Beschränkungsdurchtritts 18a ansteigt. Das heißt, gemäß der vierten Ausführungsform in 15 vergrößert sich die Öffnung des Einlassabschnitts des Beschränkungsdurchtritts 18a, und der Differentialdruck ΔP reduziert sich infolge des Vergrößerns der Rohrreibungskraft F2, wie durch einen Pfeil a angezeigt ist, wenn die Strömungsrate hoch ist.
Im Falle des Vergleichsbeispiels des Öffnungstyps vergrößert sich jedoch der Differentialdruck ΔP zusammen mit der Vergrößerung der Kältemittelströmungsrate, wie durch eine unterbrochene Linie F in 15 gezeigt ist, weil sich die Öffnung des Einlassabschnitts des Beschränkungsdurchtritts 18a nicht erhöht infolge der Rohrreibungskraft F2. Als ein Ergebnis ist es gemäß der vierten Ausführungsform möglich, die Ventilkennlinie zu erhalten, welche den Differentialdruck ΔP vor und nach dem variablen Drosselventil 14 fast konstant halten kann, ungeachtet des Vergrößerns der Kältemittelströmungsrate, wie durch eine durchgezogene Kennlinie G in 15 angezeigt ist. Sie ermöglicht dann, dass die Kältemittelströmungsratensteuerungs-Ausbeute (Kältemittelströmungsraten-Steuerbreite/Unterkühlungsgrad-Variationsbreite) so vergrößert zu werden, wie eine durchgezogene Kennlinie I in 16.
19 zeigt experimentelle Daten, welche die Wirkung der Verbesserung der Kältemittelströmungsraten-Steuerungsausbeute in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform verifizieren, wobei die Strömungsratenkennlinien durch Fixie ren des Durchmessers des Begrenzungsdurchtritts 18a auf d2 = ⌀ 1,9 mm und durch Änderung der Länge L2 auf sechs Längen von 1, 2, 4, 6, 8 und 10 mm ausgewertet wurden. In Ausdrücken der experimentellen Bedingungen wurde die Kältemittelströmungsrate dadurch gemessen, indem der Druck (Hochdruck) an dem Einlass des variablen Beschränkungsventils 14 auf Ph = 1,08 MPa konstant gehalten wurde, indem der Druck (Niedrigdruck) an dem Auslass des festen Begrenzers 15 auf P1 = 0,36 MPa konstant gehalten wurde, und durch Verwenden des Unterkühlungsgrads SC des Kältemittels an dem Einlass des variablen Begrenzungsventils 14 als ein Parameter. Hier wurde als ein experimentelles Objekt eine einzelne Öffnung oder Kapillare für dieses verifizierende Experiment verwendet.
Die Kältemittelströmungsrate wurde dahingehend eingestellt, dimensionslos zu sein, indem die Strömungsrate Gr_SC=0 des Kältemittels des Unterkühlungsgrads SC = 0 an dem Einlass auf 1 gesetzt wurde, und in der vertikalen Achse als Kältemittelströmungsraten-Verhältnis aufgetragen wurde. Wie aus 19 zu verstehen ist, kann die Kältemittelströmungsrate auf das 1,5-fache geändert werden, indem der Unterkühlungsgrad SC = 0 bis 10°C geändert wird, wenn die Länge L2 10 mm und L2/d2 größer als 5 ist (vierte Ausführungsform). Die Kältemittelströmungsrate ändert sich jedoch nur um das 1,25-fache oder weniger, indem der Unterkühlungsgrad SC = 0 bis 10°C in dem anderen Vergleichsbeispiel (eines, in welchem L2/d2 4,2 oder weniger ist) geändert wird.
Das heißt, es kann gesehen werden, dass die Kältemittelströmungsraten-Steuerungsausbeute durch Setzen von (L2/d2) > 5, wie in der vierten Ausführungsform, erheblich vergrößert werden kann.
20A zeigt einen Auswertegegenstand (i), welcher auf der Grundlage der vierten Ausführungsform tatsächlich konstruiert wurde, und 20B zeigt einen Auswertegegenstand (ii) als ein Vergleichsfall. (L2/d2) = 8,3 in dem Auswertegegenstand (i) und (L2/d2) = 1,4 in dem Auswertegegenstand (ii).
21A zeigt Änderungen des Differentialdrucks ΔP vor und nach dem variablen Begrenzungsventil 14 bezüglich der Änderungen der Kältemittelströmungsrate. Ein erwünschtes Ergebnis dahingehend, in der Lage zu sein, den Differentialdruck ΔP fast in dem konstanten Bereich von etwa 0,53 bis 0,54 MPa in dem Auswertegegenstand (i) zu den Änderungen der Kältemittelströmungsrate Gr = 100 bis 200 kg/h zu halten. Es ist deshalb möglich, die Variationsbreite des Unterkühlungsgrads SC des Kältemittels an der stromaufwärtigen Seite des variablen Begrenzungsventils 14 in dem relativ kleinen Bereich von 10 bis 15°C zu den Änderungen der Kältemittelströmungsrate Gr = 100 bis 200 kg/h durch den Auswertegegenstand (i) zu unterdrücken, wie in 21B gezeigt ist.
Die Variationsbreite des Differentialdrucks ΔP bezüglich der Änderung der Kältemittelströmungsrate des Auswertegegenstands (ii) wird jedoch weitaus größer als der des Auswertegegenstands (i), wie in 21A gezeigt ist. Als ein Ergebnis verbreitert sich die Variationsbreite des Unterkühlungsgrads SC des Kältemittels an der stromaufwärtigen Seite des Ventils auf den Bereich von 10 bis 20°C bezüglich der Änderung der Kältemittelströmungsrate Gr = 100 bis 200 kg/h, wie in 21B gezeigt ist, und senkt (verschlechtert) somit die Kältemittelströmungsraten-Steuerausbeute.
(Modifikationen)
Es wird bemerkt, dass obwohl die Fälle der Verwendung des festen Begrenzers 15 mit der Form einer Düse als die Begrenzung an der stromabwärtigen Seite in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert wurde, es ebenso möglich ist, eine Öffnung, ein Venturi-Rohr und dergleichen als das feste Begrenzungsmittel außer der Düse zu verwenden.
Ebenso wurde, obwohl die Fälle des Vorsehens der Auslassöffnungen 17c und 18d zur kommunizierenden Verbindung der Durchtritte vor und nach dem variablen Begrenzungsventil 14 selbst dann, wenn das variable Begrenzungsventil 14 geschlossen ist, in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erläutert wurde, eine Fahrzeug-Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit, welche automatisch stoppt, wenn der Lastzustand der Kühlthermallast niedrig ist, zum Beispiel wenn die Außenlufttemperatur niedrig ist, in die praktische Verwendung umgesetzt wurde. Die Auslassöffnungen 17c und 18d können in einer solchen Kälteerzeugungs-Kreislaufeinheit weggelassen werden, weil die Verwendungsbedingung, wenn die Kältemittelströmungsrate niedrig wird, selten ist.

Claims

Druckreduzierer zum Dekomprimieren von Kältemittel, umfassend: ein Rumpfteil (11), welches einen dazwischen liegenden Raum (16) darin begrenzt; ein variables Beschränkungsmittel (14), welches an einer bezüglich des Kältemittelstroms stromaufwärtigen Seite des dazwischen liegenden Raums (16) vorgesehen ist, wobei das variable Beschränkungsmittel (14) einen festen Ventilsitz (17) und einen Ventilkörper (18) enthält, wobei sich der Ventilkörper (18) in Übereinstimmung mit einem Druckunterschied zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite desselben verschiebt; ein Federmittel (19) zum Drängen des Ventilkörpers (18) in eine Ventilschließrichtung gegen den Druckunterschied; und ein festes Beschränkungsmittel (15), welches an einer bezüglich des Kältemittelstroms stromabwärtigen Seite des dazwischen liegenden Raumes vorgesehen ist, in welches Kältemittel, das durch das variable Beschränkungsmittel (14) durchgetreten ist, strömt, wobei eine Durchtrittsquerschnittsfläche des dazwischen liegenden Raumes (16) größer als eine Durchtrittsquerschnittsfläche des festen Beschränkungsmittels (15) ist, eine Länge und ein Durchmesser des dazwischen liegenden Raums (16) größer als eine vorbestimmte Länge und ein vorbestimmter Durchmesser ist, welcher) dem von dem variablen Beschränkungsmittel (14) ausgestoßenen Kältemittel ermöglicht, sich weiter auszudehnen als die Durchtrittsquerschnittsfläche des festen Beschränkungsmittels (15), wobei das variable Beschränkungsmittel (14) einen Beschränkungsdurchtritt (18a) aufweist, und der Beschränkungsdurchtritt (18a) in einer derartigen Form ausgebildet ist, dass das Kältemittel, welches sich an dessen Einlass kontrahierte, an einer inne ren Wandoberfläche des dazwischen liegenden Raums anhaftet, um durch Reibung dekomprimiert zu werden.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1, wobei eine Länge L2 des Beschränkungsdurchtritts (18a) und ein äquivalenter Durchmesser d2 des Beschränkungsdurchtritts (18a) ein Verhältnis L2/d2 > 5 erfüllen.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1, wobei ein Beschränkungsdurchtritt des festen Beschränkungsmittels in einer Düse ausgebildet ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1, umfassend ein Entnahmemittel (17c, 18d) zum Ermöglichen, dass der dazwischen liegende Raum (16) kommunizierend mit einem stromaufwärtigen Durchtritt (20) des variablen Beschränkungsmittels (14) verbunden ist, selbst wenn das variable Beschränkungsmittel (14) geschlossen ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 4, wobei das Entnahmemittel (17c) innerhalb des festen Ventilsitzes (17) ausgebildet ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 4, wobei das Entnahmemittel (18d) innerhalb des Ventilkörpers (18) ausgebildet ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1, wobei die Federkraft des Federmittels (19) einstellbar ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 7, wobei der feste Ventilsitz (17) an dem Rumpfelement (11) derart angebracht ist, dass eine Position desselben eingestellt werden kann und die Federkraft des Federmittels (19) durch Einstellen der Position des festen Ventilsitzes (17) eingestellt wird.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 7, wobei die Federkraft des Federmittels (19) bei 3 bis 5 kg/cm² voreingestellt ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1, des Weiteren einen Filter (21) umfassend, welcher an der stromaufwärtigen Seite des einstellbaren Beschränkungsmittels (14) angeordnet ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 10, wobei der feste Ventilsitz (17) an der stromaufwärtigen Seite des Ventilkörpers (18) angeordnet ist, und der Filter (21) integral an den festen Ventilsitz (17) angefügt ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1, wobei das Rumpfelement zylindrisch ausgebildet ist und das variable Beschränkungsmittel (14) und das feste Beschränkungsmittel (15) linear auf einer gleichen Axiallinie in dem Rumpfelement (11) enthalten ist.
Kältemittelkreislauf-Einheit, umfassend: einen Kompressor (1) zum Komprimieren und Abgeben von Kältemittel; einen Kondensor (3) zum Kondensieren des Kältemittels von dem Kompressor (1); einen Druckreduzierer (4) gemäß Anspruch 1 zum Dekomprimieren des Kältemittels von dem Kondensor (3); einen Verdampfer (5) zum Verdampfen des Kältemittels, welches durch den Druckreduzierer (4) dekomprimiert wurde; und einen Sammler (8) zum Speichern des Kältemittels von dem Verdampfer (5), und zum Abscheiden eines Gasphasenkältemittels von einem Flüssigphasenkältemittel.
Kältemittelkreislauf-Einheit gemäß Anspruch 13, wobei der Kompressor (1) durch einen Fahrzeugmotor angetrieben wird, der Kondensor (3) bei einem Bereich angeordnet ist, wo dieser durch Aufnahme von Fahrtwind beim Fahren des Fahrzeugs gekühlt wird, und der Verdampfer (5) Luft kühlt, welche zu einem Fahrzeugraum ausgeblasen wird.