DE69923260T2

DE69923260T2 - Kältesystem mit einem bestimmten spezifischen Volumen

Info

Publication number: DE69923260T2
Application number: DE69923260T
Authority: DE
Inventors: Kiyokazu Isesaki-shi Yamamoto
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2019-07-24
Also published as: JP2000055488A; EP0978693B1; EP0978693A2; EP0978693A3; US6185955B1; DE69923260D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlungssystem, bei dem ein anderes Fluid als Fluorkohlenstoff als ein Kältemittel verwendet werden kann.
In den letzten Jahrzehnten wird berichtet, dass Emissionen von verschiedenen Chemikalien einschließlich Fluorkohlenstoff (insbesondere Chlorfluorkohlenwasserstoff, der oftmals als CFC abgekürzt wird) eine schützende Ozonschicht, welche die Erde umgibt, verringern werden. Als einer der Ansätze, um solche schädlichen Emissionen zu reduzieren, wird eine Entwicklung eines Kühlungssystems, das ein Ersatzkältemittel anstatt eines Fluorkohlenstoff-Kältemittels verwendet, durchgeführt.
Zum Beispiel beschreibt US-Patent Nr. 5,245,836 ein Kühlungssystem, das Kohlendioxid als ein Kältemittel verwendet. Bei diesem Kühlungssystem wird Kohlendioxid zu einem Kompressor gefördert, um in einen überkritischen Zustand, der einen höheren Druck als dessen kritischer Druck aufweist, komprimiert zu werden. Dann wird Kohlendioxid in dem überkritischen Zustand durch einen Kühler gekühlt, durch einen Expandierer dekomprimiert oder im Druck reduziert und durch einen Verdampfer verdampft. Während dem Verdampfen wird Wärme von einem externen Fluid, wie beispielsweise Luft, als latente Verdampfungswärme absorbiert. Folglich wird eine gewünschte Kühlung durchgeführt.
Der oberhalb erwähnte "überkritische Zustand" ist ein Zustand, in dem sowohl die Temperatur als auch der Druck des Kohlendioxides gleich oder höher als dessen kritischer Punkt ist, in anderen Worten ein Zustand, in dem Kohlendioxidmoleküle sich wie in einer Gasphase herumbewegen, obwohl die Dichte des Kohlendioxides im wesentlichen gleich einer Dichte der Flüssigphase ist. Wie anhand des Mollier-Diagrammes verständlich ist, ist die kritische Temperatur von Kohlendioxid ungefähr 31°C und der dazu entsprechende kritische Druck ist ungefähr 7,38 MPa (Mega-Pascal).
Wie oberhalb beschrieben ist, ist die kritische Temperatur von Kohlendioxid ungefähr 31°C, die beträchtlich niedrig im Vergleich zu einem halogenierten Kältemittel ist (z.B. 112°C für R12 (=CCl₂F₂)). Deshalb kann in einer Umgebung hoher Temperatur, wie beispielsweise in der Sommersaison, die Temperatur der Außenluft höher als die Temperatur des Kohlendioxides, das das Kältemittel darstellt, werden, so dass die Temperatur von Kohlendioxid an einem Auslass des Kühlers höher als 31°C ist. In solch einer Situation ist die Wärmeabstrahlung von Kohlendioxid in dem Kühler verringert und als ein Ergebnis ist der Wärmeaustausch an dem Verdampfer verringert. Folglich ist es schwierig, einen gewünschten Kühlungseffekt zu erreichen. In Anbetracht des oben dargelegten ist in einem Kühlkreislauf, der Kohlendioxid als Kältemittel verwendet, ein Auslassdruck des Kühlers auf einen hohen Wert eingestellt, um den oberhalb genannten Nachteil zu beseitigen. Solch ein hoher Auslassdruck des Kühlers kann durch Erhöhen eines Auslassdruckes des Kompressors erzielt werden.
Indessen ist die Menge G des Kältemittels, das durch den Kühlkreislauf zirkuliert (im Folgenden als die Zirkulationsmenge bezeichnet) gegeben durch: G = (q·η)/v,wobei q eine Verschiebung durch einen Kolben des Kompressors darstellt, η einen Füllungsgrad und v ein spezifisches Volumen des eingeschlossenen Kältemittels. Deshalb ist, soweit der Kompressor nicht ausgetauscht wird, die Zirkulationsmenge G umgekehrt proportional zu dem spezifischen Volumen des eingeschlossenen Kältemittels. Es wird hier angemerkt, dass das spezifische Volumen von Kohlendioxid kleiner ist als das des halogenierten Kältemittels. Demgemäß ist die Zirkulationsmenge G des Kühlkreislaufes, der Kohlendioxid als das eingeschlossene Kältemittel verwendet, groß im Vergleich zu dem Fall, in dem halogeniertes Kältemittel verwendet wird. Zum Beispiel ist die Zirkulationsmenge G für Kohlendioxid ungefähr 5,5mal bzw. ungefähr 7mal so groß wie diejenige für R12 bzw. R134a (=CH₂FCF₃). Dies bedeutet, dass in dem Kühlkreislauf, der Kohlendioxid als das eingeschlossene Kältemittel verwendet, die Kühlleistungsfähigkeit, die äquivalent zu derjenigen ist, die durch das halogenierte Kältemittel erzielt wird, gewährleistet werden kann, selbst wenn die Zirkulationsmenge G ungefähr 1/5,5 bzw. ungefähr 1/7 so klein ist wie diejenige für R12 bzw. R134. Die Zirkulationsmenge G eines derart kleinen Wertes verringert einen Druckverlust in einer Kältemittel-Rohrleitung. Deshalb ist für die Kältemittel-Rohrleitung ein kleinerer innerer Durchmesser zulässig, im Vergleich zu derjenigen des Kühlkreislaufes, der das halogenierte Kältemittel verwendet. Zum Beispiel kann der innere Durchmesser der Kältemittel-Rohrleitung auf ungefähr 1/4 reduziert werden, im Vergleich zu dem Fall, in dem R134a verwendet wird.
Wie oberhalb beschrieben ist, wird der innere Durchmesser der Kältemittel-Rohrleitung durch die Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel reduziert. Jedoch ist es immer noch notwendig, eine Anordnung zum Vermeiden der Ermüdung und der Beschädigung verschiedener Teile des Kompressors, das heißt Gleitoberflächen eines Kolbens und eines Kolbenzylinders und Gleitabschnitte von Lagern, bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist ein Schmieröl in dem Kühlkreislauf zusätzlich zu dem Kohlendioxid als das Kältemittel eingeschlossen. Das Schmieröl zirkuliert durch den Kühlkreislauf, um die Gleitoberflächen und die Gleitabschnitte zu schmieren.
In einem Fall, in dem die Kältemittel-Rohrleitung einen kleinen Innendurchmesser aufweist, wird ein Anhaften des Schmieröls auf der inneren Oberfläche der Kältemittel-Rohrleitung zu einer beträchtlichen Zunahme des Druckverlusts führen. Unter diesen Umständen ist der innere Durchmesser der Kältemittel-Rohrleitung unvermeidbar vergrößert, selbst wenn Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird. Folglich ist es schwierig, einen Vorteil zu erzielen, der durch die Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel erreicht werden würde, das heißt, eine größenmäßige Reduzierung des Kühlungssystems zu erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung:
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlungssystem bereitzustellen, das vorteilhafter Weise ein gegebenes Kältemittel, das im spezifischen Volumen kleiner als ein halogeniertes Kältemittel ist, verwenden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kühlungssystem des beschriebenen Types bereitzustellen, das durch die Verwendung des gegebenen Kältemittels größenmäßig reduziert werden kann, ohne dabei eine Beeinträchtigung, die aus der größenmäßigen Reduzierung folgt, zu verursachen.
Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden mit Fortschreiten der Beschreibung klar.
EP-A-1043550, das nur im Sinne des Artikels 54(3) EPC Stand der Technik ist, beschreibt ein Kühlungssystem mit einem Kompressor, einem Kühler, Expansionsmittel und Verdampfer. US-A-5441658 beschreibt ein Kältemittel aus gemischtem Gas zur Verwendung in dem Tieftemperaturbereich.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlungssystem bereitgestellt, das ein gegebenes Kältemittel verwendet und das aufweist:
einen Kompressor zum Komprimieren des gegebenen Kältemittels in einen überkritischen Zustand, der einen höheren Druck als den kritischen Druck des gegebenen Kältemittels aufweist,
wobei der Kompressor Schmieröl enthält, das in dem gegebenen Kältemittel gelöst ist, und ein komprimiertes Kältemittel in dem überkritischen Zustand und das Schmieröl auslässt;
einen Ölabscheider, der mit dem Kompressor verbunden ist und mit dem komprimierten Kältemittel versorgt wird zum Trennen des Schmieröls von dem komprimierten Kältemittel, um ein von Öl getrenntes Kältemittel zu erzeugen;
einen Kühler, der mit dem Ölabscheider zum Kühlen des von Öl getrennten Kältemittels in ein gekühltes Kältemittel verbunden ist;
Expansionsmittel, das mit dem Kühler zum Dekomprimieren des gekühlten Kältemittels in ein dekomprimiertes Kältemittel, das einen niedrigeren Druck als den kritischen Druck aufweist, verbunden ist; und
einen Verdampfer, der mit dem Expansionsmittel und dem Kompressor zum Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels in ein verdampftes Kältemittel, das als das gegebene Kältemittel zu dem Kompressor gefördert wird, verbunden ist, wobei ein Einlassabschnitt des Ölabscheiders mit dem Kompressor zum darin Einleiten des komprimierten Kältemittels verbunden ist, wobei der Einlassabschnitt mit einer Drossel versehen ist.
Die Zeichnungen:
1 ist ein Schaltdiagramm eines Kühlungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vertikale Schnittabsicht eines Ölabscheiders, der in dem Kühlungssystem der 1 enthalten ist;
3 ist ein Schaltdiagramm eines Kühlungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Schaltdiagramm eines Kühlungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ist ein Schaltdiagramm eines Kühlungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine Beschreibung eines Kühlungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben.
Das Kühlungssystem verwendet Kohlendioxid als ein gegebenes Kältemittel und weist einen Kühlkreislauf auf, der einen Kompressor 1, einen Ölabscheider 2, einen Kühler 3, einen Expandierer 4 und einen Verdampfer 5 aufweist, die in Reihe durch ein Auslassrohr P1, Verbindungsrohre P2 und P3, und ein Ansaugrohr P4 verbunden sind. Der Kompressor 1 dient zum Komprimieren des gegebenen Kältemittels, so dass dieses in einem überkritischen Zustand, der einen höheren Druck als den kritischen Druck des gegebenen Kältemittels aufweist, vorliegt. In bekannter Weise enthält der Kompressor 1 Schmieröl, das in dem Kältemittel gelöst ist, und er wird ein komprimiertes Kältemittel in dem überkritischen Zustand und das Schmieröl auslassen. Der Ölabscheider 2 ist mit dem Kompressor 1 zum Trennen des Schmieröls von dem komprimierten Kältemittel in dem überkritischen Zustand verbunden, um ein von Öl getrenntes Kältemittel zu erzeugen. Der Kühler 3 ist mit dem Ölabscheider 2 zum Kühlen des von Öl getrennten Kältemittels in ein gekühltes Kältemittel verbunden. Der Expandierer 4 ist mit dem Kühler 3 verbunden und dient zum Dekomprimieren des gekühlten Kältemittels in ein dekomprimiertes Kältemittel, das einen niedrigeren Druck als den kritischen Druck des gegebenen Kältemittels aufweist. Der Verdampfer 5 ist mit dem Expandierer 4 und dem Kompressor 1 verbunden und dient zum Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels in ein verdampftes Kältemittel, das als das gegebene Kältemittel zu dem Kompressor 1 gefördert wird. Der Expandierer 4 wird als eine Expansionsanordnung bezeichnet.
Der Kühlkreislauf weist ferner ein Öl-Rückführ- oder Recycling-Rohr P5 auf, das zwischen dem Ölabscheider 2 und dem Kompressor 1 angeschlossen ist. Das Öl-Rückführ-Rohr P5 dient zum Rückführen des Schmieröls von dem Ölabscheider 2 zu dem Kompressor 1.
In dem Kühlkreislauf ist das Kohlendioxid anstatt einem halogenierten Kältemittel in dem Kühlkreislauf eingeschlossen, und wird auf einer Hochdruckseite bei einem Druck gehalten, der dessen kritischen Druck übersteigt. Es wird hier angemerkt, dass die kritische Temperatur von Kohlendioxid ungefähr 31°C ist und der hierzu entsprechende kritische Druck ungefähr 7,38 MPa (Mega-Pascal) ist.
Zusätzlich zu dem Kohlendioxid als dem Kältemittel ist ein Schmieröl in dem Kühlkreislauf eingeschlossen, um die Ermüdung und die Beschädigung verschiedener Teile des Kompressors 1, das heißt Gleitoberflächen eines Kolbens und eines Kolbenzylinders und Gleitabschnitte von Lagern, zu vermeiden. Das Schmieröl wird aus verschiedenen Materialen, die frei von einer Umwandlung, wie beispielsweise einer Karbonisation, sind, selbst wenn der Druck auf der Hochdruckseite den kritischen Druck von Kohlendioxid übersteigt, ausgewählt.
Bezugnehmend auf 2 weist der Ölabscheider 2 einen Behälter 2a auf, der aus einem zylindrischen Abschnitt 20 und einem Paar einer oberen und einer unteren Kappe 21a und 21b, die das obere bzw. untere offene Ende des zylindrischen Abschnittes 20 schließen, gebildet wird. Jede der Kappen 21a und 21b hat eine semisphärische Form und ist an dem zylindrischen Abschnitt 20 durch Schweißen befestigt. Mit dieser Struktur behält der Behälter 21 eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Druck. Der zylindrische Abschnitt 20 des Behälters 2a ist mit einem Einlassloch 2b versehen, das an einem oberen Abschnitt seiner Seitenoberfläche ausgebildet ist. Die obere Kappe 21a ist mit einem Auslassloch 2c, das an deren oberem Ende ausgebildet ist, versehen. Die untere Kappe 21b ist mit einem Rückführloch 2d, das an dessen Kopfende ausgebildet ist, versehen. In das Einlassloch 2b ist ein Ende des Rohres P1 eingesetzt und durch Schweißen an dem zylindrischen Abschnitt 20 befestigt. In das Auslassloch 2c ist ein Ende des Rohres P2 eingesetzt und an der oberen Kappe 21a durch Schweißen befestigt. In das Rückführloch 2d ist ein Ende des Öl-Rückführ-Rohres P5 eingesetzt, und durch Schweißen an der unteren Kappe 21b befestigt. Das andere Ende des Rohres P1 ist mit einem Auslassabschnitt des Kompressors 1 verbunden. Das andere Ende des Rohres P2 ist mit einem Einlassabschnitt des Kühlers 3 verbunden. Das andere Ende des Öl-Rückführ-Rohres P5 ist mit einem Abschnitt, der einen Antriebsmechanismus des Kompressors 1 aufnimmt, verbunden. Obwohl dies nicht in der Figur dargestellt ist, sind der Ölabscheider 2 und das Öl-Rückführ-Rohr P5 mit einem wärmeisolierenden Material bedeckt, so dass der Ölabscheider 2 und das Öl-Rückführ-Rohr 5 nicht während des Betriebes des Kühlungssystems heruntergekühlt werden.
Darüber hinaus ist der Ölabscheider 2 in der Nähe des Auslassabschnittes des Kompressors 1 angeordnet, so dass Wärme einfach von dem Auslassabschnitt des Kompressors 1 auf den Ölabscheider 2 übertragen wird. Im speziellen ist der Ölabscheider 2 derart an einer Position angeordnet, dass das Verhältnis der Länge des Rohres P1 zu der des Rohres P2 gleich 1:3 ist.
Das eine Ende des Rohres P1, das in das Einlassloch 2b des Ölabscheiders 2 eingesetzt ist, ist mit einer Drossel P1a versehen, die an einer inneren Oberfläche desselben ausgebildet ist. Die Drossel P1a ist durch Reduzieren des inneren Durchmessers des einen Endes des Rohres P1 in Richtung zu dem Behälter 2a hin ausgebildet. Das eine Ende des Rohres P2, das in das Auslassloch 2c eingesetzt ist, ist mit einem Ölabscheidbauteil 2e, das nach unten zu einer Position, die dem Einlassloch 2b gegenüber liegt, hervorragt, verbunden. Bei dieser Struktur geht Kohlendioxid als das Kältemittel zwangsläufig durch das Ölabscheidbauteil 2e, wenn es von dem Ölabscheider 2 in Richtung Kühler 3 strömt. Als das Ölabscheidbauteil 2e wird ein zylindrisches Siebmaterial oder ein zylindrisches poröses Material verwendet.
Die Beschreibung betrifft im folgenden den Betrieb des oben genannten Kühlungssystems. Als erstes wird dem Kompressor 1 ein Auslassdruck, der innerhalb eines Druckbereiches zwischen 9,81MPa und 16,67MPa ausgewählt wird, eingegeben. Folglich übersteigt der untere Grenzwert des Druckbereiches den kritischen Druck (ungefähr 7,38MPa) von Kohlendioxid. Der Auslassdruck wird hoch gewählt, wie oberhalb erwähnt wurde, mit dem Zweck, einen Auslassdruck des Kühlers zu erhöhen, um so den oberhalb genannten Nachteil, der verursacht wird, wenn die Temperatur der Außenluft hoch ist, zu beseitigen.
Nachdem der Auslassdruck des Kompressors 1 wie oberhalb erwähnt gewählt ist, wird Kohlendioxid aus dem Kompressor 1 ausgelassen, und strömt durch das Rohr P1 in den Behälter 2a des Ölabscheiders 2. Zu dieser Zeit wird Kohlendioxid durch die Drossel P1a, die an dem einen Ende des Rohres P1 ausgebildet ist, dekomprimiert. Die Druckabnahme liegt in der Größenordnung von einigen MPa. Jedoch ist solch eine Dekompression durch die Drossel P1a nicht so groß, um den Druck des Kohlendioxides, das in den Behälter 2a strömt, auf einen niedrigeren Wert als den kritischen Druck (ungefähr 7,38MPa) zu verringern. Kohlendioxid ist in dem Schmieröl gelöst, wenn es in den Behälter 2a strömt. Durch die oben genannte Dekompression wird die Trennung von Kohlendioxid von dem Schmieröl in dem Ölabscheider 2 gefördert. Beispielsweise wird, wenn die Temperatur in dem Behälter 2a bei 70°C liegt, die Trennung von Kohlendioxid von dem Schmieröl durch Verringern des Druckes von Kohlendioxid von 12MPa auf 8MPa weiter gefördert.
Indessen wird Kohlendioxid, das in dem Schmieröl gelöst ist und in den Behälter 2a strömt, von dem Schmieröl hauptsächlich während des Durchtritts durch das Ölabscheidbauteil 2e getrennt. Nachdem Kohlendioxid abgetrennt ist, wird das Schmieröl an dem unteren Ende des Behälters 2a gesammelt. Wenn die Menge des so gesammelten Schmieröls einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird ein (nicht gezeigtes) Schwimmerventil geöffnet, um das Schmieröl von dem Rückführloch 2d durch das Öl-Rückführ-Rohr P5 zu dem Abschnitt, der den Antriebsmechanismus des Kompressors 1 aufnimmt, zu führen.
Kohlendioxid, das von dem Ölabschneider 2 durch das Rohr P2 in den Kühler 3 strömt, strömt weiter durch den Kühler 3. Zu dieser Zeit wird ein Wärmeaustausch, der eine Wärmeabgabe von dem Kohlendioxid begleitet, durch den Kühler 3 zwischen der Außenluft und dem Kohlendioxid durchgeführt. Wie oberhalb beschrieben, wird dem Kompressor 1 der Auslassdruck eingegeben, der hoch gewählt ist. Deshalb ist der Auslassdruck des Kühlers 3 ebenfalls hoch gewählt. Folglich ist es möglich, die Abnahme der Wärmeabstrahlung bei dem Kühler zu verhindern. Als ein Ergebnis kann ein gewünschter Kühlungseffekt bei dem Verdampfer erzielt werden.
Das Kohlendioxid wird, nachdem es durch den Kühler 3 geströmt ist, durch das Rohr P3 zu dem Expandierer 4 gefördert und tritt durch den Expandierer 4 hindurch. Während des Durchtretens wird der Druck des Kohlendioxides auf einen niedrigeren Wert als den kritischen Druck verringert. Dann strömt Kohlendioxid, das durch den Expandierer 4 hindurchtritt, in den Verdampfer 5. Als Expandierer 4 können verschiedene bekannte Vorrichtungen verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, ein Temperatur-erfassendes Expansionsventil zu verwenden. Durch die Verwendung des Temperatur-erfassenden Expansionsventils wird die Strömungsrate an dem Auslassabschnitt des Verdampfers 5 gesteuert, um dort einen konstanten überheizten Grad zu behalten. Kohlendioxid, das in den Verdampfer 5 einströmt, strömt weiter durch den Verdampfer 5. Zu dieser Zeit wird ein Wärmeaustausch, der eine Wärmeabsorption in das Kohlendioxid begleitet, durch den Verdampfer 5 zwischen der Außenluft und Kohlendioxid durchgeführt, so dass Kohlendioxid in dem Verdampfer 5 verdampft wird. Als ein Ergebnis wird die Außenluft gekühlt.
Nach dem Durchströmen des Verdampfers 5 strömt Kohlendioxid durch das Ansaugrohr P4 in den Einlassabschnitt des Kompressors 1. Kohlendioxid wird wieder von dem Kompressor 1 auf einen höheren Druck als den kritischen Druck komprimiert und wird von dem Kompressor 1 in Richtung zu dem Kühler 3 ausgelassen.
Bei dem oben genannten Kühlungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Kohlendioxid, das im spezifischen Volumen kleiner als das halogenierte Kältemittel ist, als das eingeschlossene Kältemittel des Kühlkreislaufes verwendet. Der Auslassdruck des Kompressors wird der derart gewählt, dass er gleich oder höher als der kritische Druck ist.
Der Ölabscheider ist zwischen dem Kompressor und dem Kühler angeordnet, um Kohlendioxid und das Schmieröl zu trennen. Deshalb ist es möglich, die Menge des Schmieröls, das stromabwärts von dem Ölabscheider zu einer Kältemittel-Rohrleitung strömt, die zu dem Kühler, dem Expandierer, dem Verdampfer und dem Kompressor führt, zu reduzieren. Es ist deshalb möglich, ein Anhaften des Schmieröls an einer inneren Umfangsoberfläche der Kältemittel-Rohrleitung an dem oben genannten Teil zu unterdrücken. Folglich ist es möglich, den Druckverlust, der durch Anhaften des Schmieröls an der inneren Umfangsoberfläche der Kältemittel-Rohrleitung verursacht wird, zu minimieren. Demgemäß kann, im Vergleich zu dem Fall, in dem halogeniertes Kältemittel eingeschlossen ist, der innere Durchmesser des Kältemittel-Kreislaufes des Kühlungssystems reduziert werden. Als eine Folge ist es möglich, einen Vorteil, der durch die Verwendung von Kohlendioxid als das Kältemittel erhalten wird, dass heißt die größenmäßige Reduzierung des Kühlungssystems, zu erzielen.
In der ersten, oberhalb beschriebenen Ausführungsform ist die Drossel P1a an dem einen Ende des Rohres P1, das in das Einlassloch 2b des Ölabscheiders 2 eingesetzt ist, ausgebildet. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Drossel auf einer inneren Umfangswand des Einlassloches 2b ausgebildet sein. In diesem Falle ist das eine Ende des Rohres P1 an einer Position angeordnet, die mit dem Einlassloch 2b zusammenfällt, und dann an einer äußeren Seitenoberfläche des zylindrischen Abschnittes 20 durch Schweißen befestigt.
In der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform, ist das Ölabscheidbauteil 2e an dem einen Ende des Rohres P2, das in das Auslassloch 2c des Ölabscheiders 2 eingesetzt ist, befestigt. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt.
Das Ölabscheidbauteil 2e kann an jeglicher gewünschter Position angeordnet sein, soweit das Schmieröl, das in den Behälter 2a einströmt, damit in Kontakt kommt. Zum Beispiel kann das Ölabscheidbauteil 2e an dem einen Ende des Rohres P1, das in das Einlassloch 2b eingesetzt ist, befestigt sein. Wie einfach verständlich ist, ist kein Abscheidbauteil 2e in einem Fall erforderlich, in dem der Ölabscheider 2 eine ausreichende Ölabscheidung alleinig durch den Dekompressionseffekt durchführt.
In der ersten, oberhalb beschriebenen Ausführungsform sind der Ölabscheider 2 und der Kompressor 1 als separate Bauteile ausgebildet. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Ölabscheider 2 oder ein Funktionsbauteil, das in der Funktion hierzu äquivalent ist, integral mit dem Kompressor gebildet sein. Bei dieser Struktur kann das Kühlungssystem in der Größe weiter reduziert werden.
Mit Bezugnahme auf 3 wird eine Beschreibung betreffend ein Kühlungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Das Kühlungssystem ist in der Struktur ähnlich zu dem Kühlungssystem der 1, außer dass das Öl-Rückführ-Rohr P5 durch ein Öl-Rückführ-Rohr P50 ersetzt ist.
In dem Kühlungssystem der 1 wird das Schmieröl, das in dem Behälter 2a des Ölabscheiders 2 gesammelt ist, durch das Öl-Rückführ-Rohr P5 in den Kompressor 1 geleitet, wie es vorhergehend beschrieben ist. Auf der anderen Seite ist bei dem Kühlungssystem der 3 das andere Ende des Öl-Rückführ-Rohres P50 an dem Rohr P4, das den Verdampfer 5 und den Kompressor 1 verbindet, angeschlossen. Bei dieser Struktur strömt das in dem Behälter 2a gesammelte Schmieröl durch das Rohr P4, um zu dem Einlassabschnitt des Kompressors 1 geleitet zu werden.
Unter Bezugnahme auf 4 wird eine Beschreibung betreffend eines Kühlungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Das Kühlungssystem ist in der Struktur ähnlich zu dem Kühlungssystem der 1, außer dass das Kühlungssystem ferner einen Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 6, der in dem Fachgebiet bekannt ist, aufweist. Der Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 6 ist mittig des Rohres P4, das den Verdampfer 5 und den Kompressor 1 verbindet, angeordnet und der Kompressor 1 weist eine Öl-rückführende Struktur auf.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine Beschreibung betreffend ein Kühlungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Das Kühlungssystem ist in der Struktur ähnlich zu dem Kühlungssystem der 4, außer das der Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 6 durch einen Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 60 ersetzt ist. Der Dampf-Flüssigkeits-Abscheider 60, der mittig des Rohres P4 angeordnet ist, weist keine Öl-rückführende Struktur auf. Das Kühlungssystem der 5 ist in einem Fall geeignet, in dem der Ölabscheider 2 eine ausreichende Ölabscheidung durchführt.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen betraf die Beschreibung den Fall, in dem Kohlendioxid (CO₂) als das in dem Kühlkreislauf eingeschlossene Kältemittel verwendet wird. Jedoch ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Soweit das spezifische Volumen klein ist und die kritische Temperatur niedrig ist, kann jeglicher gewünschte Stoff anstelle von Kohlendioxid verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Fluid wie beispielsweise Ethylen (C₂H₄), Diboran (B₂H₆), Ethan (C₂H₆) oder Stickstoffoxid (N₂O) verwendet werden.
Das Kühlungssystem dieser Erfindung kann nicht nur in verschiedenen Klimaanlagen für ein Haus, ein Gebäude und ein Kraftfahrzeug verwendet werden, sondern auch in einem automatischen Verteilerautomat zum Verkaufen eines kalten Artikels und in einem Kühlschaukasten.
Wie oberhalb beschrieben wird gemäß der vorliegenden Erfindung Kohlendioxid, das im spezifischen Volumen kleiner als das halogenierte Kältemittel ist, als das eingeschlossene Kältemittel des Kühlkreislaufes verwendet. Der Auslassdruck des Kompressors wird gleich oder höher als der kritische Druck gewählt. Der Ölabscheider ist zwischen dem Kompressor und dem Kühler zum Trennen von Kohlendioxid und Schmieröl angeordnet. Deshalb ist es möglich, die Menge an Schmieröl, das stromabwärts von dem Ölabscheider zu einer Kältemittel-Rohrleitung, die zu dem Kühler, dem Expandierer, dem Verdampfer und dem Kompressor führt, strömt, zu reduzieren. Es ist deshalb möglich, ein Anhaften des Schmieröls auf einer inneren Umfangsoberfläche der Kältemittel-Rohrleitung an dem oben genannten Teil zu unterdrücken. Folglich ist es möglich, den Druckverlust, der durch Anhaften des Schmieröls auf der inneren Umfangsoberfläche der Kältemittel-Rohrleitung verursacht wird, zu minimieren. Demgemäß kann im Vergleich zu dem Fall, in dem halogeniertes Kältemittel eingeschlossen ist, der innere Durchmesser des Kältemittel-Kreislaufes des Kühlungssystems reduziert werden. Als eine Folge ist es möglich, eine größenmäßige Reduzierung des Kühlungssystems zu erzielen, um so das Gewicht des Kühlungssystems zu reduzieren und Einbauraum einzusparen.

Claims

Kühlungssystem, das ein gegebenes Kältemittel verwendet und das aufweist: einen Kompressor (1) zum Komprimieren des gegebenen Kältemittels in einen überkritischen Zustand, der einen höheren Druck als den kritischen Druck des gegebenen Kältemittels aufweist, wobei der Kompressor Schmieröl enthält, das in dem gegebenen Kältemittel gelöst ist, und ein komprimiertes Kältemittel in dem überkritischen Zustand und das Schmieröl auslässt; einen Ölabscheider (2), der mit dem Kompressor verbunden ist und mit dem komprimierten Kältemittel versorgt wird, zum Trennen des Schmieröles von dem komprimierten Kältemittel, um ein von Öl getrenntes Kältemittel zu erzeugen; einen Kühler (3), der mit dem Ölabscheider zum Kühlen des von Öl getrennten Kältemittels in ein gekühltes Kältemittel verbunden ist; Expansionsmittel (4), das mit dem Kühler zum Dekomprimieren des gekühlten Kältemittels in ein dekomprimiertes Kältemittel, das einen niedrigeren Druck als den kritischen Druck aufweist, verbunden ist; und einen Verdampfer (5), der mit dem Expansionsmittel und dem Kompressor zum Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels in ein verdampftes Kältemittel, das als das gegebene Kältemittel zu dem Kompressor gefördert wird, verbunden ist, wobei ein Einlassabschnitt des Ölabscheiders mit dem Kompressor zum darin Einleiten des komprimierten Kältemittels verbunden ist, wobei der Einlassabschnitt mit einer Drossel versehen ist.
Kühlungssystem nach Anspruch 1, das ferner ein Öl-Rückführ-Rohr (P5), das zwischen dem Ölabscheider (2) und dem Kompressor (1) zum Rückführen des Schmieröles von dem Ölabscheider zu dem Kompressor angeschlossen ist.
Kühlungssystem nach Anspruch 1, das ferner aufweist: ein Ansaugrohr, das zwischen dem Verdampfer (5) und dem Kompressor (1) zum Leiten des verdampften Kältemittels von dem Verdampfer zu dem Kompressor zwischengeschaltet ist; und ein Öl-Rückführ-Rohr, das zwischen dem Ölabscheider (2) und dem Ansaugrohr zum Fördern des Schmieröles von dem Ölabscheider zu dem Ansaugrohr angeschlossen ist, wobei das Schmieröl zusammen mit dem verdampften Kältemittel zu dem Kompressor zurückkehrt.
Kühlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Ölabscheider (2) getrennt von dem Kompressor (1) angeordnet ist.
Kühlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Ölabscheider (2) integral mit dem Kompressor (1) angeordnet ist.
Kühlungssystem nach Anspruch 1, bei dem das gegebene Kältemittel Kohlendioxid ist.
Kühlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Ölabscheider (2) aufweist: einen Behälter (2a); und ein Ölabscheidbauteil (2e), das in dem Behälter zum Trennen des komprimierten Kältemittels in das Schmieröl und das von Öl getrennte Kältemittel positioniert ist, wobei der Behälter aufweist: ein Einlassloch (2b), das mit dem Kompressor (1) verbunden ist und welches das komprimierte Kältemittel von dem Kompressor zu dem Behälter leitet; ein Auslassloch (2c), das mit dem Kühler verbunden ist, um das von Öl getrennte Kältemittel von dem Behälter zu dem Kühler (3) zu leiten; und ein Rückführloch (2d), das mit dem Kompressor zum Rückführen des Schmieröles von dem Behälter zu dem Kompressor verbunden ist.
Kühlungssystem nach Anspruch 7, bei dem der Behälter (2a) aufweist: einen zylindrischen Abschnitt (20), der ein oberes offenes Ende und ein unteres offenes Ende aufweist; eine obere Kappe (21a), die an dem zylindrischen Abschnitt befestigt ist, um das obere offene Ende zu schließen; eine untere Kappe (21b), die an dem zylindrischen Abschnitt befestigt ist, um das untere offene Ende zu schließen.
Kühlungssystem nach Anspruch 8, bei dem jede der oberen und unteren Kappe (21a, 21b) eine semisphärische Form aufweist.
Kühlungssystem nach Anspruch 1, bei dem das gegebene Kältemittel ein spezifisches Volumen aufweist, das kleiner als das von Flurkohlenstoff-Kältemittel ist.