DE60300323T2

DE60300323T2 - Ausflussverhinderungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60300323T2
Application number: DE2003600323
Authority: DE
Inventors: Hisatoshi Hachioji-shi Hirota; Tokumi Hachioji-shi Tsugawa
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-05-03
Also published as: US20030213516A1; JP2003336941A; EP1364818A1; ES2237722T3; DE60300323D1; JP4063584B2; US6966365B2; EP1364818B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf einen Kühlkreis entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung, die verhindert, dass in einer Automobil-Klimaanlage enthaltenes Kältemittel in den Fahrzeuginnenraum ausströmt.
In Automobil-Klimaanlagen werden CFC-Substitute als Kältemittel studiert, z. B. Kohlendioxyd, und zwar im Hinblick auf globale Umweltprobleme, da Chlorfluor-Kohlenwasserstoffe die Ozonschicht zerstören und die durch Ozonlöcher eintretenden ultravioletten Strahlen für die humane Gesundheit gefährlich sind.
Ein typischer Kühlkreis enthält einen Kompressor, einen Gaskühler, eine Expansionsvorrichtung zum Absenken des Druckes in dem von dem Gaskühler gelieferten Kältemittel, und einen Verdampfer zum Verdampfen des im Druck reduzierten Kältemittels durch Wärmeaustausch mit Luft im Innenraum eines Fahrzeugs. Bei Verwendung von Kohlendioxyd als Kältemittel können an bestimmten Stellen stromab des Verdampfers ein Akkumulator zum Speichern exzessiven Kältemittels und ein interner Wärmetauscher zum Kühlen des durch den Gaskühler gekühlten Kältemittels durch Kältemittel vorgesehen sein, das von dem Akkumulator zu dem Kompressor gefördert wird. Im Fahrzeuginnenraum ist nur der Verdampfer angeordnet, um, z. B., die Innenluft zu kühlen. Mit Kohlendioxyd als das Kältemittel ist jedoch der Systemdruck viel höher als in einem Kühlkreis, der ein Kältemittel auf der Basis von CFC verwendet, so dass deshalb im Kühlkreis verwendete Komponententeile hochdruckresistent sein müssen.
An dem im Fahrzeuginnenraum angeordneten Verdampfer kann trotz eines hochdruckresistenten Designs des Verdampfers ein Riss auftreten, durch den Kältemittel ausströmt. Falls Kohlendioxyd nach außen in den Fahrzeuginnenraum strömt, tritt im Fahrzeuginnenraum Sauerstoffknappheit auf, die für Insassen gefährlich ist. In einem aus EP 0 923 548 B bekannten Kühlkreis ist das in der Auslasspassage des Wärmetauschers angeordnete Rückschlagventil mit dem in einer Einlasspassage zu dem Wärmetauscher angeordneten Absperrventil in bezüglich des Drucks gekoppelter Weise kombiniert durch eine Membrane, die die Einlass- und die Auslass-Passagen voneinander separiert. Sobald das Rückschlagventil seine Absperrposition erreicht hat, nimmt der Druck an der Stromabseite des Rückschlagventils zu, während der Druck in der Einlasspassage die Membrane versetzt. Die Versetzung der Membrane wird durch einen Betätigungsschaft auf das Ventilelement des Absperrventils übertragen, so dass das Ventilelement des Absperrventils in seine Absperrposition gebracht wird.
Weiterer Stand der Technik ist enthalten in US-A-5 271 559 und EP-A-0417 172.
Es ist ein Gegenstand der Erfindung, eine baulich einfache Ausström-Verhinderungsvorrichtung anzugeben, die ausgebildet ist zu verhindern, dass im Falte eines Risses des Wärmetauschers Kältemittel in exzessivem Maß in den Fahrzeuginnenraum ausströmt. Ein anderer Gegenstand besteht darin, einen strukturell einfachen Kühlkreis zu schaffen, der es automatisch vermeidet, dass im Falle eines Risses des Wärmetauschers Kältemittel in exzessivem Maß ausströmt.
Die oben erwähnten Gegenstände lassen sich erreichen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 12.
Wenn der Wärmetauscher oder Verdampfer gebrochen ist, dann wird der Druck an der Stromaufseite des Rückschlagventils niedriger als derjenige an der Stromabseite, so dass das Rückschlagventil geschlossen wird, wobei in mit der Operation des Rückschlagventils gekoppelter Weise das Absperrventil geschlossen wird. Konsequent werden unmittelbar nach dem Bruch das Absperrventil und das Rückschlagventil, die an entsprechenden Stellen stromauf und stromab des Wärmetauschers angeordnet sind, geschlossen, sogar falls Fluid aufgrund des Bruches des Wärmetauschers aus diesem ausströmt, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass Fluid weiterhin aus dem Wärmetauscher ausströmt.
Falls der Verdampfer gebrochen ist, wird die Druckrelation über das Rückschlagventil umgekehrt, wodurch das Rückschlagventil voll geschlossen wird, und auch das Absperrventil voll geschlossen wird, und zwar in mit dem Rückschlagventil gekoppelter Weise. Dies gestattet es, zu verhindern, dass Kältemittel (Kohlendioxyd) aus dem Verdampfer in den Fahrzeuginnenraum ausströmt. Da das Absperrventil in Abstimmung auf Differentialdruck operiert, der spontan generiert wird durch eine Strömung des Kältemittels durch das Rückschlagventil, ist es nicht erforderlich, das Absperrventil durch ein elektrisches Signal von außen her zu steuern. Da die Druckaufnahmefläche des Absperrventils in dem normalen geschlossenen Zustand des Ventils und die Kolbenfläche so eingestellt sind, dass sie einander gleich sind, ist das Absperrventil in der Lage, Öffnungs-/Schließoperationen einfach in Abhängigkeit vom Differentialdruck über das Rückschlagventil auszuführen, ohne dabei durch Druck von der Hochdruckseite her beeinflusst zu sein.
Da der Kolben des Absperrventils mit der Verbindungspassage ausgebildet ist, um die Kammern vor und hinter dem Kolben miteinander zu verbinden, ist es möglich, Kältemittel zirkulieren zu lassen auf einer Weise, gemäß der der Evaporator umgangen wird, sogar dann, wenn der Kompressor betrieben wird, nachdem der Verdampfer gebrochen ist, so dass ein abnormaler Anstieg zu hohem Druck verhindert werden kann.
Indem alternativ das Absperrventil als ein Dreiwegeventil ausgebildet wird, kann die Ventilstruktur vereinfacht werden, was dazu beiträgt, die Herstellungskosten zu reduzieren.
Weiterhin wird es durch Kombinieren der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung mit der Expansionsvorrichtung zur Bildung einer einstückigen Einrichtung möglich, die Komponententeile in kompakter Größe auszubilden, um dadurch die Montierbarkeit in einem Fahrzeug zu verbessern.
Schließlich wird durch integriertes Vorsehen eines Ladeventils zum Einfüllen von Kältemittel, und zwar auf der Stromabseite des Absperrventils oder auf der Stromaufseite des Rückschlagventils, erreicht, dass es möglich ist, auch den Verdampfer mit Kältemittel zu füllen, wenn Kältemittel eingefüllt wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Systemdiagramm eines Kühlkreises mit einer Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung gemäß der Erfindung;
2 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung in einem geschlossenen Status;
3 einen Querschnitt der ersten Ausführungsform, in einem offenen Status;
4 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung in einem geschlossenen Status;
5 einen Querschnitt der zweiten Ausführungsform, in einem offenen Status;
6 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform einer Ausström-Verhinderungsvorrichtung, in einem geschlossenen Status;
7 einen Querschnitt der dritten Ausführungsform in einem offenen Status;
8 einen Querschnitt einer vierten Ausführungsform einer Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung, in einem geschlossenen Status; und
9 ein Systemdiagramm eines Kühlkreises mit einer fünften Ausführungsform einer Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung.
Ein in 1 gezeigter Kühlreis enthält einen Kompressor 1 zum Komprimieren eines Kältemittels, z. B. Kohlendioxyd, einen Gaskühler 2 zum Kühlen des vom Kompressor 1 komprimierten Kältemittels, das hohe Temperatur und hohen Druck hat, einen internen Wärmetauscher 3, eine Expansionsvorrichtung 4 zum Reduzieren des Drucks in dem gekühlten Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel zum Umwandeln des Kältemittels in ein Niedrigtemperatur- und Niedrigdruck-Kältemittel, eine Ausström-Verhinderungs- Vorrichtung 5 zum Unterdrücken des Ausströmens von Kältemittel, einen Verdampfer 6 zum Verdampfen des Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittels, und einen Akkumulator 7 zum Speichern überschüssigen Kältemittels. Die Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5 enthält ein Absperrventil 8, das zwischen der Expansionsvorrichtung 4 und dem Verdampfer 6 angeordnet ist, und ein Rückschlagventil 9, das zwischen dem Verdampfer 6 und dem Akkumulator 7 angeordnet ist, um zu bewirken, dass Kältemittel nur in einer Richtung von dem Verdampfer 6 zu dem Akkumulator 7 strömt. Das Absperrventil 8 wird unter Verwendung von Differentialdruck geöffnet und geschlossen, der generiert wird zwischen einem Einlass und einem Auslass des Rückschlagventils 9, und war durch eine Strömung des Kältemittels durch das Rückschlagventil 9. Der Verdampfer 6 ist innerhalb eines Fahrzeuginnenraums angeordnet.
Während normalen Kühlbetriebs sind das Absperrventil 8 und das Rückschlagventil 9 offen (3). Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das vom Kompressor 1 komprimiert worden ist, wird durch den Gaskühler 2 und den internen Wärmetauscher 3 gekühlt, und wird dann adiabatisch durch die Expansionsvorrichtung 4 expandiert in das Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittel, das über das Absperrventil 8 der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5 dem Verdampfer 6 zugeführt wird. Das in den Verdampfer 6 eingeführte Kältemittel wird darin durch Wärmeaustausch mit Luft aus dem Fahrzeug-innenraum verdampft und strömt dann über das Rückschlagventil 9 in den Akkumulator 7, wo es in eine Gas- und eine Flüssigphase separiert wird. Gasförmiges Kältemittel führt in dem internen Wärmetauscher 3 Wärmeaustausch mit Kältemittel aus, das aus dem Gaskühler 2 austritt, und kehrt dann zum Kompressor 1 zurück.
Im Falle eines Risses des Verdampfers 6 wird die beim Verdampfer 6 liegende Seite der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5 zur Atomsphäre offen. Der Druck an der Verdampferseite des Rückschlagventils 9 wird niedrig. Das Rückschlagventil 9 wird geschlossen. Gleichzeitig damit wird auch das Absperrventil 8 geschlossen (1), das auf mit dem Rückschlagventil 9 gekoppelte Weise, z. B. hydraulisch, betrieben wird. Dadurch wird das Kältemittel, z. B. Kohlendioxyd, daran gehindert, aus dem gebrochenen Verdampfer 6 in den Fahrzeuginnenraum auszuströmen.
Die Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5 der 2 und 3 weist einen Körper 10 auf, der mit einer oberen und einer unteren Passage 11, 12 ausgebildet ist. Das Absperrventil 8 ist in der oberen Passage 11 angeordnet. Das Rückschlagventil 9 ist in der unteren Passage 12 angeordnet. Zum Zuführen von Kältemittel aus der Expansionsvorrichtung 4 mündet ein Absperrventil-Einlass 13 in die obere Passage 11. An einer linken Endseite der oberen Passage 11 ist ein Absperrventil-Auslass 14 geformt zur Verbindung mit einem Rohr, das zu dem Verdampfer 6 führt. Ein rechtes Ende der oberen Passage 11 wird durch eine Kappe 15 verschlossen.
Zwischen dem Absperrventil-Einlass 13 und dem Absperrventil-Auslass 14 ist integral mit dem Körper 10 ein konischer Ventilsitz 16 ausgebildet. An einer Stromaufseite des Ventilsitzes 16 ist ein Stopfen 17 axial beweglich angeordnet. Eine Ventilscheibe 18 (ein Ventilelement) ist an einer Seite des Stopfens 17 gegenüberliegend zu dem Ventilsitz 16 fixiert, und zwar durch eine Unterlegscheibe 19, die durch Verstemmen oder Bördeln an dem Stopfen 17 festgelegt ist. Die Ventilscheibe 18 ist aus einem flexiblen Material hergestellt, vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen, wodurch eine exzellente Dichteigenschaft sichergestellt ist, wenn die Ventilscheibe 18 auf den Ventilsitz 16 aufgesetzt ist.
In der oberen Passage 11 ist hinter dem Stopfen 17 eine Führung 21 eingesetzt, die einen weiteren Ventilsitz 20 aufweist. In der Führung 21 ist ein axial beweglicher Kolben 22 vorgesehen, der an dem Stopfen 17 fixiert ist, z. B. durch Einfalzen. Der Kolben 22 besitzt eine zentrale Kavität und denselben Durchmesser wie der der Ventilscheibe 18. Ein in geschlossenem Status Druck aufnehmender Bereich, auf den der Druck auf das Ventilelement einwirkt, wenn die Passage zu dem Verdampfer 6 durch das Absperrventil 8 verschlossen ist, und ein Druckaufnahmebereich des Kolbens sind so eingestellt, dass sie einander gleich sind, derart, dass die Druckeinflüsse kompensiert sind. Dies führt dazu, dass das Absperrventil 8 unabhängig von dem Wert des Drucks öffnet und schließt.
An dem Stopfen 17 ist eine andere Ventilscheibe 23, z. B. aus Polytetrafluoräthylen (ein zweites Ventilelement), gegenüberliegend zu dem zweiten Ventilsitz 20 fixiert. Der Kolben 22 besitzt in einer Seitenfläche eine Leckageöffnung 24 zum Verbinden einer Kammer 22a hinter dem Kolben 22 mit einer Kammer 22b zwischen den Ventilsitzen 16, 20, solange die Ventilscheibe 23 nicht auf den Ventilsitz 20 aufgesetzt ist. Zwischen dem Kolben 22 und der Kappe 15 ist eine Feder 25 vorgesehen, die den Stopfen 17 und die Ventilscheibe 18 in Richtung zum Ventilsitz 16 beaufschlagt.
Die untere Passage enthält in einem linksseitigen Endabschnitt einen Rückschlagventil-Einlass 26 zur Verbindung mit einem Rohr, das zu dem Verdampfer 6 führt, und an einem rechten Ende einen Rückschlagventil-Auslass 27. In einem Mittelabschnitt der unteren Passage 12 ist, z. B. integral mit dem Körper 10, ein konischer Ventilsitz 28 ausgebildet. An der Stromabseite des Ventilsitzes 28 ist ein axial beweglicher Stopfen 29 vorgesehen. Gegenüberliegend zu dem Ventilsitz 28 ist an dem Stopfen 29 eine Ventilscheibe 30 (ein Ventilelement) fixiert, und zwar durch eine Unterlegscheibe 31, die, z. B., durch Bördeln an dem Stopfen 29 festgelegt ist. Die Ventilscheibe 30 ist z. B. aus Polytetrafluoräthylen hergestellt. Ein durch eine Führung 33 gehaltener Schaft führt den Stopfen 29 in axialer Richtung. Zwischen dem Stopfen 29 und der Führung 33 beaufschlagt eine Feder 34 den Stopfen 29 in Ventilschließrichtung. Eine stromab des Rückschlagventils 9 angeordnete Kammer kommuniziert über eine druckübertragende Beipasspassage 35 mit der Kammer 22a hinter dem Kolben 22. Ein außenseitiges Ende einer Bohrung des Körpers 10 wird durch einen Stopper 36 verschlossen.
Wenn der dem Absperrventil 8 zugeführte Druck des Kältemittels P1 ist, dann ist der entsprechende Druck an der Verdampferseite des Absperrventils 8 und des Rückschlagventils 9 ein Druck P2 (unter der Annahme, dass es in dem Verdampfer 6 keinen Druckverlust gibt, im schlimmsten Fall), ist der Druck an der Stromabseite des Rückschlagventils ein Druck P3, ist ein Einstellpunkt eines Ventilöffnungs-Differentialdrucks, bei welchem das Rückschlagventil 9 zu öffnen beginnt, ΔPa, und ist ein Einstellpunkt eines Ventilöffnungs-Differentialdrucks, bei welchem das Absperrventil 8 zu öffnen beginnt ΔPb. Das Rückschlagventil 9 wird geöffnet, sofern P2 – P3 größer ΔPa gegeben ist, und auch das Absperrventil 8 wird geöffnet, wenn P2 – P3 größer ΔPb gegeben ist. Um sicherzustellen, dass das Absperrventil 8 positiv öffnet, wenn das Rückschlagventil 9 geöffnet ist, ist ΔPa so eingestellt, dass es gleich oder größer ist als ΔPb (ΔPa größer = ΔPb). Die Einstellpunkte ΔPa, ΔPb für den Ventilöffnungs-Differentialdruck werden eingestellt durch respektive Vorspannungen der Federn 34, 35.
Die Operation des Absperrventils 8 wird durch den Druck P1 nicht beeinflusst, sondern das Absperrventil 8 wird geöffnet und geschlossen durch den Differentialdruck P2 – P3 zwischen dem Druck P2 an der Verdampferseite des Absperrventils 8 und dem Druck P3 in der Kammer 22a hinter dem Kolben 22 (d. h., dem Druck an der Stromabseite des Rückschlagventils 9). Der Differentialdruck P2 – P3 als Antriebskraft zum Bewegen des Absperrventils 8 wird durch das Rückschlagventil 9 generiert.
Das Rückschlagventil 9 wird in Ventilschließrichtung durch die Feder 34 beaufschlagt. Wenn durch den Kompressor 1 Kältemittel aus dem Verdampfer 6 in den Akkumulator 7 gesaugt wird, wird der Druck P3 niedriger als der Druck P2. Der Differentialdruck P2 – P3 wird über das Rückschlagventil 9 generiert. Der Druck P2 auf der Stromaufseite des Rückschlagventils 9 ist gleich dem Druck auf der Stromabseite des Absperrventils B. Der Druck P3 wird in die Kammer 22a über die Beipasspassage 35 eingeführt, was bedeutet, dass derselbe Differentialdruck P2 – P3 auf das Absperrventil 8 ausgeübt wird, das sich dann in 3 nach rechts bewegt. Sowohl das Absperrventil 8 als auch das Rückschlagventil 9 werden offen gehalten.
Falls während einer normalen Betriebskondition der Verdampfer 6 bricht, dann fällt der Druck im Verdampfer 6. Obwohl der Kompressor 1 weiterhin ansaugt, wird ein Druck z. B. von ca. 30 Bar auf die Stromabseite des Rückschlagventils 9 ausgeübt. An der Stromaufseite des Rückschlagventils 9 ist Druck vorhanden. Das Rückschlagventil 9 schließt unmittelbar, und auch das Absperrventil 8 wird geschlossen, weil seine Funktion gekoppelt ist mit der Operation des Rückschlagventils 9, und da der Druck P2 im Auslass 14 abfällt. Sowohl das Rückschlagventil 9 als auch das Absperrventil 8 werden in ihren Schließstellungen gehalten (2). Von der Stromaufseite der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5 strömt kein Kältemittel in den Verdampfer 6.
Im Fall eines Risses des Verdampfers 6 wird die Verringerung des Kältemitteldrucks detektiert z. B. durch einen Drucksensor, der an der Verdampferseite angeordnet ist. Dann wird der Betrieb des Kühlkreises angehalten. Jedoch selbst dann, wenn der Kompressor 1 weiterhin betrieben wird, dann wird ein bestimmter Strom an Kältemittel durch die Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5 gestattet, um zu verhindern, dass der Druck innerhalb des Kühlkreises abnormal hoch werden kann.
Sobald das Absperrventil 8 geschlossen ist, ist die Leckagebohrung 24 in dem Kolben 22 in der Kammer 22b angeordnet, die mit dem Absperrventil-Einlass 13 kommuniziert. Dies öffnet eine Passage, die es ermöglicht, dass von der Expansionsvorrichtung 4 zugeführtes Kältemittel von dem Absperrventil-Einlass 13 in die Kammer 22a hinter den Kolben 22 strömt, und zwar über die Leckagebohrung 24 und die Beipasspassage 25 in die Kammer stromab des Rückschlagventils 9.
In der zweiten Ausführungsform der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5a der 4 und 5 erstreckt sich die obere Passage 11, die für das Absperrventil 8 in einem Körper 10 ausgebildet ist, nicht ganz durch den Körper 10. Der Ventilsitz 16 für die Ventilscheibe 18 des Stopfens 17 wird durch einen von dem Körper 10 separaten Komponententeil gebildet, der in die obere Passage 11 eingepasst ist. Der Ventilsitz 20 für die Ventilscheibe 23 ist hier mit dem Körper 10 integral geformt. Die Ventilscheibe 18 hat denselben Durchmesser wie der Kolben 22, und ein im Schließzustand druckaufnehmender Bereich des Absperrventils 8 und ein den Kolbendruck aufnehmender Bereich des Absperrventils 8 sind einander gleich gewählt. Jedoch hat die Ventilscheibe 23 einen größeren Durchmesser als die Ventilscheibe 18, damit sie auf einen konischen Bereich des Ventilsitzes 20 aufgesetzt werden kann, d. h., um einen großen Dichtdurchmesser zu haben. Das Rückschlagventil 9 ist ähnlich dem der ersten Ausführungsform. Der Betrieb ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
Die Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5b der dritten Ausführungsform in 6 und 7 unterscheidet sich von den ersten und zweiten Ausführungsformen dahingehend, dass das Absperrventil 8 als ein einfaches Dreiwegeventil ohne Kolben ausgebildet ist. Das Absperrventil 8 weist den Stopfen 17 mit gleich beabstandeten Ventilscheiben 17, 23 in einer Kammer auf, die in der oberen Passage 11 definiert wird, welche in dem Körper 10 gebohrt ist, und in welche der Ventileinlass 13 mündet. Ein in die obere Passage 11 eingepasstes Glied bildet den Ventilsitz 16. Der zweiten Ventilsitz 20 ist mit dem Körper integral ausgebildet. In einer Kammer stromab des Ventilsitzes 20 beaufschlagt eine Feder 25 den Stopfen 17 in einer Richtung, in der dieser die Ventilscheibe 18 auf den Ventilsitz 16 aufsetzt. Das Rückschlagventil 9 ist ähnlich denen der ersten und zweiten Aus führungsformen. Die Operation ist ähnlich wie die der ersten und zweiten Ausführungsformen.
Die vierte Ausführungsform der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5c in 8 ist eine einstückige Einrichtung gebildet durch strukturelles Kombinieren der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5a entsprechend der zweiten Ausführungsform mit der Expansionsvorrichtung 4. In 8 wird das Rückschlagventil 9 nicht gezeigt, da es beispielsweise an einer Stelle vor der Zeichnungsebene angeordnet sein kann.
In 8 sind in den Körper 10 ein Hauptventil 43, 44, 45 zum Ausführen der expandierenden Operation und ein Pilotventil 48, 49 zum Steuern des Ventilshubs des Hauptventils eingegliedert. Ein Solenoid 40 zum Steuern des Ventilhubs des Pilotventils ist oberhalb des Körpers 10 vorgesehen. Der Körper 10 ist mit einem Expansionsvorrichtungs-Einlass 41 ausgebildet, der mit der Stromaufseite des Hauptventils 43, 44 über einen Filter 42 kommuniziert. Das Hauptventil umfasst ein Hauptventilelement 44, das mit einem Kolben 43 integral ausgebildet ist, und einen Hauptventilsitz 45, der in dem Körper 10 integral ausgebildet ist. Das Hauptventilelement 44 wird durch eine Feder 46 in Ventilschließrichtung beaufschlagt. Der Kolben 43 ist mit einer gedrosselten Passage 50 zum Verbinden respektiver Kammern 51 und 52 vor und hinter dem Kolben 43 ausgebildet. Zur Stromaufseite des Hauptventils zugeführtes Kältemittel kann in kleiner Menge über die gedrosselte Passage in die Kammer 52 lecken.
Die Kammer 52 steht über eine Pilotpassage 47 mit einer Kammer 53 stromab des Hauptventils in Verbindung, d. h. mit der Kammer 53, in der das Absperrventil 8 aufgenommen ist. Ein offenes Ende der Pilotpassage 47 bildet einen Pilotventilsitz 49. Ein Pilotventilelement ist dem Pilotventilsitz 49 gegenüberliegend vorgesehen. Das Pilotventilelement ist mit einem Schaft 48 des Solenoids 40 integral ausgebildet. An dem Schaft 48 ist ein Plunger 49 fixiert, der durch eine Feder 51 in einer Richtung weg von einem Kern 50 beaufschlagt wird, d. h., in der Richtung, die ein Schließen des Pilotventils bewirkt. Um den Plunger 49 und den Kern 50 ist eine Solenoidspule 52 gewickelt.
Solange die Solenoidspule 52 nicht bestromt und kein Kältemittel in den Expansionsvorrichtungs-Einlass 41 eingeführt wird, bleibt das Hauptventil durch die Feder 46 geschlos sen. Auch das Pilotventil 48, 49 wird durch die im Solenoid 40 enthaltene Feder 51 geschlossen.
Wenn in den Expansionsvorrichtungs-Einlass 41 Hochdruck-Kältemittel eingeführt wird, und auch in die Kammer 53, dann wird das Kältemittel über die gedrosselte Passage 50 in dem Kolben 43 in die Kammer 52 eingeführt und weiter zu dem Pilotventil gebracht, und zwar über die Pilotpassage 47, die im Körper 10 ausgebildet ist. Sobald der Differentialdruck über das Pilotventil 48, 49 einen Wert überschreitet, der bestimmt ist durch eine Vorspannung der Feder 51 des Solenoids 40, dann schiebt das Kältemittel das Pilotventil 48 auf und strömt in die Kammer 53 zu dem Absperrventil 8. Der Druck in der Kammer 52 wird niedrig und der Kolben 43 bewegt sich nach unten. Das Hauptventilelement 44 bewegt sich von dem Hauptventilsitz 54 weg, um das Hauptventil zu öffnen. Konsequent ist es dem Kältemittel möglich, durch das offene Hauptventil hindurchzugehen und in die Kammer 53 zu dem Absperrventil 8 zu strömen. Während das Kältemittel durch das Hauptventil hindurchgeht, wird es adiabatisch expandiert und somit ein Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittel. Als Folge des Saugeffekts des Kompressors 1 strömt zu dieser Zeit Kältemittel aus dem Verdampfer 6 durch das Rückschlagventil 9, so dass der über das Rückschlagventil 9 erzeugte Differentialdruck auch das Absperrventil 8 offen hält, und über das Hauptventil zugeführte Kältemittel durch das Absperrventil 8 hindurchgeht und in den Verdampfer 6 strömt.
Dies steigert den Druck in der Kammer 52, so dass der Kolben 43 nach oben bewegt wird, wodurch das Hauptventilelement 44 in Ventilschließrichtung gezwungen wird. Konsequent drosselt das Hauptventil die Strömungsrate mehr ab, um den Kältemitteldruck auf der Stromaufseite des Hauptventils zu erhöhen. Diese Operationen werden wiederholt ausgeführt, so dass der Differentialdruck über das Hauptventil auf ein konstantes Niveau gesteuert wird.
Wenn die Solenoidspule 52 bestromt wird, wird der Plunger 49 zum Kern 50 gezogen. Die Kraft der Feder 51 lässt nach. Dies reduziert den Differentialdruck, der für das Pilotventil eingestellt ist. Sobald der Wert des Stroms für die Solenoidspule 52 vergrößert ist, nimmt auch die Kraft zu, die den Plunger 49 zu dem Kern 50 zieht, was es ermöglicht, den Differentialdruck des Pilotventils einzustellen, d. h. den Differentialdruck über das Differentialdruck-Regelventil zu einem kleineren Wert.
Wenn der Druck auf der Verdampferseite der mit der Expansionsvorrichtung zusammengefassten Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5c abnormal niedrig wird als Folge eines Risses oder Bruchs des Verdampfers 6, dann detektiert das Rückschlagventil 9 den Druckabfall und schließt. Der resultierende Differentialdruck über das Rückschlagventil 9 bewirkt, dass auch das Absperrventil 8 schließt, und so verhindert, dass Kältemittel ausströmt, z. B., zu dem Verdampfer 6.
Die fünfte Ausführungsform der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5d in 9 weist ein Ladeventil 53 auf, das an einer Stelle stromauf des Rückschlagventils 9 angeordnet ist. Das Ladeventil 53 wird verwendet zum Füllen des Systems mit Kältemittel. Nachdem die Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung in das System integriert ist, oder falls die Kältemittelmenge in dem System zu klein wird, wird über das Ladeventil 53 Kältemittel in das System eingespeist.
Konventionell ist ein solches Ladeventil generell in dem Akkumulator 7 vorgesehen. Wenn jedoch die Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5d in das System integriert wird und das Ladeventil für das Kältemittel nicht in der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5d sondern in dem Akkumulator 7 angeordnet wäre, dann würde der Druck auf der Stromabseite des Rückschlagventils 9 während des Füllens mit Kältemittel hoch werden. Als ein Resultat würde dann das Rückschlagventil 9 schließen und würde auch das damit gekoppelte Absperrventil 8 schließen, was es verwehren würde, den Verdampfer 6 mit Kältemittel zu füllen.
Wenn also Kältemittel über das Ladeventil 53 eingefüllt wird, das stromauf des Rückschlagventils 9 angeordnet ist, dann drückt das eingefüllte Kältemittel das Rückschlagventil 9 auf und strömt zu dem Akkumulator 7. Da gleichzeitig auch das Absperrventil 8 geöffnet wird, strömt das eingefüllte Kältemittel auch zu der Hochdruckseite der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung 5d, wodurch das gesamte System mit dem Kältemittel gefüllt werden kann.
Es ist anzumerken, dass das Ladeventil 53, obwohl es bei der erwähnten Ausführungsform stromauf des Rückschlagventils 9 angeordnet ist, alternativ auch stromab des Absperrventils 8 angeordnet sein könnte.

Claims

Eine Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung zum Verhindern des Ausströmens von Fluid, das durch einen Wärmetauscher strömt, als Folge eines Bruches des Wärmetauschers (6), mit einem an einer Fluidauslassseite des Wärmetauschers (6) angeordneten Rückschlagventil (9), das es dem Fluid gestattet, nur in einer Richtung zu strömen, in welcher das Fluid aus dem Wärmetauscher herausströmt, und einem an einer Fluideinlassseite des Wärmetauschers (6) angeordneten Absperrventil (8), das in einer in Bezug auf den Druck gekoppelten Weise mit den Öffnungs- und Schließ-Operationen des Rückschlagventils öffnet und schließt, um dadurch den Strom des Fluids zu steuern, das in den Wärmetauscher (6) strömt, wobei das Absperrventil (8) einen Ventilsitz (16) aufweist, der in einem Zwischenabschnitt einer Passage ausgebildet ist, durch welche eingeführtes Fluid nach außen geführt wird, und ein Ventilelement (17), das dem Ventilsitz von einer Stromauseite gegenüberliegt, derart, dass das Ventilelement sich zu dem Ventilsitz hin und von diesem weg bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilelement (17) ein Kolben (22) fixiert ist, und dass eine Kammer (22a) an einer gegenüberliegenden Seite des Kolbens (22) bezüglich des Ventilelementes (17) und eine Kammer (12) an einer Stromabseite des Rückschlagventils (9) miteinander in Fluidkommunikation stehen, so dass die Drücke vor und hinter dem Rückschlagventil (9) jeweils auf das Ventilelement (17) und den Kolben (22) aufgebracht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (8) und das Rückschlagventil (9) innerhalb eines integralen Körpers (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (17) denselben Dichtdurchmesser hat wie ein Durchmesser des Kolbens (22).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (17) mit einem Dichtungsglied (18) aus einem flexiblen Material ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) eine Verbindungspassage (24) aufweist zum Verbinden von Kammern (22a, 22b) vor und hinter dem Kolben (22) miteinander.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil 8 ein zweites Ventilelement (23) aufweist zum Schließen der Verbindungspassage (24), sobald das Absperrventil (8) offen ist, und dass das zweite Ventilelement (23), vorzugsweise, geformt wird durch ein Dichtglied aus flexiblem Material.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (8) einen zweiten Ventilsitz (20) aufweist, der zwischen einer Kammer (22b), in welche Fluid eingeführt wird, und einer Kammer (22a) ausgebildet ist, die mit der Stromabseite des Rückschlagventils (9) kommuniziert, und dass ein zweites Ventilelement (23) derart von einer Stromaufseite gegenüberliegend zum dem zweiten Ventilsitz (20) vorgesehen ist, dass sich das zweite Ven tilelement (23) zusammen mit dem Ventilelement (17) bewegen kann zu dem zweiten Ventilsitz (20) und von diesem weg, und dass Drücke (P2, P3) stromauf und stromab des Rückschlagventils (9) jeweils auf die ersten und zweiten Ventilelemente (17, 23) ausgeübt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Ventilelemente (17, 23) denselben Durchmesser aufweisen, und dass die ersten und zweiten Ventilelemente Dichtglieder aufweisen, die aus einem flexiblen Material hergestellt sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilöffnungs-Differentialdruck-Setzpunkt, bei welchem das Absperrventil (8) zu öffnen beginnt, so eingestellt ist, dass er gleich oder geringer ist als der Ventilöffnungs-Differentialdruck-Setzpunkt für das Rückschlagventil (9).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Expansionsvorrichtung (43, 44, 45, 48, 49) zum Abdrosseln und Expandieren einer Flüssigkeit integral mit der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung geformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder an einer Stromabseite des Absperrventils (8) oder an einer Stromaufseite des Rückschlagventils (9) ein Ladeventil (53) zum Einfüllen von Fluid integral mit der Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung ausgebildet ist.
Kühlkreis, insbesondere für eine Automobil-Klimaanlage, mit einem Wärmetauscher (6), der über eine Einlasspassage (13, 14) und eine Auslasspassage (26, 27) jeweils an die Druck- und Saug-Seiten eines Kältemittelkompressors (1) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher (6) eine Ausström-Verhinderungs-Vorrichtung (5, 5a, 5b, 5c) entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche strukturell zugeordnet ist.
Kühlkreis gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (8) erste und zweite, miteinander verbundene Ventilelemente (17, 23) aufweist, die zwischen einem ersten Ventilsitz (16) stromauf des Wärmetauschers (6) in einer Einlasspassage (13, 14) zu dem Wärmetauscher (16) und einem zweiten Ventilsitz (20) zwischen der Einlasspassage (13, 14) und einer Absperrventil-Betätigungskammer (22a) angeordnet sind, welche über eine druckübertragende Verbindungs-Beipasspassage (35) mit der Stromabseite des Rückschlagventils (9) in Verbindung ist.