DE10010864A1

DE10010864A1 - Kältekreislaufsystem mit Expansionsenergie-Rückgewinnung

Info

Publication number: DE10010864A1
Application number: DE2000110864
Authority: DE
Inventors: Yasushi Yamanaka; Yasutaka Kuroda; Shin Nishida; Motohiro Yamaguchi; Yukikatsu Ozaki; Tadashi Hotta; Sadahisa Onimaru; Mitsuo Inagaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2000-09-21
Also published as: JP4207340B2; JP2000329416A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kältekreislaufsystem, bei welchem Kältemittel in einem ersten Kompressor (100) in einem Kühler (110) abgekühlt und verflüssigt wird, und bei dem Kältemittel aus dem Kühler in ein Hauptstrom-Kältemittel und ein Nebenstrom-Kältemittel verzweigt. Das Hauptstrom-Kältemittel wird in einer Expansionseinheit (130) dekomprimiert, während die Expansionsenergie des Hauptstrom-Kältemittels in mechanische Energie gewandelt wird. Die Enthalpie des Kältemittels wird entlang einer Isentropie-Kurve verringert. Selbst dann, wenn der Druck in dem Verdampfer zunimmt, wird deshalb verhindert, daß die Kühlwirkung in dem Kältekreislaufsystem stark verringert wird. Das in dem Kühler strömende Kältemittel wird unter Verwendung der gewandelten mechanischen Energie komprimiert. Der Leistungskoeffizient des Kältekreislaufsystems ist dadurch verbessert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dampfkompressions kältekreislaufsystem, bei welchem Expansionsenergie in einer Expansionseinheit rückgewonnen wird. Die vorliegende Erfindung wird bevorzugt angewendet auf ein Kältekreislaufsystem, in welchem Kältemittel, wie etwa Ethylen, Ethan, Stickstoffoxid oder Kohlendioxid so verwendet wird, daß der Druck des Kältemittels, welches aus einem Verdichter bzw. Kompressor ausgetragen wird, den kritischen Druck übersteigt.

Bei einem herkömmlichen Dampfkompressionskältekreislauf wird, nachdem komprimiertes Kältemittel abgekühlt und bezüglich des Drucks reduziert wurde, Niedrigdruckkältemittel in einem Verdampfer derart verdampft, daß eine Kühlwirkung erzielt wird. Bei dem herkömmlichen Kältekreislauf ist die Kühlwirkung jedoch bestimmt durch die Enthalpiedifferenz des Kältemittels zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Verdampfers. Wenn die Temperatur in dem Verdampfer zunimmt und der Druck in dem Verdampfer (d. h. der Druck am Kältemitteleinlaß des Verdampfers) wächst, wird die Enthalpiedifferenz des Kältemittels zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Verdampfers kleiner und die Kühlwirkung des Kältekreislaufs nimmt ab.

Angesichts der vorstehend angesprochenen Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Kältekreislaufsystem zu schaffen, das gewährleistet, daß die Kühlwirkung selbst dann nicht merklich verringert wird, wenn der Druck in dem Verdampfer erhöht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, des Anspruchs 5, des Anspruchs 11, des Anspruchs 16 bzw. des Anspruchs 22. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung demnach ein Kältekreislaufsystem, aufweisend einen Kühler zum Kühlen eines komprimierten Kältemittels, einen inneren Wärmetauscher, in welchem Kältemittel aus dem Kühler in ein Haupstrom-Kältemittel und ein Nebenstrom-Kältemittel verzweigt wird, wobei das Haupstrom-Kältemittel dekomprimiert wird, um einen Wärmetausch zwischen dem Haupstrom-Kältemittel und dem dekomprimierten Nebenstrom-Kältemittel durchzuführen, eine Expansionseinheit zum Dekomprimieren und Expandieren des Haupstrom-Kältemittels, welches mit dem Nebenstrom-Kältemittel einen Wärmetausch durchgeführt hat, eine Expansionsenergie- Rückgewinnungseinheit zum Wandeln von Expansionsenergie während einer Kältemittelexpansion in der Expansionseinheit in mechanische Energie und einen Verdampfer, zum Verdampfen von Kältemittel aus der Expansionseinheit. Die Expansionsenergie- Rückgewinnungseinheit ist dazu ausgelegt, Kältemittel, welches in den Kühler strömt, unter Verwendung der mechanischen Energie zu komprimieren. Die Expansionsenergie- Rückgewinnungseinheit ist dazu ausgelegt, in den Kühler strömendes Kältemittel unter Verwendung der mechanischen Energie zu komprimieren bzw. zu verdichten. Die Enthalpiedifferenz zwischen der Kältemitteleinlaßseite und der Kältemittelauslaßseite des Verdampfers wird durch die Umwandlungsenergie vergrößert, die bei der Umwandlung von Expansionsenergie in mechanische Energie frei wird. Selbst dann, wenn der Druck in dem Verdampfer wächst, wird deshalb verhindert, daß die Kühlwirkung stark beeinträchtigt bzw. verringert wird. Da das in den Kühler strömende Kältemittel unter Verwendung von umgewandelter mechanischer Energie komprimiert wird, wird das Kompressionsausmaß bzw. die für Kompression benötigte Energie in dem Kältekreislaufsystem reduziert, und der Leistungskoeffizient wird relativ zum Kompressionsausmaß verbessert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Expansionseinheit zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel, welches aus dem Kühler ausgetragen wird, vorgesehen, um Expansionsenergie während der Kältemittel expansion rückzugewinnen, und eine Steuereinheit steuert, ein Relationsausmaß relativ zu dem Betrieb bzw. der Betätigung der Expansionseinheit zum Steuern des Drucks des hochdruckseitigen Kältemittels, welches durch den Verdichter bzw. Kompressor verdichtet wurde und bevor es durch die Expansionseinheit dekomprimiert wird. Da das Kältekreislaufsystem sich im Betrieb befindet, während die Expansionsenergie rückgewonnen wird, wird der tatsächliche Energieverbrauch in dem Kältekreislaufsystem verringert und der Leistungskoeffizient des Kältekreislaufsystems wird verbessert. Selbst dann, wenn das Kompressionsausmaß eines Kompressors vergrößert wird, um zu verhindern, daß die Kühlwirkung abnimmt, wenn die Temperatur in dem Verdampfer wächst, wird verhindert, daß der tatsächliche Energieverbrauch des Kompressors erhöht wird. Selbst dann, wenn der Druck in dem Verdampfer wächst, verhindert das Kältekreislaufsystem deshalb, daß die Kühlwirkung stark verringert wird.

Bei dem Relationsausmaß bezüglich des Betriebs der Expansionseinheit handelt es sich um eine Energiemenge, die während der Kältemittelexpansion der Expansionseinheit rückgewonnen wird, um die Kältemittelmenge, die durch die Expansionseinheit strömt oder um die Antriebskraft, die zum Antreiben der Expansionseinheit erforderlich ist.

Bevorzugt steuert die Steuereinheit den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels, damit dieser einen Solldruck einnimmt, der auf Grundlage einer Kältemitteltemperatur am Kältemittelauslaß des Kühlers ermittelt wird. Die Kühlwirkung wird deshalb in dem erfindungsgemäßen Kältekreislaufsystem zusätzlich verbessert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert; in diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufsystems, dargestellt über einem Mollier- Diagramm (p-h),

Fig. 2 ein Mollier-Diagramm von Kohlendioxid gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 3 ein Mollier-Diagramm von Flon gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 4 ein Mollier-Diagramm eins Vergleichsbeispiels für die erste Ausführungsform,

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Energierückgewinnungseinheit eines Kältekreislaufsystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufsystems gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittansicht des integrierten Aufbaus einer Expansionseinheit und eines Generators gemäß der dritten Ausführungsform,

Fig. 8 eine Steuerschaltung des Generators gemäß der dritten Ausführungsform,

Fig. 9 ein Flußdiagramm des Steuervorgangs für das Kältekreislaufsystem gemäß der dritten Ausführungsform,

Fig. 10 ein Mollier-Diagramm von Kohlendioxid gemäß der dritten Ausführungsform,

Fig. 11 eine Schnittansicht eines integrierten Aufbaus einer Expansionseinheit und eines Generators gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 12 eine Schnittansicht eines integrierten Aufbaus einer Expansionseinheit und eines Kompressors gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufsystems gemäß der fünften Ausführungsform,

Fig. 14 ein Flußdiagramm des Steuervorgangs für das Kältekreislaufsystem gemäß der fünften Ausführungsform,

Fig. 15 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufsystems gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 16 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufsystems gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 17 eine schematische Ansicht eines Kältekreislaufsystems gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 18 eine Schnittansicht eines integrierten Aufbaus einer Expansionseinheit und eines Verdichters gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 19 eine Schnittansicht eines integrierten Aufbaus einer Expansionseinheit und eines Kompressors gemäß einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 20 eine vergrößerte Ansicht einer CVT des integrierten Aufbaus der Expansionseinheit und des Kompressors gemäß der neunten Ausführungsform,

Fig. 21 eine Schnittansicht einer Expansionseinheit gemäß einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 22A, 22B, 22C schematische Ansichten eines Kältekreis laufsystems gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung.

Zunächst wird eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 1 bis 4 erläutert. Bei der ersten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf einen superkritischen Kältekreislauf für ein Fahrzeug angewendet, in welchem Kohlendioxid als Kältemittel beispielsweise verwendet wird.

In Fig. 1 wird ein erster Verdichter bzw. Kompressor (im folgenden Kompressor genannt) 100 zum Ansaugen und Komprimieren bzw. Verdichten von Kältemittel (beispielsweise Kohlendioxid) durch eine (nicht gezeigte) Antriebseinheit, wie etwa einen Fahrzeugmotor angetrieben und gasförmiges Kältemittel, welches aus dem ersten Kompressor 100 ausgetragen wird, wird in einem Kühler (d. h. einem Gaskühler) 110 abgekühlt. Eine innere bzw. interne Wärmetauscheinheit 120, die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist, umfaßt einen Verzweigungspunkt 121, an welchem Kältemittel aus dem Kühler 110 in ein Hauptstrom-Kältemittel, das direkt in den Wärmetauscher 123 strömt und ein Nebenstrom-Kältemittel verzweigt wird, das in den Wärmetauscher 123 strömt, nachdem es eine Drossel (eine Druckverringerungseinheit) 122 durchsetzt hat. In dem Wärmetauscher 123 wird deshalb ein Wärmetausch zwischen dem Hauptstrom-Kältemittel und dem Nebenstrom-Kältemittel durchgeführt.

Das durch das Nebenstrom-Kältemittel abgekühlte Hauptstrom- Kältemittel wird in dem Wärmetauscher 123 dekomprimiert und in einer Expansionseinheit 130 expandiert. In einem zweiten Kompressor bzw. Verdichter (im folgenden Kompressor genannt) 140 wird Expansionsenergie des Hauptstrom-Kältemittels, das in der Expansionseinheit 130 expandiert wurde, in mechanische Energie gewandelt bzw. umgesetzt und das Nebenstrom- Kältemittel aus dem Wärmetauscher 123 wird unter Verwendung der gewandelten mechanischen Energie komprimiert bzw. verdichtet. Der zweite Kompressor 140 wird außerdem als Expansionsenergie-Rückgewinnungseinheit verwendet. Das komprimierte Nebenstrom-Kältemittel wird aus dem zweiten Verdichter 140 zu einer Kältemitteleinlaßseite des Kühlers 110 ausgetragen.

Andererseits wird aus der Expansionseinheit 133 ausgetragenes Kältemittel in einem Verdampfer 150 verdampft, um Kühlwirkung bereitzustellen. Da Kohlendioxid als Kältemittel in der ersten Ausführungsform verwendet wird, muß der Druck des Kältemittels, das aus dem ersten Kompressor 100 ausgetragen wird, den kritischen Druck von Kohlendioxid zur Erhöhung der Kühlwirkung nicht übertreffen.

In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dekomprimiert die Expansionseinheit 130 das Hauptstrom-Kältemittel, während die Expansionsenergie des Hauptstrom-Kältemittels in mechanische Energie gewandelt wird. Die Enthalpie des Hauptstrom-Kältemittels, das aus dem Wärmetauscher 123 strömt, wird verringert, während die Phase des Hauptstrom-Kältemittels entlang der isentropischen Kurve "c-d" in Fig. 2 transformiert wird bzw. gewandelt wird. In Fig. 2 ist der Druck des Kohlendioxids so gewählt, daß Ph/Pi 15/6 MPa beträgt. In Fig. 2 bezeichnet CP den kritischen Punkt im Mollier-Diagramm.

Beim Vergleich mit dem in Fig. 4 gezeigten Kältekreislauf, bei welchem eine adiabatische Expansion während des Dekompressionsvorgangs des Kältemittels einfach durchgeführt wird, wird eine Enthalpiedifferenz des Kältemittels zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Verdampfers 150 durch den Expansionsvorgang Δi_exp (Expansionsverlust) vergrößert. Der zweite Kompressor 140 wird durch den Expansionsvorgang Δi_exp betrieben und ein Teil des Kompressionsausmaßes des ersten Kompressors 100 wird in dem Kältekreislaufsystem rückgewonnen. In dem gesamten Kältekreislaufsystem gemäß der ersten Ausführungsform wird das Kompressionsausmaß verringert und der Leistungskoeffizient (COP) in Bezug auf bzw. relativ zu dem Kompressionsausmaß wird verbessert. Selbst dann, wenn der innere Druck des Verdampfers 150 erhöht wird, wird in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert, daß die Kühlwirkung stark verringert wird, wodurch der Leistungskoeffizient (COP) des Kältekreislaufsystems verbessert wird.

Da das Hauptstrom-Kältemittel in dem Wärmetauscher 123 durch das Nebenstrom-Kältemittel gekühlt wird, welcher die Drossel 122 durchströmt hat, wird die Enthalpie des Kältemittels auf der Einlaßseite des Verdampfers 150 verringert und die Enthalpiedifferenz des Kältemittels zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Verdampfer 150 wird größer gemacht. In dem Kältemittelkreislaufsystem gemäß der ersten Ausführungsform wird die Kühlwirkung dadurch erhöht.

Bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform wird Kohlendioxid als Kältemittel verwendet. Stattdessen kann jedoch auch Flon (HFC 134a) als Kältemittel verwendet werden. In diesem Fall und wie in Fig. 3 gezeigt, wird die Enthalpie des Hauptstrom-Kältemittels, das ausgehend vom Wärmetauscher 123 strömt, verringert, während die Phase des Hauptstrom- Kältemittels entlang der Isentropiekurve "c-d" in Fig. 3 transformiert bzw. umgewandelt wird. In Fig. 3 ist der Druck von Flon so gewählt, daß Ph/Pi 22/0,6 MPa beträgt. Selbst dann, wenn Flon als Kältemittel verwendet wird, welches in dem Kältekreislaufsystem umgewälzt wird, wird der Leistungskoeffizient des Kältekreislaufsystems aufgrund des Expansionsbetriebs Δi_exp verbessert.

Gemäß der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform wird das Nebenstrom-Kältemittel in den zweiten Kompressor 140 unter Verwendung der gewandelten mechanischen Energie komprimiert und in den Kühler 110 eingeleitet. Die gewandelte mechanische Energie kann jedoch auch für den ersten Kompressor 100 oder weitere Bestandteile des Kältekreislaufsystems verwendet werden.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf Fig. 5 erläutert. Gemäß der zweiten Ausführungsform sind die innere Wärmetauscheinheit 120, die Expansionseinheit 130 und der zweite Kompressor 140, die bei der vorstehend angeführten ersten Ausführungsform erläutert sind, integriert, um ein integriertes Element derart zu bilden, daß die Anzahl von Bauteilen in dem Kältekreislaufsystem verringert ist. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist das integrierte Element dargestellt als Energierückgewinnungseinheit 200.

Als nächstes wird die Energierückgewinnungseinheit 200 erläutert. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist in einem in etwa zylindrischen Gehäuse 210 eine zylindrische mechanische Kammer 240 gebildet. Eine Energiewandlungseinheit 220 vom Schneckentyp zum Wandeln der Expansionsenergie (Wärmeenergie) des Kältemittels in mechanische Energie (Rotationsenergie) und eine schneckenförmige Kompressionseinheit 230 sind in der mechanischen Kammer 240 aufgenommen. Die schneckenförmige bzw. spiralförmige Kompressionseinheit 230 wird betrieben, um das Nebenstrom-Kältemittel durch die Rotationsenergie zu komprimieren, die von bzw. aus der Energiewandlungseinheit 220 erhalten wird.

Das Hauptstrom-Kältemittel strömt in die Energiewandlungs einheit 220 durch einen Hauptstromdurchlaß 250, der in zylindrischer Form um die mechanische Kammer 240 gebildet ist. Andererseits wird das Nebenstrom-Kältemittel in die Kompressionseinheit 230 durch einen Nebenstromdurchlaß 260 gesaugt, der in zylindrischer Form außerhalb des Hauptstrom durchlasses 250 gebildet ist. Die Strömungsrichtung des Hauptstrom-Kältemittels in dem Hauptstromdurchlaß 250 ist so gewählt, daß sie entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Nebenstrom-Kältemittels in dem Nebenstromdurchlaß 260 verläuft, so daß das Hauptstrom-Kältemittel und das Nebenstrom-Kältemittel einen Wärmetausch durchführen, während sie die Durchlässe 250, 260 durchsetzten.

Wenn das Hauptstrom-Kältemittel in die Energiewandlungseinheit 220 ausgehend vom Hauptstromdurchlaß 250 strömt, wird der Druck des Hauptstrom-Kältemittels verringert, während eine schneckenförmige bzw. spiralförmige Turbine (nicht gezeigt) durch die Expansionsenergie (Wärmeenergie) in Drehung versetzt wird. Das Hauptstrom-Kältemittel in der Energiewandlungseinheit 220 wird entlang der Isentropie-Kurve gewandelt bzw. geändert. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das Hauptstrom-Kältemittel, welches in der Energiewandlungseinheit 220 eine Phasenänderung durchlaufen hat, in den Verdampfer 150 eingeleitet (siehe Fig. 1) und das Nebenstrom-Kältemittel aus der Kompressionseinheit 230 wird in den Kühler 110 eingeleitet (siehe Fig. 1). Bei der zweiten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf Fig. 6 bis 10 erläutert. Bei den vorstehend erläuterten ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verzweigt Kältemittel aus dem Kühler 110 in Hauptstrom-Kältemittel und Nebenstrom-Kältemittel. Bei der dritten Ausführungsform und wie in Fig. 6 gezeigt, verzweigt das aus dem Kühler 110 strömende Kältemittel jedoch nicht. Insbesondere strömt das Kältemittel aus dem Kühler 110 in das Expansionsventil derart, daß die Expansionsenergie des Kältemittels umgesetzt bzw. gewandelt wird in die rückzugewinnende mechanische Energie (Rotationsenergie). Die rückgewonnene mechanische Energie wird einem Generator 300 zugeführt, um elektrische Energie bzw. elektrischen Strom zu erzeugen. Gemäß der dritten Ausführungsform ist die Expansionseinheit 130 vom Schneckentyp bzw. Spiraltyp, wie in Fig. 7 gezeigt. Fig. 7 zeigt den integrierten Aufbau der Expansionseinheit 130 und des Generators 300. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist eine Drehwelle 131 der Expansionseinheit 130 direkt mit einer Rotorwelle 301 des Generators 300 verbunden.

Gemäß der dritten Ausführungsform und den weiteren nachfolgenden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung wird der erste Kompressor 100 als "ein Kompressor 100" bezeichnet, weil ausschließlich der durch den Fahrzeugmotor angetriebene erste Kompressor 100 verwendet wird.

Von bzw. aus dem Verdampfer 150 strömendes Kältemittel wird in einem Akkumulator (d. h. einer Gas-Flüssigkeits-Trenneinheit) 160 in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt. In dem Akkumulator 160 getrenntes gasförmiges Kältemittel strömt in den Kompressor 100 und flüssiges Kältemittel wird in dem Akkumulator 160 als Überschußkältemittel in dem Kältekreislaufsystem bevorratet.

Die an den Generator 300 angelegte elektrische Spannung (Erregungsstrom) wird durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 400 gesteuert, welche den Betrieb der Expansionseinheit 130 steuert. Signale von einem Drucksensor (d. h., einer Druckermittlungseinheit) 401 zum Ermitteln des Drucks des Kältemittels an der Auslaßseite des Kühlers 110 und von einem Temperatursensor (d. h., einer Temperaturermittlungseinheit) 402 zum Ermitteln der Temperatur des Kältemittels auf der Auslaßseite des Kühlers 110 werden in die ECU 400 eingegeben.

Die ECU 400 steuert die elektrische Spannung, die an den Generator 303 angelegt ist, auf Grundlage der Eingangssignale von den Sensoren 401, 402 in Übereinstimmung mit einem voreingestellten Programm.

Eine integrierte schematische Struktur der Expansionseinheit 130 und des Generators 300 wird nunmehr erläutert. Die Expansionseinheit 130 umfaßt ein Gehäuse 132. Die Drehwelle 131 ist in dem Gehäuse 132 durch ein Lager 132a drehbar gehalten. Ein Kurbelabschnitt 131a ist in der Drehwelle 131 an einem Längsende in Gegenüberlage zu dem Generator 300 versetzt von der Drehmittenachse gebildet. Eine bewegliche Schnecke bzw. Spirale 133 ist an dem Kurbelabschnitt 131a der Drehwelle 131 durch ein Lager 131b drehbar angebracht. Die bewegliche Schnecke 133 umfaßt einen ungefähr kreisförmigen Endplattenabschnitt 133a und einen Schneckenwindungsabschnitt 133b, der von dem Endplattenabschnitt 133a zu einer Seite in Gegenüberlage zu der Drehwelle 131 vorsteht.

Eine stationäre Schnecke 134 umfasst einen Schneckenwindungsabschnitt 134a, der im Eingriff mit dem Schneckenwindungsabschnitt 133b der beweglichen Schnecke 133 steht, und einen Endplattenabschnitt 134b. Der Endplattenabschnitt 134b der stationären Schnecke 134 und das Gehäuse 132 legen einen Raum fest, in welchem die bewegliche Schnecke 133 gedreht wird. Die stationäre Schnecke 134 und das Gehäuse 132 sind luftdicht durch eine Verspanneinheit, wie etwa einen Bolzen (nicht gezeigt) verbunden.

Eine Drehung der beweglichen Schnecke 133 um den Kurbelabschnitt 131a wird durch ein Drehverhinderungselement 135 verhindert. Bei der dritten Ausführungsform ist das Drehverhinderungselement 135 durch einen Stift 135a und einen Eintiefungsabschnitt 135b gebildet.

Kältemittel aus dem Kühler 110 strömt in die Expansionseinheit 130 ausgehend von einem Kältemitteleinlaß 136. Kältemittel wird von dem Kältemitteleinlaß 136 in eine Arbeitskammer eingeleitet, die durch die beweglichen und stationären Schnecken 133, 134 festgelegt ist. Da die bewegliche Schnecke 133 derart gedreht wird, daß das Volumen der Arbeitskammer aufgrund des Kältemitteldrucks in der Arbeitskammer größer wird, wird zu diesem Zeitpunkt Expansionsenergie von Hochdruck-Kältemittel in der Arbeitskammer in Rotationsenergie (mechanische Energie) gewandelt, um die Drehwelle 131 und die bewegliche Schnecke 133 in Drehung zu versetzen. Außerdem nimmt das Volumen der Arbeitskammer zu, während das Schnecken- bzw. Spiralzentrum sich zu einer Außenseite bewegt. Zu der Schnecken- bzw. Spiralaußenseite in der Arbeitskammer bewegtes Kältemittel wird dekomprimiert und das dekomprimierte Kältemittel strömt von einem Kältemittelauslaß 137, der in der stationären Schnecke 134 vorgesehen ist, in Richtung auf den Verdampfer 150. Kältemittel und Schmieröl in dem Gehäuse 132 werden daran gehindert, aus dem Freiraum zwischen dem Gehäuse 132 und der Drehwelle 131 zu entweichen bzw. auszulecken, und zwar durch ein Wellendichtungselement, welches zwischen dem Gehäuse 132 und der Drehwelle 131 angebracht ist.

Andererseits umfaßt der Generator 300 ein Gehäuse 302. Die Drehwelle 301 ist in dem Gehäuse 302 angeordnet und mittels eines Lagers 302 drehbar. Ein Rotor 303, der integral mit der Drehwelle 301 gedreht wird, umfaßt ein Paar von Rotorkernen 303a, die aus ferromagnetischem Material hergestellt sind, und eine Rotorwicklung 303b, die zwischen den Rotorkernen 303a eingesetzt ist.

Elektrischer Erregungsstrom wird der Rotorwicklung 303b des Rotors 303 über eine Bürste 304a und einen Schleifring 304b zugeführt. Bei der dritten Ausführungsform wird der elektrische Erregungsstrom so gesteuert, daß in dem Generator erzeugte elektrische Energie 300 gesteuert wird, und daß der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels in dem Kältekreislaufsystem gesteuert wird. Bei dem hochdruckseitigen Kältemittel handelt es sich um das Kältemittel zwischen der Austragseite des Kompressors 100 und der Einlaßseite einer Dekompressionseinheit, wie etwa der Expansionseinheit 130. Bei der dritten Ausführungsform handelt es sich bei dem Kältemittel auf der Auslaßseite des Kühlers 110 um das hochdruckseitige Kältemittel.

Ein Stator 305 ist an dem Gehäuse 302 befestigt. Der Stator 305 umfaßt einen Statorkern 305a, der aus ferromagnetischem Material hergestellt ist, und eine Statorwicklung, die um den Statorkern 305a gewickelt ist. Da der Rotor 303 sich im erregten Zustand dreht, wird induzierte elektromotorische Kraft, die in der Statorwicklung 305b des Stators 305 induziert ist, als erzeugte elektrische Energie ausgegeben.

Fig. 8 zeigt eine Steuerschaltung 310 für den Generator 300 gemäß der dritten Ausführungsform. Ein Erregungsstrom wird an die Rotorwicklung 303b in der Steuerschaltung 310 angelegt, nachdem die Steuerschaltung 310 das Erregungsstromsteuersignal von der ECU 400 empfängt.

Als nächstes werden die Arbeitsweise und Eigenschaften des Kältekreislaufsystems gemäß der dritten Ausführungsform erläutert. Fig. 9 zeigt ein Steuerprogramm für die ECU 400. Wenn ein (nicht gezeigter) Startschalter des Kältekreislaufsystems eingeschaltet wird, wird Kältemitteltemperatur RT an der Auslaßseite des Kühlers 110, ermittelt durch den Temperatursensor 402, in die ECU 400 im Schritt S100 eingegeben. Als nächstes wird im Schritt S110 ein Soll-Kältemitteldruck TRP an der Auslaßseite des Kühlers 110 auf Grundlage der Kältemitteltemperatur RT berechnet, die durch den Temperatursensor 402 ermittelt wird.

Der Soll-Kältemitteldruck TRP wird auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Kältemitteldruck und der Kältemitteltemperatur ermittelt, wie durch die geeignete Steuerlinie η_max in Fig. 10 gezeigt. In Fig. 10 zeigt die geeignete Steuerlinie η_max die Beziehung zwischen der Kältemitteltemperatur auf der Auslaßseite des Kühlers 110 und dem Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110, wo der Leistungskoeffizient in dem Kältekreislaufsystem ein Maximum einnimmt.

Als nächstes wird im Schritt S120 in Fig. 9 ein Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 durch den Drucksensor 401 ermittelt und in die ECU 400 eingegeben. Als nächstes wird im Schritt S130 ermittelt, ob oder ob nicht der Kältemitteldruck RP am Auslaß des Kühlers 110 gleich dem Soll-Kältemitteldruck TRP ist. Wenn der Kältemitteldruck RP sich von dem Soll-Kältemitteldruck TRP unterscheidet, wird der Erregungsstrom derart gesteuert, daß der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gleich dem Soll- Kältemitteldruck TRP wird.

Insbesondere wenn der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 kleiner als der Soll-Kältemitteldruck TRP im Schritt S130 ist, wird der Erregungsstrom, der der Motorwicklung 303b des Rotors 303 zugeführt wird, im Schritt S140 derart erhöht, daß die in dem Rotor 303 induzierte Magnetkraft vergrößert wird. Die von der Statorwicklung 305b erzeugte elektrische Energie wird dadurch erhöht. Die erforderliche Antriebskraft zum Drehen und Antreiben des Generators 300 (des Rotors 303), d. h., eine zum Antreiben der Expansionseinheit 130 erforderliche Antriebskraft wird damit vergrößert. Die an den Kompressor 100 angelegte Last wird damit größer, der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels (d. h. der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110) wird erhöht und die Kältemittelmenge, die in die Expansionseinheit 130 strömt, wird verringert.

Wenn andererseits der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 größer als der Soll-Kältemitteldruck TRP im Schritt S130 in Fig. 9 ist, wird der der Rotorwicklung 303b des Rotors 303 zugeführte Erregungsstrom im Schritt S150 derart verringert, daß die in den Rotor 303 induzierte Magnetkraft verringert wird. Die von der Statorwicklung 305b erzeugte elektrische Energie wird dadurch verringert. Die zum Drehantreiben des Generators 300 (des Rotors 303) erforderliche Antriebskraft, d. h., die zum Antreiben der Expansionseinheit 130 benötigte Antriebskraft wird dadurch verringert. Die an den Kompressor 100 angelegte Last wird dadurch kleiner, der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels, d. h., der Kältemitteldruck auf der Außlaßseite des Kühlers 110 wird demnach verringert und die in die Expansionseinheit 130 strömende Kältemittelmenge wird vergrößert.

Wenn der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gleich dem Soll-Kältemitteldruck TRP im Schritt S130 ist, wird der aktuelle Zustand im Schritt S160 beibehalten. D. h., im Schritt S160 wird der aktuelle Erregungsstrom, welcher der Rotorwicklung 303b des Rotors 303 zugeführt wird, beibehalten.

Wie vorstehend erläutert, wird gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der dem Kompressor 100 zugeführten Energie die Expansionsenergie, die während der Kältemitteldekompression erzeugt wird, rückgewonnen, während das Kältekreislaufsystem arbeitet. Der tatsächliche Energieverbrauch in dem Kältekreislaufsystem wird dadurch verringert.

Der aktuelle Leistungskoeffizient in dem Kältekreislaufsystem wird auf diese Weise verbessert. Selbst dann, wenn das Betätigungsausmaß des Kompressors 100 erhöht wird, um zu verhindern, daß die Kühlwirkung abnimmt, wenn die Kältemitteltemperatur in dem Verdampfer zunimmt, wird verhindert, daß der tatsächliche Energieverbrauch des Kompressors 100 verringert wird. Selbst dann, wenn der Kältemitteldruck in dem Verdampfer 150 zunimmt, wird deshalb verhindert, daß die Kühlwirkung stark verringert wird.

Eine vierte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 11 erläutert. Bei der vorstehend erläuterten dritten Ausführungsform sind ausschließlich die Welle 131 der Expansionseinheit 130 und die Welle 301 des Generators 300 direkt verbunden, während das Gehäuse 132 der Expansionseinheit 130 und das Gehäuse 302 des Generators 300 getrennt gebildet sind. Gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und wie in Fig. 11 gezeigt, sind beide Gehäuse 131 und 301 der Expansionseinheit 130 und des Generators 301 integral gebildet.

Da bei der vierten Ausführungsform die Gehäuse 131 und 302 der Expansionseinheit 130 und des Generators 301 integriert sind, ist eine Prüf- bzw. Sperrdichtung 321 zum luftdichten Abdichten des Gehäuses 302 an elektrischen Anschlüssen 320 des Generators 300 angebracht. Gemäß der vierten Ausführungsform ist das die Welle 131 kontaktierende Verdichtungselement 138, das im Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform erläutert wurde, überflüssig. Der Reibungsverlust auf der Welle 131 wird dadurch verringert und Kältemittelleckage aus der Expansionseinheit 130 wird verhindert. Gemäß der vierten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen bei der vorstehend erläuterten dritten Ausführungsform und ihre Erläuterung erübrigt sich deshalb.

Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 12 bis 14 erläutert. Bei der fünften Ausführungsform und wie in Fig. 12 gezeigt, sind die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 derart integriert, daß die in der Expansionseinheit 130 rückgewonnene mechanische Energie dem Kompressor 100 direkt zugeführt wird. Wie in Fig. 13 gezeigt, ist bei dem Kältekreislaufsystem gemäß der fünften Ausführungsform ein Kältemittelumgehungsdurchlaß 170, durch welchen Kältemittel, welches aus dem Kühler 110 strömt, direkt in den Verdampfer 150 unter Umgehung der Expansionseinheit 130 eingeleitet wird, vorgesehen, und ein elektrisches Steuerventil (Drosselelement) ist in dem Kältemittelumgehungsdurchlaß 170 angeordnet. Die integrierte Struktur der Expansionseinheit 130 und des Kompressors 100 (nachfolgend als "Expansionseinheit mit integriertem Kompressor" bezeichnet) ist nachfolgend näher erläutert. In Fig. 13 sind die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 getrennt dargestellt. Tatsächlich sind die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 jedoch so integriert, wie in Fig. 12 gezeigt.

Da bei der Expansionseinheit mit integriertem Kompressor gemäß der fünften Ausführungsform die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 mit derselben Drehzahl gedreht werden, wird der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 durch Steuern der Expansionseinheit 130 nicht gesteuert. Bei der fünften Ausführungsform wird deshalb durch Steuern des Öffnungsgrads des Steuerventils 180 durch die ECU 400 der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 derart gesteuert, daß die Beziehung zwischen der Kältemitteltemperatur und dem Kältemitteldruck eine geeignete Beziehung ist, wie in Fig. 10 durch die geeignete Steuerlinie η_max dargestellt.

Als nächstes wird der Steuervorgang für das Steuerventil 180 unter Bezug auf Fig. 14 näher erläutert. Wenn ein (nicht gezeigter) Startschalter des Kältekreislaufsystems eingeschaltet wird, wird die Kältemitteltemperatur RT auf der Auslaßseite des Kühlers 110, ermittelt durch den Temperatursensor 402, in die ECU 400 im Schritt S200 eingegeben. Als nächstes wird im Schritt S210 der Soll- Kältemitteldruck TRP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 auf Grundlage der Kältemitteltemperatur RT berechnet, die durch den Temperatursensor 402 ermittelt wird. Die Soll- Kältemitteltemperatur TRP wird auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Kältemitteldruck und der Kältemitteltemperatur ermittelt, wie in Fig. 10 durch die geeignete Steuerlinie η_max dargestellt.

Als nächstes wird im Schritt 220 in Fig. 14 der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 durch den Drucksensor 401 ermittelt und in die ECU 400 eingegeben. Als nächstes wird im Schritt S230 ermittelt, ob oder ob nicht der Kältemitteldruck RP am Auslaß des Kühlers 110 gleich dem Soll-Kältemitteldruck TRP ist. Wenn der Kältemitteldruck RP sich von dem Soll-Kältemitteldruck TRP unterscheidet, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 180 derart gesteuert, daß der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gleich dem Soll-Kältemitteldruck TRP wird.

Insbesondere dann, wenn der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 kleiner als der Soll- Kältemitteldruck TRP im Schritt S230 ist, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 180 im Schritt S240 derart verringert, daß der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels (d. h. der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110) erhöht wird.

Wenn andererseits der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 größer als der Soll-Kältemitteldruck TRP im Schritt S230 ist, wird der Öffnungsgrad des Steuerventils 180 im Schritt S250 derart vergrößert, daß der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels (d. h., der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110) verringert wird. Wenn der Kältemitteldruck RP auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gleich dem Soll-Kältemitteldruck TRP im Schritt S230 ist, wird der aktuelle Zustand im Schritt S260 aufrechterhalten. D. h., im Schritt S260 wird der aktuelle Öffnungsgrad des Steuerventils 18 beibehalten.

Als nächstes wird der Aufbau der Expansionseinheit mit integrierten Kompressor unter Bezug auf Fig. 12 erläutert. Bei der Expansionseinheit mit integriertem Kompressor gemäß der fünften Ausführungsform sind der Schnecken- bzw. Spiralkompressor 100, ein Elektromotor Mo zum Antreiben des Kompressors 100 und die Expansionseinheit 130 integriert. Wie in Fig. 12 gezeigt, sind die Welle des Kompressors 100, die Welle des Elektromotors Mo und die Welle 131 der Expansionseinheit 130 durch eine einzige Welle 111 gebildet. Da die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 (Elektromotor Mo) mechanisch verbunden sind, wird die Drehzahl der Expansionseinheit 130 gleich derjenigen des Kompressors 100. Es ist deshalb unmöglich, die Expansionseinheit 130 unabhängig zu steuern. Andererseits werden bei der fünften Ausführungsform die in dem Elektromotor Mo erzeugte Rotationsenergie und die in der Expansionseinheit 130 rückgewonnene mechanische Energie dem Kompressor 100 zugeführt.

Bei dem Kompressor 100 handelt es sich um einen solchen vom Schnecken- bzw. Spiraltyp mit einer beweglichen Schnecke bzw. einer Spirale 101 und einer stationären Schnecke bzw. Spirale 102. Ein Austragventil 103 ist derart angeordnet, daß verhindert wird, daß ausgetragenes Kältemittel in umgekehrter Richtung in die Arbeitskammer strömt, die durch die bewegliche Schnecke 101 und die stationäre Schnecke 102 festgelegt ist. Gasförmiges Kältemittel aus dem Akkumulator 160 wird von bzw. aus der Ansaugöffnung 104 gesaugt, um komprimiert zu werden, und komprimiertes gasförmiges Kältemittel wird zu dem Kühler 110 aus der Austragöffnung 105 ausgetragen. Ein Kurbelabschnitt 106 ist in einer Position versetzt zur Drehmitte der Welle 111 angeordnet, um die bewegliche Schnecke 101 in Drehung zu versetzen.

Bei der Expansionseinheit 130 handelt es sich auch um eine solche vom Schnecken- bzw. Spiraltyp ähnlich wie bei der vorstehend erläuterten dritten Ausführungsform. Außerdem handelt es sich bei dem Elektromotor Mo um einen flanschlosen Gleichstrommotor, umfassend einen Rotordrehmotor Mo1 und einen Stator Mo2, der relativ zu dem Gehäuse der Expansionseinheit mit integriertem Kompressor feststeht.

In Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform der Erfindung ist der Leistungskoeffizient des Kältekreislaufsystems in dem Kältekreislaufsystem verbessert, weil die von der Expansionseinheit 130 rückgewonnene mechanische Energie für den Kompressionsvorgang- bzw. -betrieb des Kompressors 100 verwendet wird.

Eine sechste bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 15 erläutert. Bei der sechsten Ausführungsform handelt es sich um eine Modifikation der vorstehend erläuterten fünften Ausführungsform. Gemäß der vorstehend erläuterten fünften Ausführungsform ist das Steuerventil 180 in dem Kältemittelumgehungsdurchlaß 170 angeordnet, durch welchen Kältemittel aus dem Kühler 110 die Expansionseinheit 130 umgeht bzw. umströmt. Gemäß der sechsten Ausführungsform ist der Kältemittelumgehungsdurchlaß 170 jedoch nicht vorgesehen und das Steuerventil 180 ist stattdessen in einem Kältemitteldurchlaß 171 zwischen dem Kühler 110 und der Expansionseinheit 130 angeordnet. In Fig. 15 sind die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 getrennt dargestellt. Ähnlich wie bei der fünften Ausführungsform sind jedoch Expansionseinheit 130 und Kompressor 100 integriert. Der Betrieb bzw. die Betätigung des Steuerventils 180 wird ähnlich wie bei dem anhand der fünften Ausführungsform erläuterten Steuerungsverfahren gesteuert.

Eine siebte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 16 erläutert. Bei der siebten Ausführungsform handelt es sich um eine Modifikation der vorstehend erläuterten fünften Ausführungsform. Bei der vorstehend erläuterten fünften Ausführungsform ist das Steuerventil 180 in dem Kältemittelumgehungsdurchlaß 170 angeordnet, durch welchen Kältemittel aus dem Kühler 110 die Expansionseinheit 130 umgeht. Bei der siebten Ausführungsform ist der Kältemittelumgehungsdurchlaß 170 jedoch nicht vorgesehen und das Steuerventil 180 ist stattdessen in einem Kältemitteldurchlaß 172 zwischen der Expansionseinheit 130 und dem Verdampfer 150 angeordnet. In Fig. 16 sind die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 getrennt dargestellt. Ähnlich wie bei der vorstehend erläuterten fünften Ausführungsform sind jedoch Expansionseinheit 130 und Kompressor 100 integriert. Der Betrieb bzw. die Betätigung des Steuerventils 180 wird in ähnlicher Weise wie bei dem Steuerverfahren gesteuert, das im Zusammenhang mit der vorstehend erläuterten fünften Ausführungsform beschrieben ist.

Eine achte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 17 und 18 erläutert. Bei den vorstehend erläuterten fünften bis siebten Ausführungsformen sind die Expansionseinheit 130 und der Kompressor 100 integriert und der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 wird durch das Steuerventil 180 gesteuert. Bei der achten Ausführungsform wird der Kältemitteldruck am Auslaß des Kühlers 110 jedoch ohne Verwendung des Steuerventils 18 in der integrierten Struktur aus Expansionseinheit 130 und Kompressor 100 gesteuert.

Fig. 18 zeigt eine Schnittansicht einer Expansionseinheit mit integriertem Kompressor gemäß der achten Ausführungsform. Wie in Fig. 18 gezeigt, sind der Rotor Mo1 des Elektromotors Mo und der Kurbelabschnitt 106 des Kompressors 100 durch die einzige Welle 111 linear verbunden. Die Expansionseinheit 130 ist mit der Welle 111 durch eine elektromagnetische Kupplungseinheit 500 verbunden, welche Antriebskraft (mechanische Energie) durch elektromagnetische Kraft überträgt. In der Expansionseinheit 130 rückgewonnene mechanische Energie wird deshalb zu der Welle 111 als Antriebskraft durch die elektromagnetische Kupplungseinheit 500 übertragen.

Die elektromagnetische Kupplungseinheit 500 umfaßt einen Rotor 503, der aus einem Paar von Rotorkernen 501 besteht, und eine Rotorwicklung 502, die zwischen die Rotorkerne 501 eingesetzt ist. Bei der elektromagnetischen Kupplungseinheit 500 ist ein in etwa zylindrischer Zylinder 504 so angeordnet, daß er zu dem Rotor 503 mit einem vorbestimmten Freiraum bzw. Spalt bzw. Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche des Zylinders 504 und dem Rotor 503 derart weist, daß Wirbelstrom erzeugt wird.

Elektrische Energie wird zu dem Rotor 503 durch einen Schleifring 505 und eine Bürste 506 übertragen, die in der Welle 111 angeordnet ist. Außerdem ist ein Dichtungselement 508 zum luftdichten Abdichten des Gehäuses 132 in einem Elektrodenanschluß 507 vorgesehen.

Als nächstes wird der Steuervorgang bzw. -betrieb des Kältekreislaufsystems gemäß der achten Ausführungsform erläutert. Gemäß der achten Ausführungsform wird ähnlich wie bei der vorstehend erläuterten dritten Ausführungsform die notwendige Antriebskraft (das Drehmoment) zum Antreiben der Expansionseinheit 130 derart gesteuert, daß der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels (d. h., der Druck auf der Auslaßseite des Kühlers 110)gesteuert wird.

Insbesondere dann, wenn der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 kleiner als der Solldruck wird, wird der elektrische Strom, der dem Rotor 503 der elektromagnetischen Kupplung 500 zugeführt wird, vergrößert und das auf die elektromagnetische Kupplungseinheit 500 zu übertragende Drehmoment wird vergrößert. Die Antriebskraft (das Drehmoment), welche auf die Welle 111 des Elektromotors Mo und den Kompressor 100 übertragen wird, wird damit derart erhöht bzw. vergrößert, daß die Antriebskraft, die notwendig ist, um die Expansionseinheit 130 anzutreiben, vergrößert wird. Der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels (d. h., der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110) wird dadurch erhöht und die Kältemittelmenge, welche in die Expansionseinheit 130 strömt, wird verringert.

Wenn andererseits der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 größer als der Solldruck ist, wird der dem Rotor 503 der elektromagnetischen Kupplungseinheit 500 zugeführte elektrische Strom verringert und das auf die elektromagnetische Kupplungseinheit 500 zu übertragende Drehmoment wird verringert. Die Antriebskraft (das Drehmoment), welches auf die Welle 111 des Elektromotors Mo und den Kompressor 100 übertragen wird, wird damit derart verringert, das die zum Antreiben der Expansionseinheit 130 erforderliche Antriebskraft verringert ist. Der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels (d. h., der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110) wird dadurch verringert und die Kältemittelmenge, welche in die Expansionseinheit 130 strömt, wird vergrößert.

Wenn der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gleich dem Solldruck ist, wird der aktuelle elektrische Strom, der dem Rotor 503 der elektromagnetischen Kupplungseinheit 500 zugeführt wird, aufrechterhalten.

Eine neunte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 19 und 20 erläutert. Bei der vorstehend erläuterten achten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird die in dem Expansionsventil 130 rückgewonnene mechanische Energie auf die Welle 111 über die elektromagnetische Kupplungseinheit 500 übertragen. Bei der neunten Ausführungsform wird jedoch die in der Expansionseinheit 130 rückgewonnene mechanische Energie auf die Welle 111 durch eine nicht stationäre Transmissionseinheit vom Riementyp (nachfolgend als CVT bezeichnet) 600 übertragen.

Gemäß der CVT 600 ist die Riemenscheibe, auf welcher ein Transmissionsriemen, wie etwa ein V-Riemen geführt ist, durch Kombinieren von zwei konischen Scheiben gebildet. Die konische Scheibe einer Seite wird relativ zu der konischen Scheibe der anderen Seite derart bewegt, daß die Eintiefungsbreite der Riemenscheiben geändert und der Gang der CVT 600 geändert wird. Die CVT 600 umfaßt eine eingangsseitige Riemenscheibe 601 und eine ausgangsseitige Riemenscheibe 607.

Fig. 20 zeigt eine vergrößerte Ansicht von Fig. 19 unter Darstellung der CVT 600. Bei der eingangsseitigen Riemenscheibe 601, bei welcher, wie in Fig. 20 gezeigt, konische Scheiben 602, 603 integral mit der Welle 131 der Expansionseinheit 130 gedreht werden, ist die Scheibe 602 auf einer Seite der beweglichen Schnecke 133a so angeordnet bzw. dazu ausgelegt, relativ zur Welle 131 in der axialen Richtung der Welle 131 beweglich zu sein. Außerdem ist eine Druckkammer 605 durch einen in etwa becherförmigen Zylinder 604 und einen zylindrischen Kolbenabschnitt 602a festgelegt, der in der Scheibe 602 auf Seiten der beweglichen Schnecke 133a angeordnet ist. Wie in Fig. 19 gezeigt, wird der Kältemitteldruck, der aus dem Kompressor 100 ausgetragen wird, durch ein Steuerventil 606 eingestellt und an die Druckkammer 605 derart angelegt, daß die Eintiefungsbreite der einlaßseitigen Riemenscheibe 601 gesteuert wird.

Andererseits umfaßt die ausgangsseitige Riemenscheibe 607 eine konische Scheibe 608, die integral mit der Welle 111 gedreht wird, eine konische Scheibe 609, die integral mit der Welle 111 gedreht wird, um in der axialen Richtung der Welle 111 beweglich zu sein, und eine Schraubenfeder 610 mit einer elastischen Kraft zum Pressen der Scheibe 609 gegen die Scheibe 608. Ein V-Riemen 611 ist über beide Riemenscheiben 601, 607 geführt.

Als nächstes wird die Arbeitsweise eines Kältekreislaufsystems gemäß der neunten Ausführungsform erläutert. Ähnlich wie bei der achten Ausführungsform wird bei der neunten Ausführungsform die zum Antreiben der Expansionseinheit 130 erforderliche Antriebskraft (das Drehmoment) derart gesteuert, daß der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gesteuert wird.

Insbesondere dann, wenn der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 kleiner als der Solldruck ist, wird das Steuerventil 606 derart eingestellt, daß der Druck innerhalb der Druckkammer 605 derart erhöht wird, daß er höher als der Druck außerhalb der Druckkammer 605 ist. Die Scheibe 602 der einlaßseitigen Riemenscheibe 601 bewegt sich deshalb in Richtung auf die Scheibe 603 und die Eintiefungsbreite zwischen beiden Scheiben 602, 603 wird kleiner. Der effektive Riemenscheibenradius, um welchen der V-Riemen 607 gelegt ist, wird dadurch größer und ein Transmissionsverhältnis (d. h., die Drehzahl der auslaßseitigen Riemenscheibe ins Verhältnis gesetzt zu Drehzahl der einlaßseitigen Riemenscheibe) der CVT 600 wird größer.

Da die zum Antreiben der Expansionseinheit 130 erforderliche Antriebskraft größer wird, wird der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 erhöht und die Kältemittelmenge, welche in die Expansionseinheit 130 strömt, wird verringert.

Wenn andererseits der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 größer als der Solldruck ist, wird das Steuerventil 606 derart eingestellt, daß der Druck innerhalb der Druckkammer 605 verringert wird, um kleiner zu sein, als der Druck außerhalb der Druckkammer 605. Die Scheibe 602 der einlaßseitigen Riemenscheibe 601 bewegt sich deshalb weg von der Scheibe 603 und die Eintiefungsbreite zwischen den beiden Scheiben 602 und 603 wird größer. Der effektive Riemenscheibenradius, um welchen der V-Riemen 607 geführt bzw. gelegt ist, wird deshalb kleiner und das Transmissionsverhältnis (d. h., die Drehzahl der auslaßseitigen Riemenscheibe ins Verhältnis gesetzt zur Drehzahl der einlaßseitigen Riemenscheibe) wird kleiner.

Da die zum Antreiben der Expansionseinheit 130 erforderliche Antriebskraft kleiner wird, wird deshalb der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 verringert und die in die Expansionseinheit 130 strömende Kältemittelmenge wird vergrößert.

Die Eintiefungsbreite der auslaßseitigen Riemenscheibe 607 wird auf Grundlage des effektiven Riemenscheibenradius ermittelt, bzw. festgelegt, der durch die Eintiefungsbreite des einlaßseitigen Riemenscheibe 601, die Spannung des V- Riemens 611 und die elastische Kraft der Schraubenfeder 610 bestimmt ist.

Eine zehnte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf Fig. 21 erläutert. Bei der vorstehend erläuterten neunten Ausführungsform ist die CVT 600 in einem Antriebskrafttransmissions- bzw. Übertragungspfad von der Expansionseinheit 130 zum dem Kompressor 100 angeordnet und das Transmissionsverhältnis der CVT 600 wird derart gesteuert, daß die Antriebskraft zum Antreiben des Kompressors 100, d. h., die zum Antreiben der Expansionseinheit 130 erforderliche Antriebskraft gesteuert wird. Bei der zehnten Ausführungsform wird jedoch eine Expansionseinheit 130 mit variabler Kapazität eingesetzt, bei welcher die Kältemittelansaugmenge geändert wird bzw. variabel ist.

Gemäß der zehnten Ausführungsform und wie in Fig. 21 gezeigt, umfaßt die Expansionseinheit 130 mit variabler Kapazität ein zylindrisches Gehäuse 130a und einen Kolben 130b mit niedrigem Ring, der in dem Gehäuse 130a derart gedreht wird, daß er von der Mitte des Gehäuses 130 versetzt ist. Eine Arbeitskammer 130c ist durch den niedrigeren Kolben 130b und das Gehäuse 130a festgelegt und durch eine Radschaufel 130d in eine Kältemittelansaugseite und eine Kältemittelaustragseite unterteilt. Außerdem ist eine Feder 130e an der Radschaufel 130d derart angebracht, daß diese an den Kolben 130b mit niedrigem Ring gepreßt ist. Die Expansionseinheit 130 variabler Kapazität umfaßt eine Ansaugöffnung 130f zum Ansaugen von Kältemittel, ein Ventil 130g zum Öffnen und Schließen der Ansaugöffnung 130f und eine Austragöffnung 130a zum Austragen von Kältemittel.

Wenn der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 kleiner als der Solldruck ist, wird der Schließzeitpunkt zum Verschließen der Ansaugöffnung 130f vorverlegt. Die in die Expansionseinheit 130 strömende Kältemittelmenge wird deshalb verringert und der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 wird erhöht, um gleich dem Solldruck zu sein.

Wenn andererseits der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 größer als der Solldruck ist, wird der Schließzeitpunkt zum Verschließen der Saugöffnung 130f später gelegt. Die Kältemittelmenge, welche in die Expansionseinheit 130 strömt, wird vergrößert und der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 wird verringert, um gleich dem Solldruck zu sein.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen vollständig erläutert wurde, wird bemerkt, daß sie zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist, wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt.

Gemäß der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform werden zwei Kompressoren 100, 140 verwendet. Nachdem das Hauptstrom- Kältemittel und das Nebenstrom-Kältemittel vereinigt sind, wird jedoch das vereinigte Kältemittel durch einen einzigen Kompressor unter Verwendung der von der Expansionseinheit 130 rückgewonnen mechanischen Energie komprimiert.

Bei der vorstehend erläuterten zweiten Ausführungsform werden die Energiewandlungseinheit 220 vom Schnecken- bzw. Spiraltyp und die Kompressionseinheit 230 vom selben Typ verwendet. Es können jedoch eine Energiewandlungseinheit und ein Kompressor anderen Typs verwendet werden, wie etwa eine Energiewandlungseinheit vom Kolbentyp und ein Kompressor vom Kolbentyp.

Gemäß der vorstehend erläuterten zweiten Ausführungsform wird die Expansionsenergie (Wärmeenergie) direkt in mechanische Energie gewandelt. Nachdem die Expansionsenergie in elektrische Energie gewandelt ist, kann jedoch die elektrische Energie in mechanische Energie gewandelt werden, um den zweiten Kompressor 140 zu betreiben. Durch Steuern des Magnetfelds eines Generators zum Wandeln der Expansionsenergie in elektrische Energie kann in diesem Fall der Dekompressionsgrad der Expansionseinheit 130 derart gesteuert werden, daß der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gesteuert wird.

Anstelle der stationären Drossel 122 kann eine bewegliche Drossel verwendet werden, die den Drosselöffnungsgrad in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Kältekreislaufsystems ändert. In diesem Fall wird die bewegliche Drossel derart gesteuert, daß der Drosselöffnungsgrad vergrößert wird, wenn die Wärmelast oder die Kältemittelumwälzmenge vergrößert wird.

Gemäß den vorstehend erläuterten dritten bis zehnten Ausführungsformen wird die Kältemitteltemperatur des hochdruckseitigen Kältemittels direkt ermittelt. Es kann jedoch eine physikalische Größe in bezug auf die Kältemitteltemperatur des hochdruckseitigen Kältemittels, wie etwa die Außenlufttemperatur die Temperatur eines Kältemittelrohrs anstelle der direkt ermittelten Kältemitteltemperatur verwendet werden.

Bei den vorstehend erläuterten fünften bis zehnten Ausführungsformen ist die Kapazität des aus dem Kompressor 100 ausgetragenen Kältemittels fest bzw. fix. Ein Kompressor mit variabler Kapazität, der die aus dem Kompressor 100 ausgetragene Kältemittelkapazität ändert, kann jedoch verwendet werden, so daß die Antriebskraft (das Drehmoment) die zum Antreiben der Expansionseinheit 130 erforderlich ist, gesteuert werden kann und daß der Kältemitteldruck auf der Auslaßseite des Kühlers 110 gesteuert werden kann.

Gemäß der vorstehend erläuterten neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die CVT 600 als Transmissionseinheit verwendet. Es kann jedoch ein ringförmig geführtes Verfahren ohne Verwendung eines Riemens als Transmissionseinheit verwendet werden.

Wie in Fig. 22A, 22B, 22C gezeigt, können mehrere Kompressoren 100 vorgesehen sein, wobei lediglich ein Kompressor 100 durch die Energie angetrieben wird, die in der Expansionseinheit 130 gewandelt wird. In den Fig. 22A, 22B sind die mehreren Kompressoren 100 in dem Kältekreislaufsystem in Reihe angeordnet. Andererseits sind in Fig. 22C die mehreren Kompressoren 100 in einem Kältekreislaufsystem parallel angeordnet.

Derartige Abwandlungen und Modifikationen fallen sämtliche unter den Umfang der vorliegenden Erfindung, die in den anliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Kältekreislaufsystem, aufweisend:
einen Kühler (110) zum Kühlen eines komprimierten Kältemittels,
einen inneren Wärmetauscher (120), in welchem Kältemittel aus dem Kühler in ein Haupstrom-Kältemittel und ein Nebenstrom-Kältemittel verzweigt wird, wobei das Haupstrom-Kältemittel dekomprimiert wird, um einen Wärmetausch zwischen dem Haupstrom-Kältemittel und dem dekomprimierten Nebenstrom-Kältemittel durchzuführen,
eine Expansionseinheit (130) zum Dekomprimieren und Expandieren des Haupstrom-Kältemittels, welches mit dem Nebenstrom-Kältemittel einen Wärmetausch durchgeführt hat, eine Expansionsenergie-Rückgewinnungseinheit (140) zum Wandeln von Expansionsenergie während einer Kältemittelexpansion in der Expansionseinheit in mechanische Energie, wobei die Expansionsenergie- Rückgewinnungseinheit dazu ausgelegt ist, Kältemittel, welches in den Kühler strömt, unter Verwendung der mechanischen Energie zu komprimieren, und
einen Verdampfer (150) zum Verdampfen von Kältemittels aus der Expansionseinheit.

2. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei die Expansionsenergie-Rückgewinnungseinheit dazu ausgelegt ist, das Nebenstrom-Kältemittel, welches in Richtung auf den Kühler zugeführt wird, unter Verwendung der mechanischen Energie zu komprimieren.

3. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 2, wobei der Kältemitteldruck in dem Kühler höher als der kritische Druck des Kältemittels ist.

4. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest entweder die Expansionseinheit, der innere Wärmetauscher oder die Expansionsenergie- Rückgewinnungseinheit ein integriertes Element ist.

5. Kältekreislaufsystem, aufweisend:
einen Kompressor (100) zum Komprimieren von Kältemittel, einen Kühler (110) zum Abkühlen von Kältemittel, welches aus dem Kompressor ausgetragen wird, wobei der Kühler einen Druck aufweist, der höher als der kritische Druck des Kältemittels ist,
eine Expansionseinheit (130) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel, welches aus dem Kühler ausgetragen wird, und zum Rückgewinnen von Expansionsenergie während einer Kältemittelexpansion,
einen Verdampfer (150) zum Verdampfen von Kältemittel, welches in der Expansionseinheit dekomprimiert wird, und
eine Steuereinheit (400), welche ein Relationsausmaß relativ zu dem Betrieb der Expansionseinheit steuert, um den Druck von hochdruckseitigem Kältemittel zu steuern, welches durch den Kompressor komprimiert wurde, und bevor es durch die Expansionseinheit dekomprimiert wird.

6. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit die Energiemenge steuert, die während der Kältemittelexpansion der Expansionseinheit rückgewonnen wird, um den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels zu steuern.

7. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit die Kältemittelmenge steuert, die durch die Expansionseinheit strömt, um den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels zu steuern.

8. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 5, wobei
die Expansionseinheit eine solche vom Typ mit variabler Kapazität ist, bei welchem die Kältemittelmenge, die eingesaugt wird, variabel ist, und
die Steuereinheit die Kältemittelmenge steuert, die in die Expansionseinheit gesaugt wird, um den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels zu steuern.

9. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit die Antriebskraft steuert, die zum Antreiben der Expansionseinheit erforderlich ist, um den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels zu steuern.

10. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Steuereinheit den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels steuert, damit dieser den Wert des Solldrucks einnimmt, ermittelt auf Grundlage der Kältemittel temperatur am Kältemittelauslaß des Kühlers.

11. Kältekreislaufsystem, aufweisend
einen Kompressor (100) zum Komprimieren von Kältemittel, einen Kühler (110) zum Abkühlen von Kältemittel, welches aus dem Kompressor ausgetragen wird, wobei der Kühler einen Druck aufweist, der höher als der, kritische Druck des Kältemittels ist,
eine Expansionseinheit (130) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel, welches aus dem Kühler ausgetragen wird, und zum Rückgewinnen von Expansionsenergie während der Kältemittelexpansion,
einen Verdampfer (150) zum Verdampfen von in der Expansionseinheit dekomprimiertem Kältemittel, zu welchem Kältemittel aus dem Kühler durch einen Kältemitteldurchlaß zugeführt wird,
eine Drosseleinheit (180) zum Einstellen des Querschnitts des Kältemitteldurchlasses, die in dem Kältemitteldurchlaß angeordnet ist, und
eine Steuereinheit (400) zum Steuern des Öffnungsgrads der Drosseleinheit zum Steuern des Drucks des hochdruckseitigen Kältemittels, das durch den Kompressor komprimiert wurde, bevor es durch die Expansionseinheit dekomprimiert wird.

12. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 11, wobei die Drosseleinheit auf der stromaufwärtigen Seite des Kältemittels ausgehend von der Expansionseinheit in dem Kältemitteldurchlaß angeordnet ist.

13. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 11, wobei die Drosseleinheit auf der stromabwärtigen Seite des Kältemittels ausgehend von der Expansionseinheit in dem Kältemitteldurchlaß angeordnet ist.

14. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 11, wobei:
Der Kältemitteldurchlaß einen Kältemittelumgehungsdurchlaß umfaßt, durch welchen Kältemittel, welches aus dem Kühler strömt, direkt in den Verdampfer unter Umgehung der Expansionseinheit eingeleitet wird, und
die Drosseleinheit in dem Kältemittelumgehungsdurchlaß angeordnet ist.

15. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Steuereinheit den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels steuert, damit dieses den Wert eines Solldrucks annimmt, ermittelt auf Grundlage der Kältemitteltemperatur am Kältemittelauslaß des Kühlers.

16. Kältekreislaufsystem, aufweisend:
einen Kompressor (100) zum Komprimieren von Kältemittel, einen Kühler (110) zum Kühlen von Kältemittel, welches aus dem Kompressor ausgetragen wird, wobei der Kühler einen Druck aufweist, der höher als der kritische Druck des Kältemittels ist,
eine Expansionseinheit (130) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel, welches aus dem Kühler ausgetragen wird, und zum Rückgewinnen von Expansionsenergie während der Kältemittelexpansion, wobei die Expansionseinheit dazu ausgelegt ist, die rückgewonnene Expansionsenergie dem Kompressor zuzuführen, einen Verdampfer (150) zum Verdampfen von in der Expansionseinheit dekomprimiertem Kältemittel, und
eine Steuereinheit (400), welche die Antriebskraft zum Antreiben des Kompressors steuert, um den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels zu steuern, das durch den Kompressor komprimiert wurde, bevor es durch die Expansionseinheit dekomprimiert wurde.

17. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 16, außerdem aufweisend:
eine Transmissionseinheit (600), die in einen Transmissionspfad angeordnet ist, über welchen die Antriebskraft von der Expansionseinheit auf den Kompressor übertragen wird,
wobei die Steuereinheit das Transmissionsverhältnis der Transmissionseinheit steuert, um die Antriebskraft zum Antreiben des Kompressors zu steuern.

18. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 16, außerdem aufweisend:
eine elektromagnetische Kupplungseinheit (500) zum Übertragen der Antriebskraft von der Expansionseinheit auf den Kompressor durch elektromagnetische Kraft,
wobei die Steuereinheit die elektromagnetische Kupplungseinheit steuert, um die Antriebskraft zum Antreiben des Kompressors zu steuern. .

19. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 16, wobei:
der Kompressor ein solcher vom Typ mit variabler Kapazität ist, bei welchem die ausgetragene Kältemittelmenge variabel ist,
die Steuereinheit die Kältemittelmenge steuert, die aus dem Kompressor ausgetragen wird, um die Antriebskraft zum Antreiben des Kompressors zu steuern.

20. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Expansionseinheit und der Kompressor ein integrales Element bilden.

21. Kältekreislaufsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Steuereinheit den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels so steuert, daß es den Wert eines Solldrucks annimmt, ermittelt auf Grundlage einer Kältemitteltemperatur am Kältemittelauslaß des Kühlers.

22. Kältekreislaufsystem, aufweisend:
einen Kompressor (100) zum Komprimieren von Kältemittel, einen Kühler (110) zum Abkühlen von Kältemittel, welches aus dem Kompressor ausgetragen wird, wobei der Kühler einen Druck aufweist, der höher als der kritische Druck des Kältemittels ist,
eine Expansionseinheit (130) zum Dekomprimieren und Expandieren von Kältemittel, welches aus dem Kühler ausgetragen wird, und zum Rückgewinnen von Expansionsenergie während der Kältemittelexpansion,
einen Verdampfer (150) zum Verdampfen von Kältemittel, welches in der Expansionseinheit dekomprimiert wird,
einen Generator (300) zum Erzeugen von elektrischer Energie unter Verwendung von Expansionsenergie, die in der Expansionseinheit rückgewonnen wird, und
eine Steuereinheit (400), welche die elektrische Energie steuert, die in dem Generator erzeugt wird, um den Druck von hochdruckseitigem Kältemittel zu steuern, welches durch den Kompressor komprimiert wird, und bevor es durch die Expansionseinheit dekomprimiert wird.

23. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 22, wobei die Expansionseinheit und der Generator integriert gebildet sind.

24. Kältekreislaufsystem nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Steuereinheit den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels steuert, damit es den Wert eines Soll-Drucks einnimmt, ermittelt auf Grundlage der Kältemitteltemperatur am Kältemittelauslaß des Kühlers.