DE69120194T2

DE69120194T2 - Kühlgerät mit Modulator

Info

Publication number: DE69120194T2
Application number: DE1991620194
Authority: DE
Inventors: Kenichi Fujiwara; Hiroki Matsuo; Shin Nishida; Takahisa Suzuki; Yasushi Yamanaka
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2011-10-05
Also published as: DE69120194D1; EP0480330A3; EP0480330B1; JP3013492B2; EP0480330A2; JPH04227436A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der US-A-2 715 317 ist eine automatische Laststeuerung für eine umkehrbare Wärmepumpe und eine Klimaanlage bekannt. Diese bekannte Vorrichtung verfügt über einen Behälter, der gasförmiges oder dampfförmiges Kühlmittel und flüssiges Kühlmittel unter dem Dampf enthält.
Aus der EP-A-0 360 362 ist ein Kondensator mit in Abständen zueinander angeordneten Behältern, sich zwischen den Behältern erstreckenden Rohren und einer Trennwand in einem der Behälter bekannt, um den Kondensator in eine Kondensatorsektion und eine Unterkühlersektion zu unterteilen.
Das erfindungsgemäße Kühlgerät kann in vorteilhafter Weise bei einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug verwendet werden.
Des weiteren ist im Stand der Technik ein Kühlgerät bekannt, das mit einem Kondensator und einem stromabwärts des Kondensators angeordneten Behälter ausgestattet ist. Das obere Ende des Behälters ist mit einem Einlaß zum dortigen Einführen eines kondensierten Kühlmittels von dem Kondensator aus ausgestattet, und das Kühlmittel wird in einem Raum innerhalb des Behälters gespeichert. In diesem Fall wird eine flüssige Phase unten in dem Raum an der Trennfläche zwischen Flüssigkeit und Gas geschaffen, und wird das erhaltene flüssige Kühlmittel einer Druckreduzierungseinrichtung für das Kühlgerät zugeführt.
Dieser Stand der Technik ist mit dem Nachteil verbunden, daß die gesamte Kühlmittelmenge für den Umlauf in einen Kühlzyklus in einen Behälter eingeführt werden muß und folglich bei diesem Stand der Technik die Einführung oder die Entfernung einer großen Kühlmittelmenge kontinuierlich auftreten muß und somit die Abmessungen des Behälters unvermeidlich sehr vergrößert sind.
Ein anderes Kühlgerät des Standes der Technik ist mit einem Kondensator ausgestattet, der durch einen oberen Kondensatorteil und einen unteren Unterkühlungsteil gebildet ist und bei dem ein Behälter zwischen dem Kondensatorteil und dem Unterkühlungsteil angeordnet ist. Das im Kondensatorteil kondensierte Kühlmittel wird im Behälter zur dortigen Trennung von Gas und Flüssigkeit vorübergehend gespeichert, und nur das im Behälter abgeschiedene flüssige Kühlmittel wird zum Kondensator an dessen Unterkühlungsteil zurückgeführt (s. JP-A-47-42 249).
Dieser verbesserte Stand der Technik besitzt eine Bauweise derart, daß die gesamte während des Kühlzyklus im Umlauf geführte Kühlmittelmenge von dem Kondensatorteil aus in den Behälter eingeführt wird und daß die Gesamtmenge des flüssigen Kühlmittels zu dem Unterkühlungsteil des Kondensators hin abgeführt wird, was mit dem Nachteil verbunden ist, daß die Abmessungen des Systems groß sein müssen. Des weiteren sind Verbindungsleitungen für eine Verbindung zwischen dem Kondensatorteil und dem Unterkühlungsteil des Kondensators und dem Behälter notwendig, was die Bauweise des Systems kompliziert und die Anordnung in dem beschränkten Raum eines Kraftfahrzeugs schwierig macht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kühlsystem zu schaffen, das mit einem Modulator ausgestattet ist und das in der Lage ist, eine Kühlleistungsfähigkeit des Systems so groß wie möglich durch die Anordnung eines Unterkühlers in der Strömungsrichtung des Kühlmittels stromabwärts des Modulators zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß nimmt der Modulator nicht das gesamte im Kühlzyklus im Umlauf geführte Kühlmittel auf. Jegliche Überschußmenge des Kühlmittels wird nämlich in den Modulator eingeführt. Diese Überschußmenge des Kühlmittels im Modulator wird entsprechend der Kühlleistungsfähigkeit sofern erforderlich verändert, und entsprechend den Veränderungen der Überschußmenge des Kühlmittels wird das Kühlmittel im Modulator dem Umlaufsystem zugeführt, oder wird eine Überschußmenge des Kühlmittels dem Modulator zugeführt.
In bevorzugter Weise besitzt der Modulator ein solches Volumen, daß die maximal mögliche Überschußmenge des Kühlmittels für das Kühlsystem aufnehmen kann, um dadurch eine Verkleinerung der Größe des Systems zu ermöglichen.
Weil der Modulator zwischen dem Kondensator und dem Unterkühler angeordnet ist, wird des weiteren eine gute Unterkühlungsleistungsfähigkeit erreicht, und wird, weil eine Grenze zwischen Gas und Flüssigkeit im Modulator geschaffen wird, in dem die überschüssige Kühlmittelmenge gespeichert wird, nur flüssiges Kühlmittels dem Unterkühler zugeführt. Ausschließlich durch die Anordnung des Modulators, der am Wärmetauscher abgezweigt angeschlossen ist, kann bei diesem System ein wirksamerer Unterkühlungsbetrieb erreicht werden, und kann die Enthalpie-Differenz vergrößert werden, was zu einer Vergrößerung der Kühlleistungsfähigkeit des Kühlsystems führt.
Schließlich gestattet es die kombinierte Bauweise von Kondensator und Unterkühler, daß der Modulator ausschließlich vom Wärmetauscher am mittleren Bereich desselben abgezweigt angeschlossen ist und somit die Größe des Modulators klein sein kann und dementsprechend der Kondensator und der Unterkühler kompakter hergestellt werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Kühlsystems mit Modulator;
Fig. 2 ist eine Vorderansicht des in Fig. 1 verwendeten Kondensators und Modulators;
Fig. 3 zeigt einen Zustand des Kühlmittels im Modulator, wobei sich eine mittlere (ordnungsgemäße) Kühlmittelmenge im Modulator befindet;
Fig. 4 zeigt einen Zustand des Kühlmittels im Modulator, wobei der Modulator im wesentlichen ausschließlich mit gasförmigem Kühlmittel gefüllt ist;
Fig. 5 zeigt einen Zustand des Kühlmittels im Modulator, wobei der Modulator vollständig mit flüssigem Kühlmittel gefüllt ist;
Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht des oberen Teils des Modulators bei einer Abänderung desselben;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht des Kühlsystems des Standes der Technik;
Fig. 8 zeigt ein Mollier-Diagramm mit der Darstellung einer Unterkühlung, wobei das Kühl-Umlaufsystem wie verwendet dargestellt ist;
Fig. 9 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise eines mit einem Modulator zwischen der Kondensatorsektion und der Unterkühlungssektion ausgestatteten Systems;
Fig. 10 ist eine schematische Ansicht des Kühlsystems bei einem Kraftfahrzeug, das mit einer Wärmetauschereinrichtung ausgestattet ist, von deren mittleren Bereich aus ein Modulator abgezweigt ist;
Fig. 11 ist eine Detailansicht des abgezweigt angeschlossenen Bereichs von Fig. 11;
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht des Wärmetauschers mit einem an diesem abgezweigt angeschlossenen Modulator zur Bestimmung eines Bereichsverhältnisses zwischen der Kondensatorsektion und der Unterkühlungssektion;
Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Bereichsverhältnis der Unterkühlungssektion und der Motorleerlaufdrehzahl und der Kompressorantriebsleistung zeigt;
Fig. 14(a) bis (c) zeigen das Verhältnis der Unterkühlungsleistungsfähigkeit, das Verhältnis der Antriebsleistung bzw. das Verhältnis von Kühlleistungsfähigkeit und Antriebsleistung bei der Bauweise des Standes der Technik mit Hinblick auf verschiedene Kühllastzustände;
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht des Wärmetauschers zur Erläuterung des Unterkühlungsbetriebs an der Unterkühlungssektion;
Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen dem Bereichsverhältnis (A'/A) des Abzweigungsrohrs zum Modulator und dem Ausströmverhältnis des gasförmigen Kühlmittels;
Fig. 17 zeigt eine Veränderung des Abscheidungszustandes des gasförmigen Kühlmittels im Modulator mit und ohne Einschränkungseinrichtung;
Fig. 18 zeigt schematisch einen mit einem Lufteinführungsrohr ausgestatteten Modulator;
Fig. 19 zeigt die Beziehung zwischen dem Abzweigungsrohr-Bereichsverhältnis und dem effektiven Unterkühlungs- Bereichsverhältnis ro;
Fig. 20 zeigt einen Füllspannenbereich und einen Veränderungsspannenbereich, die bei dem Modulator vorgesehen sind;
Fig. 21 zeigt die Beziehung zwischen der Drehzahl des Kompressors und der Kühlmittelmenge im Modulator unter Berücksichtigung verschiedener Fahrzeugfahrzustände;
Fig. 22 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Modulators des in Fig. 10 dargestellten Systems;
Fig. 23 ist ein Schnitt durch das obere Anschlußstück bei dem Modulator von Fig. 22;
Fig. 24 ist ein Schnitt durch das untere Anschlußstück bei dem Modulator von Fig. 22;
Fig. 25 zeigt die Beziehung zwischen der Menge des in das Kühl-Umlaufsystem eingefüllten Kühlmittels und dem Abgabedruck des Kompressors;
Fig. 26 ist eine Vorderansicht des Wärmetauschers einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 27 ist eine Detailansicht des Modulators von Fig. 26;
Fig. 28 ist eine Seitenansicht des Wärmetauschers und zeigt den Modulator in Hinblick auf den Behälter des Wärmetauschers;
Fig. 29 zeigt die Anordnung des mit dem Modulator von Fig. 26 ausgestatteten Wärmetauschers im Motorraum eines Fahrzeugs;
Fig. 30 zeigt die Beziehung zwischen der verstrichenen Zeit und der Temperatur im Fahrgastraum und der Temperatur der ausgeblasenen Kühlluft;
Fig. 31 zeigt eine andere Abänderung des Modulators, der mit einem Einführungsrohr zur Einführung von gasförmigen Kühlmittel zu dem Modulator von einem Behälter des Wärmetauschers aus ausgestattet ist;
Fig. 31' ist ein Schnitt entlang der Linie 31'-31' gemäß Fig. 31;
Fig. 32 ist ein Schnitt durch das Einführungsrohr von Fig. 31;
Fig. 33 ist eine schematische Ansicht eines Teils eines Rohres zur Verbindung mit dem Behälter des Wärmetauschers;
Fig. 34 zeigt eine weitere Ausführungsform, die mit einem Verbindungsstück zwischen dem Kühlmitteldurchtritt und dem Einführungsrohr ausgestattet ist;
Fig. 35 zeigt schematisch den Zustand des Kühlmittels im oberen Bereich des Modulators, wenn eine unzureichende Kühlmittelmenge in den Modulator eingefüllt ist;
Fig. 36 zeigt das Innere des Modulators bei Betrachtung durch ein Sichtglas am oberen Ende des Modulators mit dem in Fig. 35 dargestellten Kühlmittelzustand;
Fig. 37 zeigt schematisch den Kühlmittelzustand im unteren Bereich des Modulators, wenn eine ordnungsgemäße Kühlmittelmenge im Modulator eingefüllt ist;
Fig. 38 zeigt das Innere des Modulators bei Betrachtung durch ein Sichtglas am oberen Ende des Modulators mit dem in Fig. 37 dargestellten Kühlmittelzustand;
Fig. 39 zeigt schematisch den Kühlmittelzustand im oberen Bereich des Modulators, wenn eine Kühlmittelüberschußmenge im Modulator eingeführt ist;
Fig. 40 zeigt das Innere des Modulators bei Betrachtung durch ein Sichtglas am oberen Ende des Modulators mit dem in Fig. 39 dargestellten Kühlmittelzustand;
Fig. 41 ist ein Vertikalschnitt durch eine Abänderung des Modulators, wobei ein Sichtglas an dessen Seitenwand vorgesehen ist;
Fig. 42 ist ein Vertikalschnitt durch eine andere Abänderung des Modulators, wobei das obere Ende des Einführungsrohrs abgewinkelt ist;
Fig. 43 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Seitenbehälter und der Modulator kombiniert sind;
Fig. 44 zeigt die Bauweise eines mit einem Unterkühler ausgestatteten Wärmetauschers des Standes der Technik;
Fig. 45 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ähnlich derjenigen von Fig. 43 ist, bei der jedoch Unterschiede der Bauweise für die Verbindung des Behälters mit dem Modulator vorgesehen sind.
Fig. 7 zeigt ein System des Standes der Technik, das mit einem Kondensator 400 und einem stromabwärts des Kondensators angeordneten Aufnahmebehälter 401 ausgestattet ist. Das obere Ende 403 des Aufnahmebehälters 401 ist mit dem Kondensator 400 verbunden, und das Kühlmittel des Kondensators 400 wird einmalig im Aufnahmebehälter 401 gespeichert. Dieser Stand der Technik ist mit dem Nachteil verbunden, daß das gesamte für den Umlauf bestimmte Kühlmittel in den Aufnahmebehälter 401 eingeführt und dort gespeichert wird und somit eine kontinuierliche Einführung oder Entfernung einer großen Kühlmittelmenge durchgeführt werden muß und entsprechend die Abmessungen des Aufnahmebehälters 401 unvermeidlich vergrößert sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zwei Rohre für die Verbindung des Kondensators 400 mit dem Aufnahmebehälter 401 notwendig sind, was die Bauweise der Verbindungssektion kompliziert macht.
Fig. 44 zeigt ein weiteres Kühlgerät des Standes der Technik, das mit einem Kondensator 400, der durch eine obere Kondensatorsektion 402 und eine untere Unterkühlungssektion 405 gebildet ist, ausgestattet ist, wobei ein Aufnahmebehälter 401 zwischen der Kondensatorsektion 402 und der Unterkühlungssektion 405 angeordnet ist. Das in der Kondensatorsektion 402 kondensierte Kühlmittel wird vorübergehend im Aufnahmebehälter 401 zur gegenseitigen Trennung von Gas und Flüssigkeit gespeichert, und nur das flüssige Kühlmittel wird nach der Abscheidung im Aufnahmebehälter 401 zum Kondensator an der Unterkühlungssektion 405 zurückgeführt. Auch bei dieser Bauweise des Standes der Technik wird das gesamte während des Kühlzyklus im Umlauf geführte Kühlmittel von der Kondensatorsektion 402 aus in den Aufnahmebehälter 401 eingeführt, und wird das gesamte Kühlmittel zur Unterkühlungssektion 405 abgeführt, und sind somit die Abmessungen des Systems unvermeidlich groß, und ist des weiteren die Verbindungsbauweise des Systems kompliziert.
Fig. 1 zeigt ein System unter Darstellung eines Kühlzyklus. In der Zeichnung bezeichnet 200 einen Kompressor mit einer Riemenscheibe 200-1, die an einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors über einen Riemen (nicht dargestellt) angeschlossen ist, wobei der Kompressor 200 durch den Motor angetrieben wird. Der Kompressor 200 besitzt einen Ausgang, der über ein Kühlmittelrohr 350 mit einem Einlaß 400-1 eines Kondensators 400 zur Einführung von Kühlmittel mit hohem Druck und hoher Temperatur vom Kompressor 200 aus in den Kondensator 400 hinein verbunden ist. Es findet dann ein Wärmeaustausch im Kondensator zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft statt, wodurch das Kühlmittel verflüssigt wird, das unter hohem Druck aus dem Auslaß 400-2 des Kondensators abgegeben und in ein Expansionsventil 300 als Druckreduzierungsmittel über ein Kühlmittelrohr 351 eingeführt wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Expansionsventil 300 als Druckreduzierungsmittel ein thermisch betätigtes Ventil, das auf Signale zur Steuerung des Drosselungsgrades des Rohres 351 reagiert. Eine Druckreduzierung findet am Expansionsventil 300 statt, wodurch bewirkt wird, daß das Kühlmittel expandiert und zu einem Nebel umgeformt und dann zu einem Verdampfer 310 geführt wird. Der Verdampfer 310 ist in einer Klimaanlage (nicht dargestellt) für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet, so daß ein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel im Verdampfer 310 und der zu klimatisierenden Luft stattfindet, was bewirkt, daß das zu verdampfende Kühlmittel somit Wärme von der Luft abzieht, um diese zu kühlen, wie hinlänglich bekannt ist.
Das verdampfte Kühlmittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck wird in den Kompressor 200 über eine Kühlmittelleitung 252 im Umlauf eingeführt.
Ein Modulator 100 ist in der Kühlmittelleitung 251 an einer dem Auslaß des Kondensators 400 benachbarten Stelle angeordnet. Gemäß Darstellung in Fig. 2 besitzt der Modulator 100 einen geschlossenen Raum 5, der sich in vertikaler Richtung in solcher Weise erstreckt, daß die Kühlmittelleitung 351 in der Nähe des Auslasses 400-2 des Kondensators 400 direkt und vertikal nach oben zu dem Raum 5 des Modulators 100 an dessen unteren Ende abgezweigt angeschlossen ist. Gemäß Darstellung in Fig. 2 besteht der Kondensator 400 aus einem Wärmetauscherrohr 420, das aus einem Extrusionsrohr in schlangenförmiger Gestalt hergestellt ist und durch das das Kühlmittel nach dem Wärmeaustausch hindurchströmt. Des weiteren sind gewellte Rippen 421 mit der Außenfläche des schlangenförmigen Rohrs 420 thermisch verbunden, um so den Wärmeaustauschraum zwischen dem Kühlmittel und der Luft infolge der Existenz der gewellten Rippen 421 zu vergrößern. Gemäß Darstellung in Fig. 2 ist der Kondensator 400 ein Zwillingskondensator mit zwei "parallelen" schlangenförmigen Rohrbereichen 420a und 420b, die miteinander an ihren stromaufwärtigen Enden über ein Unterteilungselement 422 verbunden sind, so daß zwei parallele Kühlmittelströme erreicht sind. Die stromabwärtigen Enden der parallelen Rohrbereiche sind miteinander mittels eines Kombinationselements 423 verbunden, um sie zu kombinieren und einen einzigen Kühlmittelstrom zu der Leitung 351 und zu dem Expansionsventil 300 zu schaffen.
Gemäß Darstellung in Fig. 2 wird grundsätzlich die Gesamtmenge des durch den Kondensator 400 hindurchgeführten Kühlmittels zum Expansionsventil 300 hingeführt. Trotzdem sollte irgendein Kühlmittelüberschuß im System zur Verfügung gehalten werden, um eine solche Situation zu vermeiden, daß dann, wenn die Kühlmittelmenge im System größer als die erforderliche Menge ist, ein Austritt von Kühlmittel auftritt und die Gesamtmenge des Kühlmittels verringert wird und somit eine Veränderung der Kühlmittelmenge auftritt, die notwendig ist, um Veränderungen der Klimatisierungslast Rechnung zu tragen. Der Raum 5 im Modulator 100 wird zur Aufnahme des Kühlmittelüberschusses verwendet und ist stromabwärts des Kondensators derart angeordnet, daß die Abzweigungssektion 360 es möglich macht, daß das im Kondensator 400 kondensierte Kühlmittel von der Leitung 351 abgeleitet wird und somit der Kühlmittelüberschuß im Modulator 100 gesammelt werden kann.
Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Zustände der Verteilung des Kühlmittels im Raum 5 im Modulator 100. In normalem Zustand befindet sich der Kühlmittelüberschuß im Modulator 100, wodurch eine Grenze zwischen Gas und Flüssigkeit im Modulator 100 geschaffen wird. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Zustand sind die Einführung von verdampftem Kühlmittel in den Modulator 100 und das Entfernen von verflüssigtem Kühlmittel aus dem Modulator 100 ausgeglichen, wodurch ein stabilisierter Stand des flüssigen Kühlmittels innerhalb des Modulators 100 geschaffen wird. Dieser Stand entspricht der Menge des Kühlmittels im Überschuß zu dem üblichen Zustand des Klimasystems.
Wenn ein Zustand existiert, bei dem eine Verknappung der Kühlmittelmenge infolge einer Kühlmittelleckage oder eine Vergrößerung der benötigten Klimatisierungslast auftritt, kann nicht das gesamte Kühlmittel im Kondensator verflüssigt werden, und wird somit eine große Menge gasförmigen Kühlmittels in den Modulator 100 eingeführt, wodurch das flüssige Kühlmittel zum Austritt in die Kühlmittelleitung 351 veranlaßt und der Stand der flüssigen Phase im Modulator abgesenkt wird, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Eine Verknappung der Kühlmittelmenge im Umlaufsystem wird ergänzt durch das Zuführen von im Modulator 100 gespeichertem Kühlmittel in das System.
Wenn dagegen eine Überschußmenge Kühlmittel im Kühlsystem vorhanden ist oder eine Reduzierung der Klimatisierungslast gegeben ist, kann eine ausreichende Kühlmittelmenge im Kondensator 400 kondensiert werden, und wird entsprechend im wesentlichen kein gasförmiges Kühlmittel in die Leitung 351 zum Expansionsventil 300 hin geführt, und wird nur flüssiges Kühlmittel in den Modulator 100 eingeführt, und wird somit der Raum innerhalb des Modulators 100 vollständig mit flüssigem Kühlmittel gemäß Darstellung in Fig. 5 gefüllt. Eine Überschuß-Kühlmittelmenge über die Kühlmittelmenge, die für das Umlaufsystem benötigt wird, kann im Modulator 100 gespeichert werden, und somit kann die Menge des im Umlauf geführten Kühlmittels in geeigneter Weise entsprechend den Klimatisierungserfordernissen eingestellt werden.
Fig. 6 zeigt eine Abänderung des Modulators 100, wobei das obere Ende des Modulators 100 mit einem aus einem transparenten Material wie Glas hergestellten Sichtelement 190 ausgestattet ist, das die Beobachtung des Innenzustands des Modulators 100 gestattet und demzufolge eine Verringerung der Kühlmittelmenge oder ein Zustand mit übermäßig eingefüllten Kühlmittel festgestellt werden kann. Bei der Bauweise von Fig. 6 ist ein Schwimmerelement 180 im Modulator 100 aufgenommen, um die Beobachtung des Standes der Grenze zwischen Flüssigkeit und Gas zu erleichtern. Das Sichtglaselement 190 ist am oberen Ende des Modulators 100 über einen O-Ring 198 eingesetzt, und Bereiche der äußeren, dünnen, rohrförmigen Wand, die den Modulator 100 bildet, sind entlang des Umfangs desselben radial einwärts deformiert, so daß das Sichtglas 190 in dem den Modulator bildenden rohrförmigen Element fest gehalten ist.
Wie oben beschrieben kann bei dem Modulator 100 jede Änderung der benötigten Menge des im Umlauf geführten Kühlmittels automatisch ausgeglichen werden. Des weiteren wird das Kühlmittel in den Modulator 100 mit einer eingeschränkten Geschwindigkeit eingeführt oder von diesem abgeführt, um einen stabilen Zustand des Kühlmittels im Modulator 100 zu gewährleisten, was vorteilhaft ist, weil das Volumen des Modulators 100 so klein wie möglich ausgebildet werden kann.
Ähnlich zu dem in Fig. 44 dargestellten Stand der Technik ist es möglich, den Kondensator in zwei Sektionen aufzuteilen und den Aufnahmebehälter 400 zwischen diesen anzuordnen, um die Grenze zwischen Gas und Flüssigkeit auszubilden, wodurch die stromabwärts des Aufnahmebehälters 400 gelegene Sektion als Unterkühler betrieben werden kann. Fig. 8 zeigt ein Mollier- Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Enthalpie und auf der Ordinate der Druck aufgetragen sind; die ausgezogenen Linien 11 und 12 zeigen die Zustände des gesättigten Gases bzw. der Flüssigkeit. Wie hinlänglich bekannt ist, entspricht der Bereich innerhalb der Linien 11 und 12 dem Bereich, in welchem die gasförmige Phase und die flüssige Phase gleichzeitig vorhanden sind, entspricht der Bereich rechts von der Linie 11 dem Bereich, in dem nur die gasförmige Phase existiert, und entspricht der Bereich links der Linie 12 dem Bereich, in dem nur die flüssige Phase existiert. Es ist zu beachten, daß der Aufnahmebehälter 401 auf der Sättigungslinie 12 angeordnet sein sollte und daher eine Unterkühlung im Bereich SC des Kondensators 400 stromabwärts des Aufnahmebehälters 401 stattfindet. Dieses Unterkühlen kann die Differenz des Enthalpie-Wertes vergrößern und somit den Kühlwirkungsgrad des Kühlgeräts vergrößern.
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht des Kühlgeräts, bei dem der Modulator 100 anstelle des Aufnahmebehälters 401 des Standes der Technik verwendet wird. Gemäß Darstellung in Fig. 9 kann eine Grenze zwischen Gas und Flüssigkeit im Modulator 100 derart geschaffen werden, daß sich das Kühlmittel im gesättigten Zustand an der Stelle befindet, an der der Modulator 100 angeordnet ist, und dient als Folge hiervon der stromabwärts des Modulators 100 angeordnete Wärmetauscher als eine Unterkühlungssektion 405, d.h. als Unterkühler, und dient die Sektion 402 des Wärmetauschers, die stromaufwärts des Modulators 100 angeordnet ist, als Kondensator.
Es ist zu beachten, daß der Kondensationszustand des Mediums in der Kondensatorsektion 402 von der Kühllast abhängt. Bei der in Fig. 9 dargestellten Kondensatorsektion befindet sich der durch Punkte gekennzeichnete Bereich in gasförmigem Zustand, und befindet sich der mit kurzen Strichen gekennzeichnete Bereich in flüssigem Zustand. In den durch schräge Linien gekennzeichneten Bereichen treten der gasförmige Zustand und der flüssige Zustand entsprechend der benötigten Kühllast auf. Diese Veränderungen der Kondensationsleistung an der Kondensatorsektion 402 können durch den vorgesehenen Modulator 100 absorbiert werden. Wenn nämlich eine Situation auftritt, in der die Kühllast so hoch ist, daß nicht das gesamte Kühlmittel in der Kondensatorsektion 402 kondensiert werden kann, tritt eine Abgabe von gasförmigem Kühlmittel auf. Dieses gasförmige Kühlmittel wird jedoch durch den Modulator 100 absorbiert, und dementsprechend wird flüssiges Kühlmittel im Modulator 100 an die Unterkühlungssektion 405 abgegeben, wodurch ein wirksamer Unterkühlungsvorgang an der Unterkühlungssektion 405 erreicht wird.
Fig. 10 zeigt das gesamte Klimasystem für ein Kraftfahrzeug, wobei dieses System mit einem Kondensator ausgestattet ist, der die in Fig. 9 schematisch dargestellte Bauweise besitzt, wobei ein Modulator 100 zwischen der Kondensatorsektion 402 und der Unterkühlungssektion 405 im Kondensator 400 angeordnet ist. Die Bezugszahl 201 bezeichnet einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, an der eine Riemenscheibe 201-1 angebracht ist. Die Riemenscheibe 201-1 ist über einen Riemen 201-2 mit einem Riemenscheibenbereich einer elektromagnetischen Kupplung 202 verbunden, und die Kupplung 202 wird selektiv zur Übertragung der Drehbewegung des Motors an den Kompressor 200 zum Eingriff gebracht. Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist die Kondensatorsektion 402 eine parallele Zwillingssektion mit parallel angeschlossenen schlangenförmigen Rohren 420a und 420b, die an einem Verteiler 423 miteinander verbunden sind. Der Modulator 100 ist am Verteiler 423 derart abgezweigt angeschlossen, daß er von dort aus nach oben gerichtet ist. Der Verteiler 423 ist mit vier Abzweigungsbereichen ausgestattet; dabei stehen zwei Abzweigungsbereiche mit den schlangenförmigen Rohren 420a und 420b der Kondensatorsektion 402 in Verbindung, steht ein Abzweigungsbereich mit der Unterkühlungssektion 405 in Verbindung, und steht ein Abzweigungsbereich mit dem Modulator 100 in Verbindung, wie in Fig. 11 dargestellt ist.
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht der Bauweise des in Fig. 10 dargestellten Wärmetauschers 400. Bei diesem Typ des Wärmetauschers 400 macht es der vorgesehene Modulator 100 möglich, daß die Sektion 402 stromabwärts der Abzweigungs-Anschlußstelle am Modulator 100 als Kondensatorsektion zur Kondensation des Kühlmittels arbeitet. Die Sektion 405 stromabwärts der Abzweigungs-Anschlußstelle am Modulator 100 arbeitet als Unterkühlungssektion, um dadurch eine Unterkühlungswirkung zu erreichen.
Bei der Ausführungsform des Wärmetauschers 400, bei dem der Modulator 100 an einem mittleren Bereich desselben abgezweigt angeschlossen ist, wird die Bestimmung einer gewünschten Stelle, an der der Modulator abgezweigt angeschlossen ist, in Hinblick auf die Ergebnisse von Versuchen erörtert. In Fig. 12 wird unter der Annahme, daß der Gesamtflächenbereich des Wärmetauschers 1 ist und der Flächenbereich der Unterkühlungssektion r ist, die optimale Stellung für das abgezweigte Anschließen des Modulators 100 durch Veränderung des Verhältnisses des Flächenbereichs der Unterkühlungssektion r zu dem Gesamtflächenbereich bestimmt. In Fig. 13 sind auf der Abszisse der Wert des Unterkühlungs-Bereichsverhältnisses r und auf der Ordinate die Motorleerlaufdrehzahl oder die Antriebsleistung für den Kompressor (PS) aufgetragen. Die Messung wird in einem Zustand durchgeführt, bei der die Temperatur der in den Verdampfer 310 eingeführten Luft 35ºC, die relative Feuchtigkeit 60 %, die Strömungsmenge 500 m³/h, die Temperatur der in den Wärmetauscher 400 eingeführten Luft 40 ºC und die Windgeschwindigkeit 2m/s messen. Die Linie m1 zeigt eine Veränderung der Antriebsleistung für den Kompressor 200 in Hinblick auf die Veränderung des Verhältnisses r, um hierdurch eine Kühlleistungsfähigkeit gleich derjenigen zu erhalten, die bei einem Unterkühlungsverhältnis von Null erhalten wird. Gemäß Darstellung mittels der Linie n1 wird die Veränderung der Motorleerlaufdrehzahl gemessen, wenn das Verhältnis r verändert wird, um dadurch eine Kühlleistungsfähigkeit gleich der Kühlleistungsfähigkeit unter dem Null-Unterkühlungszustand zu erreichen. Die Motorleistung m1 für den Kompressor 200 wurde aus der Linie n1 in bekannter Weise berechnet.
Wenn die Unterkühlungssektion 405 einen großen Bereich besitzt, kann die Unterkühlungsgeschwindigkeit des Kühlmittels hoch ausgebildet werden, und kann daher, wie aufgrund des Mollier-Diagramms von Fig. 8 leicht verständlich ist, eine große Enthalpie-Differenz erreicht werden, und kann somit die Kühlleistungsfähigkeit erhöht werden. Grundsätzlich bedeutet dies, daß mit größerem Unterkühlungsbereich die Kühlleistungsfähigkeit größer ist, was eine Verringerung der Antriebsleistung möglich macht, während die gleiche Kühleistungsfähigkeit erhalten bleibt.
Jedoch bewirkt eine Vergrößerung des Bereichs der Unterkühlungssektion 405 bei Aufrechterhaltung einer konstanten Größe des Bereichs für die Wärmeabgabe mittels der Wärmetauschereinrichtung 400 eine Verkleinerung des Bereichs der Kondensatorsektion 402. Dies bedeutet, daß der kleine Bereich für die Wärmeabgabe zur Verflüssigung des Kühlmittels verwendet werden muß, was bewirkt, daß der Druck des Kühlmittels in der Kondensatorsektion 402 erhöht wird. Diese Erhöhung des Kühlmitteldrucks in der Kondensatorsektion 402 führt zu der nachteiligen Wirkung, daß die Antriebsleistung für den Kompressor 200 vergrößert werden muß.
Fig. 13 zeigt dieses in sich widersprüchliche Erfordernis zwischen der Vergrößerung der Kühlleistungsfähikeit durch Vergrößerung des Bereichs der Unterkühlungssektion 402 und der Verhinderung der Vergrößerung der Antriebsleistung für den Kompressor infolge einer Verkleinerung des Bereichs der Kondensatorsektion 402. Allgemein ausgedrückt ist ein größerer Wert des Unterkühlungsverhältnisses r mehr zu bevorzugen, jedoch ist aus Fig. 13 klar, daß der Wert des Unterkühlungsverhältnisses nicht größer als 0,1 sein kann, wenn eine wesentliche Verringerung der Antriebsleistung des Kompressors 200 erreicht werden soll.
Fig. 13 zeigt auch eine Veränderung der Antriebsleistung des Kompressors, die zur Erreichung einer vorbestimmten Kühlleistung im Leerlauf des Motors benötigt wird. Der Motor, an dem der Kompressor 310 angeschlossen ist, ist verschiedenen Fahrzuständen ausgesetzt, durch die die Motordrehzahl ohne Rücksicht auf die Kühlleistungserfordernisse bestimmt wird. Daher ist es notwendig, den gewünschten Wert des Unterkühlungsbereichs zu bestimmten, während das Fahrzeug tatsächlich fährt.
Fig. 14(a), (b) und (c) zeigen die Werte der Kühlleistungsfähigkeit (Q), der Antriebsleistung (L) bzw. des Verhältnisses (Q/L) zwischen der Kühlleistungsfähigkeit bzw. der Antriebsleistung, die mittels des Wärmetauschers der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform, der mit einem Unterkühler ausgestattet ist, erreicht werden im Vergleich zu denjenigen, die mittels eines Wärmetauschers ohne Unterkühler erreicht werden (Fig. 1). In jeder der Figuren 14(a), (b) und (c) entspricht die ausgezogene Linie A dem Zustand hoher Fahrzeuggeschwindigkeit und am Kühlgerät anliegender hoher thermischen Last. Weiter ins Detail gehend messen beim Zustand A die Temperatur der in den Verdampfer 310 eingeführten Luft 35ºC, die Gesamtluftmenge 500 m³/h und die Drehzahl des Motors 201 3.600 Upm. Die ausgezogene Linie B entspricht dem Zustand mittlerer Fahrzeuggeschwindigkeit und am Kühlgerät anliegender mittlerer thermischer Last. Weiter ins Detail gehend messen beim Zustand B die Temperatur der in den Verdampfer 310 eingeführten Luft 27ºC, die Gesamtluftmenge 400 m³/h und die Drehzahl des Motors 201 1.800 Upm. Schließlich entspricht die ausgezogene Linie C dem Zustand niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit und am Kühlgerät anliegender niedriger thermischer Last. Weiter ins Detail gehend messen unter dem Zustand C die Temperatur der in den Verdampfer 310 eingeführten Luft 25ºC, die Gesamtluftmenge 300 m³/h und die Drehzahl des Motors 201 1.000 Upm. Wie zuvor erläutert wird im allgemeinen eine Vergröße rung der Kühlleistungsfähigkeit durch eine Vergrößerung des Bereichs der Unterkühlungssektion 405 erreicht, führt jedoch diese Vergrößerung des Unterkühlungsbereichs zu einer Vergrößerung der Antriebsleistung infolge einer Erhöhung des Drucks des Kühlmittels in der Kondensatorsektion 402. Dies bedeutet, daß ein optimaler Wert des Verhältnisses (Q/L) zwischen der Kühlleistungsfähigkeit und der Antriebsleistung aus der Kühlleistungsfähigkeit und der Antriebsleistung bestimmt werden sollte. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, daß dann, wenn das Fahrzeug mit geringer Drehzahl und geringem Lastbereich betrieben wird, ein Unterkühlungsbereichsverhältnis größer als 0,3 eine Verschlechterung der Kühlleistungsfähigkeit im Vergleich zu derjenigen bewirken kann, die ohne dessen Vorsehung erreicht werden kann, wenn das Unterkühlungsbereichsverhältnis kleiner als 1,0 wird. Daher liegt bevorzugterweise das Unterkühlungsbereichsverhältnis r im Bereich zwischen 0,1 und 0,3, um dadurch einen wirksamen Betrieb des Kühlgeräts über dem gesamten Betriebsbereich des Fahrzeugs zu erreichen.
Die Erfinder haben festgestellt, daß zur Erzielung eines ordnungsgemäßen Unterkühlungsbetriebs in der Unterkühlungssektion 405 der Kondensationsvorgang im Modulator 100 wichtig ist. Gemäß Fig. 15 steht ein Luftstrom zum Kühlen nicht nur mit der Kondensatorsektion 402 und der Unterkühlungssektion 405 in Berührung, sondern auch mit dem Modulator 100, was zu einer Kondensation des dort befindlichen gasförmigen Kühlmittels führt. In diesem Fall befindet sich die Grenze 100a zwischen Gas und Flüssigkeit im Modulator 100 in gesättigtem Flüssigkeitszustand, der als Folge des Kühlvorgangs bedingt durch Wärmeabgabe am Modulator 100 erreicht wird. Selbst wenn sich das in den Modulator 100 eingeführte Kühlmittel in teilweise getrocknetem Zustand der Kombination eines Gases und einer Flüssigkeit befindet, kann der durch Wärmeabgabe im Modulator 100 bewirkte Kühleffekt die Grenze 100a zwischen Gas und Flüssigkeit im Modulator 100 aufrechterhalten. Weiter ins Detail gehend befindet sich das Kühlmittel am Verbindungsbereich 100b in einem kombinierten Zustand, in dem sich das Kühlmittel grundsätzlich in flüssigem Zustand befindet, jedoch eine kleine Gasmenge enthält. Dennoch kann innerhalb des Modulators 100 ein ausgewogener Zustand erreicht werden, und ist folglich der Zustand des Kühlmittels am Einführungsbereich 405a der Unterkühlungssektion 405 der gleiche wie der Zustand des Kühlmittels am Einführungsbereich 100b des Modulators 100, und wird somit das eine kleine Gasmenge enthaltende Kühlmittel in flüssigem Zustand in die Unterkühlungssektion 405 eingeführt. Daher wird in der Unterkühlungssektion 405 zuerst ein Kondensationsvorgang des Gasanteils in dem kombinierten Medium aus Gas und Flüssigkeit erreicht, und wird der Unterkühlungsvorgang danach erreicht. Gemäß Fig. 15 kann das Kühlmittel den gesättigten Zustand entlang des Bereichs D erreichen, und wird somit der Unterkühlungsvorgang in der Unterkühlungssektion 405 am Bereich stromabwärts der Linie D erreicht, wie mit Hilfe von Schraffurlinien angegeben ist.
Wie oben erläutert verkleinert die Wärmeabgabe am Modulator 100 den wirksamen Bereich für die Unterkühlung an der Unterkühlungssektion 405. Das Gasausströmungsverhältnis bei der Gesamtmenge der Gaskomponente in dem durch die Kondensatorsektion 402 hindurchgeführten Kühlmittel ist als das Verhältnis zwischen der in den Modulator 100 eingeführten Gasmenge und der in die Unterkühlungssektion 405 einströmenden Gasmenge definiert. Wenn eine Wärmeabgabe am Modulator 100 stattfindet, ist die Menge des in die Unterkühlungssektion 405 einströmenden Gases gleich der Menge des am Modulator kondensierten Gases multipliziert mit der Gasströmungsverhältnis. Dies bedeutet, daß die Menge des in die Unterkühlungssektion 405 einströmenden gasförmigen Kühlmittels dem Kondensationsgrad im Modulator 100 entspricht. Je größer die Menge des gasförmigen Kühlmittels im Modulator 100 ist, desto kleiner ist die Menge des in die Unterkühlungssektion 405 einströmenden gasförmigen Kühlmittels, was den Unterkühlungswirkungsgrad in der Unterkühlungssektion 405 vergrößert.
In Hinblick auf die obigen Ausführungen muß das gasförmige Kühlmittel definitiv in den Modulator 100 eingeführt werden. In Fig. 15 ist A die Größe des wirksamen Bereichs des Kühlmitteldurchtritts und A' die Größe des wirksamen Bereichs des Abzweigungsdurchtritts zum Modulator 100. In diesem Fall ist die Menge des in den Modulator 100 eingeführten gasförmigen Kühlmittels gleich der Menge des durch den Kühlmitteldurchtritt hindurchströmenden gasförmigen Kühlmittels multipliziert mit A'/A. Das Gasausströmungsverhältnis entspricht A'/(A - A'), so daß die Menge des gasförmigen Kühlmittels umso kleiner ist, je größer der wirksame Bereich der Abzweigungsleitung des Modulators 100 ist.
Wenn der wirksame Bereich A' der Abzweigungsleitung zum Modulator 100 zu groß ist, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Modulator 100 zu groß, und wird es schwierig, das gasförmige Kühlmittel aus dem Kühlmittelstrom abzuscheiden, und wird somit das Ausströmungsverhältnis des gasförmigen Kühlmittels groß. Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis des wirksamen Bereichs der Abzweigungsleitung zum Modulator 100 zum wirksamen Bereich des Kühlmitteldurchtritts A'/A, und dem Ausströmungsverhältnis des gasförmigen Kühlmittels. Wie leicht einzusehen ist, muß ein geeigneter Wert für A'/A ausgewählt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen.
Fig. 17 ist eine schematische Ansicht des Zustands des Kühlmittels am Abzweigungsbereich zum Modulator 100. Der obere Teil (a) von Fig. 17 zeigt die Situation, bei der die Abzweigungsleitung zum Modulator 100 kein Mittel zur Regelung der Strömung in den Modulator besitzt, und es ist selbstverständlich, daß eine Strömung des Kühlmittels in den Kühlmitteldurchtritt am Abzweigungsbereich zum Modulator 100 mit übermäßig hoher Geschwindigkeit erzeugt wird, was bewirkt, daß die Abscheidung des gasförmigen Kühlmittels infolge seines Auftriebs schwierig wird. Der untere Teil (b) von Fig. 17 zeigt die Situation, bei der eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinrichtung 100c (Platte mit Öffnungen) zum Abtrennen des Gasstroms zu der Abzweigungsleitung zum Modulator vorgesehen ist. Diese Begrenzung der Geschwindigkeit des in den Modulator 100 einströmenden Kühlmittels mittels der Platte 100c erleichtert die Abscheidung des Gases im Modulator 100 infolge seines Auftriebs.
Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform, bei der die oben erläuterte Ausbildung separater Ströme realisiert ist. Die Abzweigungsleitung 423 ist dabei mit einer Trennwand 423-1 ausgestattet, die eine Öffnung für eine Verbindung mit einer Einführungsleitung 120 mit einem wirksamen Bereich von A' bildet, deren Größe so bestimmt ist, daß die gewünschte Einführung von gasförmigem Kühlmittel erreicht wird. Die Trennwand 423-1 bildet Öffnungen 424 zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Verbindung mit dem unteren Bereich des Modulators 100. Fig. 16 zeigt, daß, um einen wirksamen Unterkühlungsvorgang zu erreichen, das Verhältnis A'/A nicht zu groß und nicht zu klein sein sollte. Das nachfolgende ist das Ergebnis eines zur Bestätigung dieser Feststellung durchgeführten Versuchs. In Fig. 19 sind auf der Abszisse das Verhältnis A'/A, das das Verhältnis des Bereichs der Leitung 120 zum Bereich des Kühlmitteldurchtritts ist, in dem das Kühlmittel gemäß Darstellung mittels des Pfeils Y strömt, und auf der Ordinate der wirksame Bereich der Unterkühlungssektion 405 aufgetragen, was das Verhältnis ro des Bereichs der einen wirksamen Unterkühlungsvorgang bewirkenden Unterkühlungssektion (schraffierte Fläche in Fig. 15) zu dem wirksamen Gesamtbereich der Unterkühlungssektion 405 der Wärmetauschervorrichtung ist. Die ausgezogene Linie E zeigt die Situation, bei der die Menge des im Kühlsystem im Umlauf geführten Kühlmittels 100 kg/h beträgt, und die ausgezogene Linie F zeigt die Situation, bei der die Menge des im Kühlsystem im Umlauf geführten Kühlmittels 150 kg/h beträgt. Das wirksame Teilbereichsverhältnis A'/A gibt mit Hinblick auf den wirksamen gesamten Wärmeaustauschflächenbereich die Größe des Flächenbereichs des Teils der Unterkühlungssektion an, an dem eine wirksame Unterkühlung des Kühlmittels erreicht wird. Dies bedeutet, daß die Unterkühlungswirkung umso wirksamer ist, je größer das Unterkühlungsbereichsverhältnis A'/A ist. Das Versuchsergebnis in Fig. 19 zeigt, daß ein großes effektives Unterkühlungsbereichsverhältnis erreicht werden kann, wenn das Abzweigungsleitungs-Bereichsverhältnis A'/A im Bereich zwischen 12 % und 36 % liegt.
Bei der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform ist zu beachten, daß die Einführungsleitung 120 in Hinblick darauf angeordnet ist, daß sie zu dem Raum innerhalb des Modulators an dessen oberen Bereich offen ist, und als Folge zusätzlich zu dem Vorteil der Einstellung des gewünschten Wertes des Abzweigungsleitungs-Bereichsverhältnis der zusätzliche Vorteil erreicht wird, daß der Trockenheitsgrad des gasförmigen/flüssigen Kühlmittels an der Abzweigungsstelle verringert wird, weil das gasförmige Kühlmittel direkt in den oberen Teil des Raums innerhalb des Modulators 100 eingeführt wird.
Das gewünschte Volumen des Modulators wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 20 erörtert, die einen schematischen Aufbau des Modulators 100 zeigt. Der Modulator 100 sollte über einen unteren Füllspannenbereich 131 unter der Grenze zwischen Gas und Flüssigkeit und über einen oberen Veränderungsspannenbereich 130 oberhalb der Grenze zwischen Gas und Flüssigkeit verfügen. Der untere Bereich 131 wird zur Ergänzung einer Kühlmittelmenge verwendet, die aus dem Kühlgerät nach längerer Benutzung desselben verlorengehen kann, und der obere Bereich 130 wird zur Absorption einer Änderung der notwendigen Menge des im Kühlgerät im Umlauf geführten Kühlmittels verwendet, die von Veränderungen der Kühllast des Systems abhängt. Eine Größe von 100 g ist üblicherweise für das Volumen des Füllspannenbereichs 131 erforderlich, jedoch war eine zu bevorzugende Größe des Veränderungsspannenbereichs 130 nicht bekannt, und wurden daher von den Erfindern Versuche durchgeführt. Bei diesen Versuchen wurde das Kühlgerät unter verschiedenen Arbeitsbedingungen betrieben, um die im Modulator 100 aufgenommene Kühlmittelmenge zu erhalten. Fig. 21 zeigt das Ergebnis dieser Versuche. In Fig. 21 sind auf der Abszisse die Drehzahl des Kompressors und auf der Ordinate die Kühlmittelmenge im Modulator 100 aufgetragen. In Fig. 21 ist die ausgezogene Linie 1 der Kühlmittelzustand mit geringer Last bei einer Temperatur von 15ºC und einer Feuchtigkeit von 50 %, ist die ausgezogene Linie H der Zustand mit mittlerer Last bei einer Temperatur von 27ºC und einer Feuchtigkeit von 50 %, und ist die ausgezogene Linie G der Zustand mit hoher Last bei einer Temperatur von 35ºC und einer Feuchtigkeit von 60 %. Wie aus Fig. 5 klar ersichtlich ist, liegt über dem Gesamtbereich der Motorlast die erforderliche Kühlmittelmenge zwischen 90 und 140 g. Wie bereits erläutert worden ist, sind für das Füllen das Spannenbereichs 130 100g Kühlmittel erforderlich, und wird daher für den Veränderungsspannenbereich 131 angenommen, daß ein Raum für etwa 40 g Kühlmittel benötigt wird.
In Hinblick auf das Ergebnis der obenangegebenen Versuche haben die Erfinder eine bevorzugte Bauweise des Modulators 100 gefunden, der mit einem Kühlsystem für seinen Betrieb verbunden ist. Die tatsächliche Bauweise des Modulators 100 wird nachfolgend erläutert. Gemäß Darstellung in Fig. 10 und 11 wird eine Bauweise verwendet, bei der der Modulator 100 an der Verteilerleitung 423 abzweigend angeschlossen ist, was in vergrößertem Maßstab in Fig. 22 dargestellt ist, und bei der Rohre 420-1 und 420-2 zu der Kondensatorsektion 402 und ein Rohr 421-2 zu der Unterkühlungssektion 405 an der Verteilerleitung 423 abzweigend angeschlossen sind. Des weiteren ist ein Blockverbindungsstück 426 einstückig mit der Verteilerleitung 423 durch Verlöten verbunden. Das Blockverbindungsstück 426 ist mit einem vorstehenden, rohrförmigen Bereich 425 für die Strömung von Kühlmittel von der Verteilerleitung 423 aus zum Modulator 100 hin und mit einer Gewindebohrung 427 ausgestattet. Gemäß Darstellung in Fig. 22 ist der Modulator 100 an seinem unteren Ende mit einem Blockverbindungsstück 429 ausgestattet, das mit diesem durch Verlöten einstückig verbunden ist. Gemäß Darstellung in Fig. 24 besitzt das Blockverbindungsstück 429 eine Öffnung 429a, an der der rohrförmige Vorsprung 428 des ersten Blockverbindungsstücks 426 des Verteilerrohrs 423 über einen O-Ring 431 eingesetzt ist, so daß letzterer an seiner oberen Fläche 432 mit der unteren Fläche 430 des Blockverbindungsstücks 429 des Modulators 100 in Berührung steht. Des weiteren ist das Blockverbindungsstück 429 mit einem Loch 429b ausgebildet (Fig. 22), in dem eine Schraube 429c frei eingeführt ist, so daß die Schraube 429c mit dem Gewindeloch 427 des Blockverbindungsstücks 426 im Eingriff steht, wodurch die Blockverbindungsstücke 426 und 429 miteinander verbunden sind. Der O-Ring 431 zwischen den Blockverbindungsstücken 426 und 429 hält eine flüssigkeitsdichte Verbindung aufrecht.
Die abgezweigt angeschlossene Anordnung des Modulators 100 am Wärmetauscher 400 an einer Stelle entlang des dortigen Kühlmitteldurchtritts macht die Verwendung des stromabwärts des abgezweigt angeschlossenen Bereichs gelegenen Bereichs als Unterkühlungssektion 405 möglich, was die Enthalpie-Differenz zur Vergrößerung der Kühlleistungsfähigkeit vergrößern kann. Jedoch verkleinert die abgezweigt angeschlossene Anordnung des Modulators 100 am Wärmetauscher an einer Stelle entlang des Kühlmitteldurchtritts des Wärmetauschers unvermeidlich den wirksamen Bereich der Kondensatorsektion 402, was den Abgabedruck vom Kompressor 200 vergrößert. Fig. 25 zeigt das Ergebnis von Versuchen der Erfinder zur Erläuterung der Vergrößerung des Abgabedrucks des Kompressors 200 als Folge der Vorsehung des Modulators 100 am Wärmetauscher 400 gemäß Darstellung in Fig. 10. In Fig. 25 sind auf der Abszisse die Gesamtmenge des in dem System eingeführten Kühlmittels und auf der Ordinate der Abgabedruck aufgetragen. Die Linie W zeigt das erreichte Ergebnis, wenn der Modulator 100 wie in Fig. 10 angeordnet verwendet wird, und die Linie Z zeigt das erreichte Ergebnis, wenn eine Vorrichtung des Standes der Technik verwendet wird, die mit dem Aufnahmebehälter 401 ausgestattet ist. Wie aus der erfindungsgemäßen Kurve W ersichtlich ist, liegt die gewünschte Kühlmittelmenge im Bereich zwischen etwa 600 g und etwa 1.200 g. Wenn die Kühlmittelmenge nahe bei etwa 600 g liegt, tritt ein starker Abfall des Abgabedrucks infolge der Verknappung der Kühlmittelmenge auf. Wenn die Kühlmittelmenge größer als etwa 1.200 g ist, tritt ein starker Anstieg des Abgabedrucks auf, was bedeutet, daß eine übermäßig große Kühlmittelmenge im System eingefüllt ist. Aus dem Vergleich des Ergebnisses (Kurve W) der vorliegenden Erfindung ist ersichtlich, daß die Bauweise der vorliegenden Erfindung, die den Modulator 100 umfaßt, den Abgabedruck des Kompressors 200 im Vergleich zu dem Ergebnis (Kurve Z) des Standes der Technik erhöhen kann, wobei jedoch die Erhöhung des Abgabedrucks, die bei der vorliegenden Erfindung erreicht wird, nicht groß ist.
Bei der obenbeschriebenen Ausführungsform (Fig. 10) besteht der Wärmetauscher 400 aus einer Kondensatorsektion 402 und einer Unterkühlungssektion 405, die aus schlangenförmigen Rohren bestehen, jedoch kann der Wärmetauscher 400 erfindungsgemäß aus einer Vielzahl von parallelen Rohren 482 mit abgeflachter Querschnittsgestalt gemäß Darstellung in Fig. 26 bestehen. Dieser Typ des Wärmetauschers 400 besitzt auf seinen beiden Seiten horizontal beabstandete Behältersektionen 480 und 481, zwischen denen eine Vielzahl von horizontalen, parallelen Rohren 482 mit abgeflachter Gestalt bei vertikaler Beabstandung angeordnet ist. Gewellte Rippen 483 sind zwischen den benachbarten abgeflachten Rohren 482 derart angeordnet, daß die Rippen mit den Flächen der Rohre 482 durch Löten verbunden sind, und Trennwandplatten 484 und 485 sind in den Seitenbehältern 480 bzw. 481 angeordnet. Die Trennwandplatte 484 im Seitenbehälter 480 ist an einer Stelle höher als die Trennwandplatte 485 im Seitenbehälter 481 angeordnet. Ein Kühlmitteleinlaß 480-1 ist zum Innenraum des Behälters 480 oberhalb der Trennwand 484 offen, und der Kühlmittelauslaß 481-1 ist zum Innenraum des Behälters 481 unterhalb der Trennwand 485 offen. Demzufolge wird eine S-förmige Strömung des Kühlmittels vom Einlaß 480-1 aus zum Auslaß 481- 1 hin erreicht, wie durch die Pfeile f1, f2, f3, f4, f5 und f6 dargestellt ist.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Modulator 100 am Seitenbehälter 481 unterhalb der Trennwand 484 abzweigend angeschlossen. Fig. 27 zeigt die Einzelheiten der Mittel zur Verbindung des Modulators 100 mit dem Wärmetauscher 400. Der Modulator 100 ist durch den Seitenbehälter 480 an dessen unterem Ende mittels eines Verbindungsstücks 150 abgestützt. Das Verbindungsstück 150 wird auch dazu verwendet, eine Fluidverbindung zwischen dem Modulator 100 und dem Behälter 480 zu schaffen, und die Bauweise dieses Verbindungsstücks ist ähnlich derjenigen, die in Fig. 23 und 24 dargestellt ist. Der Modulator 100 ist an seinem oberen Ende mittels einer Abstützplatte 152 abgestützt. Gemäß Darstellung in Fig. 28 bei Betrachtung von der Seite des Wärmetauschers 400 ist der Modulator 100 bei Anordnung im Motorraum 800 eines Fahrzeugs etwas in Richtung nach vorn geneigt, wie in Fig. 29 dargestellt ist, was es für eine Bedienungsperson leicht macht, den Stand des Kühlmittels im Modulator 100 durch das Sichtglas 190 hindurch visuell zu überprüfen, das am oberen Ende des Modulators 100 gemäß Darstellung in Fig. 6 angeordnet ist. Gemäß Darstellung in Fig. 28 ist eine Schraube 151 zur Verbindung eines Paars von Verbindungsstükken in der gleichen Weise vorgesehen, die unter Bezugnahme auf Fig. 23 und 24 erläutert ist. Des weiteren ist, wie mit Bezug auf Fig. 18 erläutert worden ist, ein inneres Einführungsrohr 120 im Modulator 100 vorgesehen und an einer Öffnung 153 in einer Trennwand angeschlossen, wobei diese Öffnung der Öffnung 423-1 von Fig. 18 entspricht. Die Trennwand ist des weiteren mit einer Öffnung 153 für eine direkte Verbindung des unteren Bereichs der Modulator 100 mit dem Behälter 480 ausgestattet, wobei die Öffnung 153 der Öffnung 424 von Fig. 18 entspricht. Bei dieser Ausführungsform messen wie dargestellt der Innendurchmesser der Öffnung 153 zu dem Einführungsrohr 120 3,5 mm und der Innendurchmesser des Einführungsrohr 120 5 mm. Des weiteren ist, wie leicht aus Fig. 28 zu ersehen ist, das Einführungsrohr 120 mit dem Modulator 100 an dessen Innenwand mit Hilfe von Streben verbunden, um eine Bewegung des Einführungsrohrs 120 zu verhindern.
Fig. 29 zeigt eine Anordnung des Modulators im Motorraum 800 eines Fahrzeugs mit Hinblick auf die anderen Bauteile des Motors. In Fig. 29 bezeichnet die Bezugszahl 230 einen Kühler zum Kühlen von Kühlmittel für einen Verbrennungsmotor 201. Der Kühler 230 ist so angeordnet, daß er einem Gebläse 231 zugewandt ist, das mittels der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors 201 angetrieben ist. Der Wärmetauscher 400 für das erfindungsgemäße Kühlsystem ist vor dem Kühler 230 angeordnet. Wie bereits erläutert worden ist, ist der Modulator 100 an einer Seite des Wärmetauschers 400 mit Bezug auf den Wärmetauscher 400 in Richtung des Motorraums des Fahrzeugs nach vorn geneigt, damit eine Bedienungsperson den Stand des Kühlmittels im Modulator 100 unter Verwendung des Sichtglases 190 an dessen oberen Ende überprüfen kann, wenn die Motorhaube 800' offen ist.
Fig. 30 zeigt den Unterschied der Kühlleistungsfähigkeit des Kühlsystems für ein Fahrzeug, wie dieses in Fig. 27 dargestellt ist, mit dem Modulator 100 und ein Kühlsystem des Standes der Technik, wie dies in Fig. 7 dargestellt, mit dem Aufnahmebehälter 401. In Fig. 30 sind auf der Abszisse die verstrichene Zeit und auf der Ordinate an deren oberen Teil die Temperatur der in den Fahrgastraum des Fahrzeugs eingeblasenen Luft und an deren unteren Teil die Temperatur des Fahrgastraums aufgetragen. Die mit K gekennzeichneten Linien sind die Ergebnisse, die mittels des Systems des Standes der Technik mit dem Aufnahmebehälter 401 von Fig. 7 erreicht werden, und die mit J gekennzeichneten Linien sind die Ergebnisse, die mit dem erfindungsgemäßen System erreicht werden, das mit dem Modulator 100 gemäß Darstellung in Fig. 29 ausgestattet ist. Längs der Abszisse entspricht der Bereich L dem Fahrzustand des Fahrzeugs mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h, wobei Luft aus dem Fahrgastraum im Umlauf in den Verdampfer 310 geführt und eine große Luftmenge in den Verdampfer 310 eingeführt werden; der Bereich M entspricht einem Fahrzustand des Fahrzeugs mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h, wobei Außenluft mit einer Temperatur von 35ºC und einer Feuchtigkeit von 60 % in den Verdampfer 310 eingeführt und eine mittlere Luftmenge in den Verdampfer 310 eingeführt werden; und der Bereich N entspricht dem Fahrzustand derart, daß das Fahrzeug infolge starken Verkehrs angehalten ist, der Motor jedoch läuft, wobei Luft aus dem Fahrgastraum im Umlauf in den Verdampfer 310 geführt und eine große Luftmenge in den Verdampfer 310 eingeführt werden. Wie aus Fig. 30 leicht ersichtlich ist, betrug im Bereich N, bei dem das Fahrzeug angehalten ist, die Leerlaufdrehzahl 740 Upm an der Linie K für das Kühlsystem des Standes der Technik, das mit dem Aufnahmebehälter 401 ausgestattet ist, jedoch lag die Motorleerlaufdrehzahl bei 600 Upm auf der Linie J für das erfindungsgemäße Kühlsystem, das mit dem Modulator 100 ausgestattet ist.
Wie oben erläutert worden ist, kann bei dem Kühlsystem, das mit einem Modulator entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, eine Vergrößerung der Kühlleistungsfähigkeit über dem gesamten Betriebsbereich des Fahrzeugs erreicht werden. Insbesondere kann, wie aus Fig. 30 ersichtlich, das erfindungsgemäße System, das mit dem Modulator ausgestattet ist, die Motorleerlaufdrehzahl reduzieren, während eine ver größerte Kühlleistungsfähigkeit erreicht wird, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads des Kraftstoffverbrauchs für den Verbrennungsmotor 201 führt.
Fig. 31 zeigt eine weitere Ausführungsform des Modulators 100 bei Anschluß am Seitenbehälter 481, an dem eine Vielzahl von vertikal beabstandeten, parallelen, horizontalen Rohren 482 angeschlossen ist und eine Fluidverbindung dazwischen gemäß Darstellung in Fig. 27 auftritt. Ein Verbindungsrohr 126 ist für den Anschluß am Behälter 481 vorgesehen, und das Rohr 126 ist entlang seiner gesamten Länge mit einer Trennwand 160 ausgestattet, wodurch ein Einführungsdurchtrittsbereich 120 oberhalb der Trennwand 160 und ein Ausströmdurchtrittsbereich 125 unterhalb der Trennwand 160 gemäß Darstellung in Fig. 31' geschaffen sind. Ein Sichtglas 190 ist mit dem oberen Ende des Modulators 100 verbunden, und ein Schwimmerelement 180 ist im Veränderungsspannenbereich 130 innerhalb des Modulators 100 angeordnet. Die Funktion des Veränderungsspannenbereichs 130 ist bereits mit Bezugnahme auf Fig. 20 beschrieben worden. Ein ringförmiger Vorsprung 100-8 ist an der Innenwand des Modulators 100 ausgebildet, um den Schwimmer 180 zu erfassen und ihn an einen nach unten gerichteten Bewegung zu hindern, wenn der Stand des flüssigen Kühlmittels im Modulator 100 tiefer als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Das Sichtglas 190 gestattet es, daß der Stand des flüssigen Kühlmittels im Modulator 100 optisch überwacht wird. Ein Block 191 mit einem rohrförmig gestalteten Trocknungsmittel ist rund um das obere Ende des Rohrs 126 angeordnet, das in den Innenraum des Modulator 100 vorsteht, und absorbiert im Kühlmittel enthaltene Feuchtigkeit.
Gemäß Darstellung in Fig. 33 ist die obere Wand des Rohrs 126 mit einer Öffnung 128 ausgestattet, die zum Einführungsdurchtrittsbereich 120 hin offen ist. Die Öffnung 128 wird als Verbindung des Innenraums des Behälters 181 oberhalb des Rohrs 126 mit dem Einführungsdurchtrittsbereich 120 verwendet, wie aus Fig. 11 zu ersehen ist, so daß eine Kühlmittelmenge im Behälter 481 aus der Kondensatorsektion 402 heraus in den Modulator 100 über den Einführungsdurchtrittsbereich 120 eingeführt wird. Die Anordnung der Öffnung 128 wird derart bestimmt, daß gasförmiges Kühlmittel im Behälter 481 leicht in den Einführungsdurchtrittsbereich 120 infolge des dynamischen Drucks der Strömung des Kühlmittels im Behälter 481 eingeführt wird. Gemäß Darstellung in Fig. 33 ist die untere Wand des Rohrs 126 gegenüber der Öffnung 128 mit einer Öffnung 129 ausgestattet, die zu dem Ausströmdurchtrittsbereich 125 hin offen ist. Die Öffnung 129 wird als Verbindung des Innenraums des Behälters 481 unterhalb des Rohrs 126 mit dem Ausströmdurchtrittsbereich 125 verwendet, wie aus Fig. 31 ersichtlich ist, so daß eine Kühlmittelmenge im Modulator 100 aus dem Modulator 100 heraus in den Behälter 481 hinein über den Rückführungsdurchtrittsbereich 125 und dann in die Unterkühlungssektion 405 strömt. Das Rohr 126 durchdringt das Verbindungsstück 150, das an der Seitenwand des Behälters 481 angesetzt und befestigt ist, und durchdringt ein Abstützteil 150', das am Verbindungsstück 150 aufliegt und dort mittels einer Schraube 151 befestigt ist.
Das Rohr 126, das in Fig. 31 und 32 dargestellt ist, ist aus einer gezogenen Aluminiumlegierung hergestellt, um die gewünschte Querschnittsgestalt zu erhalten. Das Rohr 126 ist mit dem Modulator 100 und dem Verbindungsstück 150 durch Verlöten verbunden. Gemäß Fig. 32 und 33 ist die Trennwand 160 zwischen den Durchtrittsbereichen 120 und 125 gewellt, jedoch kann diese Wand 160 auch andere Gestalten, beispielsweise eine ebene Gestalt besitzen. Wie bereits erläutert worden ist, kann die Trennwand 160 einstückig im Wege eines Ziehverfahrens ausgebildet sein, jedoch kann anstelle der Anwendung des Ziehverfahrens die Trennwand 160 als separates Teil ausgebildet und fest am Inneren des Rohrs 126 angeordnet sein.
Fig. 34 zeigt eine weitere Ausführungsform mit der Bauweise eines Parallelrohr-Wärmetauschers, der mit einem Verbindungsstück 150 ausgestattet ist, in dem ein Einführungsdurchtritt 153 und ein Ausströmdurchtritt 152 ausgebildet sind. Das Verbindungsstück 150 ist mittels einer Schraube 151 an einer Basisplatte 156 fest mit dem Seitenbehälter 481 verbunden, und eine Trennwand 900 ist im Seitenbehälter 481 angeordnet, um den Innenraum des Behälters 481 in einen oberen und einen unteren Bereich zu unterteilen. Die Basisplatte (erstes Verbindungsstück) 156 bildet in Zusammenarbeit mit dem zweiten Verbindungsstück 150 einen darin befindlichen Kühlmitteldurchtritt 158, der in einer im wesentlichen V-förmigen Gestalt abgebogen ist und an einem Ende mit dem oberen Bereich des Behälters 481 und am anderen Ende mit dem unteren Bereich des Behälters 481 verbunden ist. Der Durchtritt 158 ist mit dem Durchtritt 153 im Verbindungsstück 150 verbunden, das mit dem Einführungsrohr 120 im Modulator 100 verbunden ist, und folglich kann gasförmiges Kühlmittel aus dem oberen Behälterbereich definitiv in den oberen Behälterbereich des Innenraums des Modulators 100 eingeführt werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Verbindungsstück 156, mit dem das zweite Verbindungsstück 150 über die Schraube 151 verbunden ist, mit dem Behälter 481 durch Verlöten verbunden. Auch ist ein O-Ring 157 zwischen den einander zugewandten Flächen der Verbindungsstücke 156 und 150 angeordnet, um dort eine luftdichte Verbindung zu erreichen.
Es ist bei der Bauweise von Fig. 34 zu beachten, daß der Einführungsdurchtritt 153 in dem Verbindungsstück 150 so angeordnet ist, daß er sich in dem Kühlmitteldurchtritt 158 in solcher Weise hinein erstreckt, daß der Durchtritt 153 im wesentlichen zu der Richtung der Strömung des Kühlmittels im Durchtritt 158 entgegengesetzt ausgerichtet ist. Folglich wird eine effektive Einführung zu dem Einführungsdurchtritt 153 von gasförmigen Kühlmittel in den Durchtritt 158 erreicht.
Fig. 35 bis 40 zeigen verschiedene Zustände des in den Modulator eingeführten Kühlmittels bei optischer Betrachtung. Fig. 35 und 36 zeigen den Zustand, bei dem die Menge des in den Modulator 100 eingefüllten Kühlmittels verknappt ist und es dort im wesentlichen kein flüssiges Kühlmittel gibt, so daß es viele Gasblasen gibt, die im flüssigen Kühlmittel enthalten sind, das in den Modulator 100 über das Einführungsrohr 120 eingeführt wird. Diese Situation kann durch Beobachtung von weißen Bläschen durch das Sichtglas 190 hindurch bestimmt werden, die im Inneren des Modulators in Erscheinung treten.
Fig. 37 und 38 zeigen eine Situation, bei der eine geeignete Kühlmittelmenge in den Modulator eingefüllt ist. In dieser Situation enthält das in den Modulator 100 über das Einführungsrohr 120 eingeführte Kühlmittel eine kleine Gasmenge, und befindet sich somit die Grenze zwischen Gas und Kühlmittel im Einführungsrohr 120 im wesentlichen in derselben Höhe wie diejenige im Modulator 100, was es möglich macht, daß der Stand der Flüssigkeit im Einführungsrohr 120 vom Äußeren des Modulators aus über das Sichtglas 190 beobachtet werden kann.
Fig. 39 und 40 zeigen eine Situation, bei der ein Kühlmittelüberschuß innerhalb des Modulators aufgenommen ist. In diesem Fall nimmt das flüssige Kühlmittel nicht nur den Füllspannenbereich 131, sondern auch den Veränderungsspannenbereich 130 ein, was es unmöglich macht, den Stand der Flüssigkeit im Modulator 100 von außen zu beobachten. Dies zeigt dem Benutzer an, daß eine übermäßige Einfüllung von Kühlmittel stattgefunden hat.
Anstelle der vorstehend erörterten Ausführungsformen, bei denen das Sichtglas 190 am Oberteil des Modulators angeordnet ist, besitzt die in Fig. 41 dargestellte Ausführungsform ein Sichtglas 190, das an der Seitenwand 100-5 an einer Stelle angeordnet ist, die dem Benutzer eine direkte Beobachtung durch das obere Ende des Einführungsrohrs 120 hindurch gestattet.
Bei einer Anordnung derart, daß das Sichtglas 190 am Oberteil des Modulators angeordnet ist, ist das Einführungsrohr 120 mit einem oberen Ende 120-7 ausgestattet, das so abgebogen ist, daß es sich über eine kurze Länge horizontal erstreckt. Diese Bauweise gestattet dem Benutzer die Beobachtung des Zustands des Kühlmittels am Auslaßende des Einführungsrohrs 120.
Fig. 43 zeigt eine Abänderung des Kondensators 400, der mit einer Vielzahl von parallelen Rohren ausgestattet ist, die mit dem Seitenbehältern verbunden sind; dabei ist der Modulator 100 mit einem der Seitenbehälter verbunden. Bei dieser Ausführungsform ist der Modulator 100 einstückig mit dem Seitenbehälter 481 ausgebildet, und besitzt der Seitenbehälter 900 eine innere, sich vertikal erstreckende Trennwand 470, die an ihrer Innenseite einen Seitenbehälter 481 bildet, an dem eine Vielzahl von vertikal beabstandeten Wärmetauscherrohren 482 offen ist, und die an ihrer Außenseite einen Modulator 100 bildet. Der Behälter 900 besitzt auch eine obere Kappe 901 und eine untere Kappe 902. Eine Trennwand 484 ist im Seitenbehälter 480 angeordnet, um eine in die Kondensatorsektion 402 und zu dem Seitenbehälter 481 geführte Kühlmittelströmung zu erreichen, die dann von dem Modulator 100 aus zu der Unterkühlungssektion 405 strömt, wodurch ein U-förmiger Kühlmittelstrom zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Wärmetauschers 400 gemäß Darstellung mittels der Pfeile h1, h2, h3 und h4 erreicht ist. Die untere Kappe 902 ist mit einem nach außen vorstehenden Bereich 902a ausgestattet, der es möglich macht, daß das untere Ende der Trennwand 470 von der unteren Kappe 902 beabstandet ist, so daß ein Verbindungsdurchtritt 472 dazwischen geschaffen ist, um hierdurch eine Verbindung für das Kühlmittel zwischen dem Seitenbehälter 481 und dem Modulator 100 zu ermöglichen.
Fig. 45 zeigt eine Abänderung, bei der anstelle des in einem Abstand angeordneten Bereichs 902a, der in Fig. 43 dargestellt ist, die Trennwand 470 durch einen oberen Bereich ohne Durchbrüche und einen unteren Bereich 473 ausgebildet ist, der durchbrochen ist. Es ist zu beachten, daß das obere Ende des durchbrochenen Bereichs 473 an einer Stelle angeordnet ist, die im wesentlichen die gleiche wie die Stelle ist, an der die Grenze zwischen der Kondensatorsektion 402 und der Unterkühlungssektion 405 liegt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Teil des von der Kondensatorsektion 402 in Richtung auf die Unterkühlungssektion 405 geführten Kühlmittels in den Modulator 100 über den durchbrochenen Teil 473 der Trennwand 470 eingeführt.
Bei der in Fig. 43 oder 45 dargestellten Ausführungsform ist auch zu beachten, daß eine weitere Trennwand nicht nur im Behälter 480, sondern auch im Behälter 481 in der gleichen Weise wie in Fig. 26 dargestellt angeordnet ist, um eine S- förmige Strömung des Kühlmittels im Wärmetauscher 400 zu schaffen.

Claims

1. Kühlgerät mit:

einem Kompressor (200),

einem Kondensator (400),

eine Einrichtung (300) zum Expandieren von kondensiertem Kühlmittel durch Reduzieren des Drucks desselben und

einem Verdampfer (310) in einer Kühlmittel-Umlaufleitung (350-352), wobei ein Modulator (100) zur Aufnahme der flüssigen Kühlmittelphase vorgesehen ist, der eine Kammer zur Aufnahme nur eines Teils der Gesamtmenge des dem Kühlzyklus ausgesetzten Kühlmittels von dem Kondensator (400) aus umschließt, wobei der Modulator in der Lage ist, in der Kammer eine Grenze zwischen dem flüssigen Zustand und dem gasförmigen Zustand zu bilden, zur Aufnahme des Kühlmittels in flüssiger Phase, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterkühler (405) in der Umlaufleitung zur Aufnahme des kondensierten Kühlmittels von dem Kondensator (400) aus vorgesehen ist, wobei der Kondensator (400) und der Unterkühler (405) je eine Vielzahl von beabstandeten, parallelen Rohren (482) aufweist und wobei ein Paar aus einem ersten und einem von diesem beabstandeten zweiten Behälter (480, 481) vorgesehen ist, zwischen denen die Rohre des Kondensators und des Unterkühlers so angeordnet sind, daß die Behälter mit den Rohren in kommunizierender Verbindung stehen und der erste Behälter (480) mit dem Kompressor (200) zur Einführung des zu kondensierenden Kühlmittels in die den Kondensator (400) bildenden Rohre verbunden ist, so daß ein Kühlmittelstrom vom Kompressor (200) aus zum Unterkühler (405) hin über den ersten und den zweiten Behälter (480, 481) erreicht ist, wobei mindestens einer der Behälter (480, 481) eine Trennwand (484, 485) zur Unterteilung seines Innenraums in eine erste und eine zweite Sektion aufweist, die dem Kondensator bzw. dem Unterkühler entsprechen, wobei der Modulator (100) zwischen dem Kondensator (400) und dem Unterkühler (405) angeordnet und mit dem anderen der Behälter (480, 481) an einer Stelle zur Einführung des Kühlmittels von dem Kondensator (400) aus in den Unterkühler (405) verbunden ist.

2. Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der andere Behälter mit einer Trennwand (484) ausgestattet ist, die höher als die Trennwand (484, 485) in dem einen Behälter angeordnet ist, um den Innenraum in eine obere und eine untere Sektion zu unterteilen, so daß das in die obere Sektion des anderen Behälters eingeführte Kühlmittel in den Kondensator (400) und zu der ersten Sektion des einen Behälters geführt und dann zurück zu den Rohren des Kondensators und in die untere Sektion des anderen Behälters hinein geführt wird und schließlich in die Rohre des Unterkühlers (405) und zu der zweiten Sektion des einen Behälters und in die Druckreduziereinrichtung (310) strömt, wobei der Modulator (100) mit der unteren Sektion des anderen Behälters zur Einführung nur eines Teils des für den Umlaufzyklus verwendeten gesamten Kühlmittels verbunden ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Behälter und der Modulator (100) eine einstückige Bauweise aufweisen, die aus einem rohrförmigen Teil mit vertikal beabstandeten, offenen Enden, aus oberen und unteren Kappen (901, 902), die mit dem oberen und dem unteren Ende verbunden sind, und aus einer sich vertikal erstreckenden Trennwand (470) zur Unterteilung des Raumes in dem Rohr in den Behälter und den Modulator (100) besteht, wobei die Trennwand eine Durchtrittseinrichtung für eine kommunizierende Verbindung des Behälters mit dem Modulator aufweist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittseinrichtung einen Bereich (902a) der unteren Kappe (902) in einem Abstand vom unteren Ende der Trennwand (470) zur Bildung eines Durchtritts als Verbindung des Behälters mit dem Modulator (100) aufweist.

5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittseinrichtung einen durchbrochenen unteren Bereich (473) der Trennwand (470) als kommunizierende Verbindung des Behälters mit dem Modulator aufweist.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Modulators (100) eine Durchtrittseinrichtung (120) zur Ablenkung eines Teils des Kühlmittelstroms in dem Behälters (481) und zur Wiedereinführung der Flüssigkeit von dem Modulator (100) aus zu dem Behälter in Richtung auf den Unterkühler (405) und eine Einrichtung (150) als Verbindung der Durchtrittseinrichtung mit dem Behälter umfaßt.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittseinrichtung eine Trennwand (423-1) mit einer ersten Öffnung und ein Rohr (120) umfaßt, dessen eines Ende mit der ersten Öffnung verbunden und dessen zweites Ende zum Inneren des Modulators (100) hin offen ist, wobei die Trennwand (423-1) eine zweite Öffnung (424) zur Einführung der Flüssigkeit im Modulator in den Behälter in Richtung auf den Unterkühler (405) aufweist.

8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittseinrichtung ein Rohr (126), dessen eines Ende zum Behälter hin offen und dessen zweites Ende zum Inneren des Modulators (100) hin offen ist, wobei das Rohr eine darin befindliche Trennwand (160) entlang seiner Länge aufweist, die ein Paar Durchtrittskanäle bildet, die mit dem Kondensator (400) bzw. dem Unterkühler (405) verbunden sind, und eine Einrichtung (150) zum Befestigen des Rohres am Behälter umfaßt.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Behälter mit einer Trennwand quer zu seinem Innenraum ausgestattet ist und die Verbindung des Modulators (100) ein erstes Verbindungsstück (156), das mit dem Behälter verbunden ist und mit der Trennwand zur Erzeugung eines abgebogenen Kühlmittelstroms in dem Behälter zusammenarbeitet, und ein zweites Verbindungsstück (150) für eine Verbindung des Verbindungsstücks mit dem Modulator (100) umfaßt, wobei das zweite Verbindungsstück mit einem Durchtritt (153) zur Aufnahme eines Kühlmittelstroms von dem Durchtritt aus in den Modulator hinein und mit einem zweiten Durchtritt (152) zur Rückführung des Kühlmittels von dem Modulator aus zu dem ersten Durchtritt (158) ausgestattet ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, weiter gekennzeichnet durch ein Rohr (120), das in dem Modulator (100) zur Verbindung des Durchtritts (153) mit dem Innenraum des Modulators angeordnet ist.

11. Gerät nach Anspruch 1 bis 10, weiter gekennzeichnet durch ein Sichtglas (190) zur Beobachtung des Kühlmittelstandes im Modulator (100).