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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Gefrierschutzsystem für
ein Kühlgerät wie beispielsweise eine
Fahrzeug-Klimaanlage. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Gefrierschutzsteuerung zum Verhindern des Gefrierens eines
Kältemittelverdampfapparats.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein Gefrierschutzsystem eines Kühlgeräts enthält einen
Lufttemperatursensor, der in einer Luftströmungsrichtung stromab eines
Kältemittelverdampfapparats
zum Erfassen einer Lufttemperatur an einer Auslassseite des Kältemittelverdampfapparats
angeordnet ist. In dem Gefrierschutzsystem wird eine Gefrierschutzsteuerung
derart durchgeführt, dass
der Betrieb eines Kompressors gestoppt wird, wenn eine durch den
Lufttemperatursensor erfasste Lufttemperatur unter eine vorgegebene
Temperatur absinkt. Im Allgemeinen kann, selbst wenn sich eine Oberflächentemperatur
des Verdampfapparats schnell ändert,
die Lufttemperatur, die durch den Lufttemperatursensor erfasst wird,
nicht schnell entsprechend dieser schnellen Temperaturänderung
der Oberflächentemperatur
verändert
werden.
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Um dieses Problem zu lösen, ist
in einem in der
JP-A-2000-258001 offenbarten
Gefrierschutzsystem ein Luftströmungsverringerungselement
angeordnet, um eine Luftströmungsgeschwindigkeit
an einer Auslassseite eines Verdampfapparats zu reduzieren, und
ein Gefrierschutztemperatursensor ist in einem Luftströmungsreduzierbereich
des Luftströmungsverringerungselements
angeordnet. Ferner ist ein Luftströmungserhöhungselement angeordnet, um
eine Luftströmungsgeschwindigkeit
an der Auslassseite des Verdampfapparats zu erhöhen, und ein Neustarttemperatursensor
ist in einem Luftströmungserhöhungsbereich
des Luftströmungserhöhungselements
angeordnet. Zusätzlich
wird der Betrieb eines Kompressors basierend auf den erfassten Temperaturen
des Gefrierschutz temperatursensors und des Neustarttemperatursensors
gesteuert. In dem in der
JP-A-2000-258001 offenbarten
Gefrierschutzsystem wird jedoch, wenn das Ansprechverhalten der
Temperatursensoren verbessert wird, eine Betriebsstartfrequenz und
eine Betriebsstoppfrequenz des Kompressors erhöht, wodurch die Haltbarkeit
einer Magnetkupplung verringert wird und die Fahrbarkeit und die
Entfeuchtungsleistung verschlechtert werden. Ferner sind der Gefrierschutztemperatursensor,
der Neustarttemperatursensor, das Luftströmungsverringerungselement,
das Luftströmungserhöhungselement
und dergleichen erforderlich. Deshalb sind die Produktionskosten
dieses Gefrierschutzsystems erhöht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht des obigen Problems
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gefrierschutzsystem
für ein
Kühlgerät vorzusehen,
welches eine Gefrierschutzsteuerung eines Kältemittelverdampfapparats exakt
durchführen
kann.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Gefrierschutzsystem mit einer Steuereinheit vorzusehen, welche
eine Gefrierschutzsteuerung basierend auf einem Gefrierbestimmungswert, der
eine latente Wärmemenge
in einem vorgegebenen Volumen kondensierten Wassers enthält, exakt durchführen kann.
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Es ist eine noch weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage mit dem Gefrierschutzsystem
vorzusehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält ein
Gefrierschutzsystem für
ein Kühlgerät eine Temperaturerfassungseinheit,
die in einem Kältemittelverdampfapparat
angeordnet ist, zum Erfassen einer Kältemitteltemperatur in dem
Kältemittelverdampfapparat
und eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs eines Kältemittelkompressors
basierend auf der durch die Temperaturerfassungseinheit erfassten Kältemitteltemperatur.
In dem Gefrierschutzsystem enthält
die Steuereinheit eine Berechungseinrichtung zum Berechnen eines
Integralwerts der erfassten Kältemitteltemperatur,
integriert über
eine abgelaufene Zeit, nachdem die erfasste Kältemitteltemperatur gleich
oder niedriger als eine vorgegebene Integrationsstarttemperatur
wird, und die Steuereinheit stoppt den Betrieb des Kältemittelkompressors,
wenn der durch die Berechnungseinrichtung berechnete Integralwert
gleich oder größer als
ein vorgegebener Wert wird. Demgemäß kann die Gefrier schutzsteuerung
in dem Gefrierschutzsystem bei geringen Kosten exakt durchgeführt werden.
Zum Beispiel kann der vorgegebene Wert durch eine latente Wärmemenge
in einem vorgegebenen Volumen kondensierten Wassers in dem Kältemittelverdampfapparat
berechnet werden.
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Vorzugsweise ist die Temperaturerfassungseinheit
ein Temperatursensor, der an dem Kältemittelverdampfapparat angeordnet
ist, um eine Oberflächentemperatur
des Kältemittelverdampfapparats
zu erfassen. Zum Beispiel enthält
der Kältemittelverdampfapparat
mehrere Rohre, in welchen das Kältemittel
nach seiner Kühlung
und Dekomprimierung strömt,
und mehrere Kühlrippen,
die jeweils zwischen den Rohren angeordnet sind. In diesem Fall
kann die Temperaturerfassungseinheit so angeordnet sein, dass sie
die Oberflächentemperatur
des Rohrs oder der Kühlrippe
erfasst.
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Ferner kann die Temperaturerfassungseinheit
an dem Rohr oder der Kühlrippe
an einer Position angeordnet sein, die wenigstens in einem vorgegebenen
Abstand von einem unteren Ende des Kältemittelverdampfapparats in
der vertikalen Richtung getrennt ist. In diesem Fall kann die Temperaturerfassungseinheit
die Temperatur bezüglich
der Kältemitteltemperatur
in dem Kältemittelverdampfapparat
exakter erfassen.
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Vorteilhafter Weise enthält die Steuereinheit ferner
eine weitere Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines weiteren
Integralwerts der erfassten Kältemitteltemperatur,
integriert über
eine abgelaufene Zeit, nachdem die erfasste Kältemitteltemperatur höher als
die vorgegebene Integrationsstarttemperatur wird. In diesem Fall
startet die Steuereinheit den Betrieb des Kältemittelkompressors neu, wenn
der durch die weitere Berechnungseinrichtung berechnete weitere
Integralwert gleich oder größer als
ein vorgegebener Neustartwert wird. Deshalb können der Stoppbetrieb und der
Neustartbetrieb des Kältemittelkompressors
exakter gesteuert werden.
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Das Gefrierschutzsystem kann geeigneter Weise
für eine
Klimaanlage verwendet werden. In diesem Fall kann es ein Gefrieren
des Kältemittelverdampfapparats
in der Klimaanlage exakt verhindern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Aufgaben und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kühlgeräts mit einem
Gefrierschutzsystem gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Vorderansicht eines Kältemittelverdampfapparats
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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3 ein
Flussdiagramm einer Gefrierschutzsteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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4 ein
Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen der Kältemitteltemperatur
Te und einem Zeitablauf gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
und
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5 eine
vergrößerte Darstellung
eines in einem Kältemittelverdampfapparat
vorgesehenen Temperatursensors gemäß einem zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 – 4 beschrieben. Im ersten
Ausführungsbeispiel
wird ein Gefrierschutzsystem eines Kühlgeräts typischer Weise für eine Fahrzeug-Klimaanlage
verwendet. Wie in 1 dargestellt,
enthält
eine Fahrzeug-Klimaanlage 1 mit einem Kühlgerät ein Klimagehäuse 2,
ein Gebläse 3,
einen als Kühleinheit
benutzten Kühlkreis
S und einen als Heizeinheit benutzten Heizkern 5. Luft
wird durch das Gebläse 3 in
das Klimagehäuse 2 geblasen
und durch einen Luftkanal des Klimagehäuses 2 in eine Fahrgastzelle
eingeleitet. Der Kühlkreis
S enthält
einen in dem Klimagehäuse 2 angeordneten
Kältemittelverdampfapparat 4, und
der Heizkern 5 ist in dem Klimagehäuse 2 stromab des
Kältemittelverdampfapparats 4 angeordnet.
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Das Klimagehäuse 2 besitzt einen
Innenlufteinlass 6 und einen Außenlufteinlass 7 an
seinem stromaufwärtigen
Ende. Die Einlässe 6, 7 werden durch
eine Innenluft/ Außenluft-Wechselklappe 8 gemäß einem
ausgewählten
Innenluft/Außenluft-Modus geöffnet und
geschlossen. Luft wird in die Fahrgastzelle aus Luftauslässen wie
beispielsweise einem Entfrosterluftauslass 9, einem Fußluftauslass 10 und einem
Gesichtsluftauslass 11 durch Zweigluftleitungen 12, 13, 14,
die an stromabwärtigen
Endseiten des Klimagehäuses 2 verbunden
sind, in die Fahrgastzelle geblasen. So wird klimatisierte Luft
nach der Temperatureinstellung aus dem Entfrosterluftauslass 9 durch
die Zweigluftleitung 12 zu einer Windschutzscheibe geblasen.
Klimatisierte Luft wird aus dem Fußluftauslass 10 durch
die Zweigluftleitung 13 zu dem Fußbereich eines Fahrgasts in
der Fahrgastzelle geblasen. Ferner wird klimatisierte Luft aus dem
Gesichtsluftauslass 11 durch die Zweigluftleitung 14 zu
dem Oberkörper
des Fahrgasts in der Fahrgastzelle geblasen.
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Stromaufwärtige Öffnungsabschnitte der Zweigluftleitungen 12, 13, 14 werden
durch die Luftauslassmodusklappen 12a, 13a, 14a jeweils
entsprechend einem ausgewählten
Luftauslassmodus geöffnet
und geschlossen. Die Luftauslassmodusklappen 12a – 14a sind
jeweils stromauf der Zweigluftleitungen 12 – 14 angeordnet.
Als Luftauslassmodus können
zum Beispiel ein Gesichtsmodus, ein Doppelmodus, ein Fußmodus und
ein Entfrostermodus eingestellt werden. Im Gesichtsmodus wird kalte
Luft aus dem Gesichtsluftauslass 11 zu dem Oberkörper des Fahrgasts
in der Fahrgastzelle geblasen. Im Doppelmodus wird kalte Luft aus
dem Gesichtsluftauslass 11 zum Oberkörper der Fahrgasts geblasen
und warme Luft wird aus dem Fußluftauslass 10 zu
dem Fußbereich
des Fahrgasts in der Fahrgastzelle geblasen, sodass eine angenehme
Temperaturverteilung eines "kalten
Kopfes und warmer Füße" erzielt werden kann.
Im Fußmodus
wird warme Luft aus dem Fußluftauslass 10 zu
dem Fußbereich
des Fahrgasts in der Fahrgastzelle geblasen, wodurch ein Heizbetrieb in
der Fahrgastzelle durchgeführt
wird. Im Entfrostermodus wird klimatisierte Luft aus dem Entfrosterluftauslass 9 zu
der Windschutzscheibe geblasen, wodurch die Windschutzscheibe enteist
wird.
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Das Gebläse 3 enthält einen
Zentrifugallüfter 3a und
einen Lüftermotor 3b zum
Drehen des Zentrifugallüfters 3a.
Eine Drehzahl des Zentrifugallüfters 3a wird
durch eine an den Lüftermotor 3b angelegte Spannung
bestimmt. Die an den Lüftermotor 3b durch
eine Motorantriebsschaltung (nicht dargestellt) angelegte Spannung
wird basierend auf einem Steuersignal geregelt, welches von einer
später
beschriebenen Steuereinheit 16 ausgegeben wird.
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Der Kühlkreis S enthält einen
Kältemittelkompressor 18,
einen Kältemittelkondensator 20,
ein Auffanggefäß 21,
ein Expansionsventil 22 und den Kältemittelverdampfapparat 4.
Diese Komponenten des Kühlkreises
S sind durch eine Kältemittelrohrleitung 23 verbunden,
um einen Kreislauf zu bilden. Der Kältemittelkompressor 18 wird
durch Aufnehmen einer Drehkraft eines Fahrzeugmotors (nicht dargestellt)
angetrieben und er komprimiert ein Kältemittel. Der Kältemittelkompressor 18 enthält eine
Magnetkupplung 18a, welche so gesteuert wird, dass sie durch
eine Kompressorantriebsschaltung (nicht dargestellt) erregt wird.
Der Betrieb des Kältemittelkompressors 18 wird
durch eine Ein/Aus-Steuerung der Magnetkupplung 18a gesteuert.
Der Kältemittelkondensator 20 kühlt und
kondensiert das Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel, welches durch den
Kältemittelkompressor 18 komprimiert
und von ihm ausgegeben wird, durch Durchführen eines Wärmeaustausches
mit durch einen Kühllüfter 19 geblasener
Luft. Das Auffanggefäß 21 speichert
vorübergehend
das aus dem Kältemittelkondensator 20 eingeleitete
Kältemittel
und gibt nur flüssiges
Kältemittel
an das Expansionsventil 22 aus. Das Expansionsventil 22 dekomprimiert
und dehnt das aus dem Auffanggefäß 21 strömende Kältemittel.
Der Kältemittelverdampfapparat 4 verdampft
das Kältemittel
nach seiner Dekomprimierung durch das Expansionsventil 22 durch Aufnehmen
von Wärme
aus der durch das Gebläse 3 geblasenen
Luft. Deshalb wird die durch den Verdampfapparat 4 strömende Luft
gekühlt.
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Wie in 2 dargestellt,
ist der Kältemittelverdampfapparat 4 ein
Stapel-Verdampfapparat. Der Kältemittelverdampfapparat 4 enthält mehrere
Rohre 41 und mehrere Kühlrippen 42,
die jeweils zwischen den Rohren 42 angeordnet sind. Die
mehreren Rohre 41 sind so angeordnet, dass sie in einer
Oben/Unten-Richtung verlaufen, und sie sind parallel zueinander
angeordnet. Das flüssige
Kältemittel
aus dem Auffanggefäß 21 strömt in das
Expansionsventil 22 und das in dem Expansionsventil 22 dekomprimierte Kältemittel
strömt
durch einen Kältemitteleinlass 43 in
einen unteren Behälter 44.
Das in dem Kältemittelverdampfapparat 4 verdampfte
gasförmige
Kältemittel
wird durch einen Kältemittelauslass 46 aus
einem oberen Behälter 45 in
den Kältemittelkompressor 18 gesaugt.
Während
ein Gas/Flüssigkeit-Zweiphasen-Kältemittel durch die Rohre 41 strömt, wird
das flüssige
Kältemittel
verdampft.
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Ein Gefrierschutztemperatursensor 32 zum Erfassen
einer Temperatur (z.B. der Oberflächentemperatur des Kältemittelverdampfapparats 4 im
ersten Ausführungsbeispiel)
des aus dem unteren Behälter 44 nach
oben zu dem oberen Behälter 45 strömenden Kältemittels
ist an einer Außenfläche des
Rohres 41 an einer luftstromabwärtigen Seitenposition in dem
Kältemittelverdampfapparat 4 angeordnet.
Weil im Allgemeinen Kondenswasser an den Rohren 41 von
einer Oberseite zu einer Unterseite fließt, sammelt sich das Kondenswasser
einfach an einer Unterseite des Kältemittelverdampfapparats 4.
Daher ist der Gefrierschutztemperatursensor 32 bevorzugt
an einer Position außer
für einen
unteren Abschnitt, zum Beispiel an einer Position um 50 mm oder
mehr über dem
unteren Behälter 44 an
dem Rohr 41 angeordnet. D.h. der Gefrierschutztemperatursensor 32 ist
an einer Position in dem Kältemittelverdampfapparat 4 angeordnet,
die wenigstens um einen vorgegebenen Abstand von dem unteren Ende
des Kältemittelverdampfapparats 4 getrennt
ist. Auf diese Weise kann die Oberflächentemperatur der Rohre 41,
d.h. die Kältemitteltemperatur
in dem Kältemittelverdampfapparat 4 exakt
erfasst werden.
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Der Heizkern 5 ist mit einem
Kühlwasserkreis
(nicht dargestellt) des Fahrzeugmotors durch ein Heißwasserrohr
(nicht dargestellt) verbunden. Der Heizkern 5 heizt durch
ihn strömende
Luft unter Verwendung eines Motorkühlwassers, das in einem Kühlbetrieb
des Fahrzeugmotors erwärmt
wird, als Wärmequelle.
Eine durch den Heizkern 5 strömende Luftmenge und eine an
dem Heizkern vorbei strömende
Luftmenge werden durch eine Luftmischklappe 26 eingestellt.
Die Innenluft/Außenluft-Wechselklappe 8,
die Luftauslassklappen 12a – 14a und die Luftmischklappe 26 werden
jeweils durch Stellglieder betrieben. Jedes Stellglied wird basierend
auf einem Steuersignal gesteuert, das von der Steuereinheit 16 durch
eine Antriebsschaltung (nicht dargestellt) ausgegeben wird.
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Messsignale von Sensoren werden der
Steuereinheit 16 durch eine Eingangsschnittstelle 39 eingegeben,
während
ihr in einer Bedientafel 17 eingestellte Betriebssignale
eingegeben werden. Hierbei enthalten die Sensoren einen Innenlufttemperatursensor
33,
einen Außenlufttemperatursensor 34,
einen Sonnenlichtsensor 35, einen Nachverdampfapparatsensor 36,
einen Wassertemperatursensor 37, den Gefrierschutztemperatursensor 32 und
ein Potentiometer 38. Der Innenlufttemperatursensor 33 erfasst
eine Lufttemperatur in der Fahrgastzelle, und der Außenlufttemperatursensor 34 erfasst
eine Lufttemperatur außerhalb
der Fahrgastzelle. Der Sonnenlichtsensor 35 erfasst eine
in die Fahrgastzelle strahlende Sonnenlichtmenge, und der Nachverdampfapparatsensor 36 erfasst
eine Lufttemperatur an einer Auslassseite des Kältemittelverdampfapparats 4.
D.h. der Nachverdampfapparatsensor 36 ist so angeordnet,
dass er die Temperatur der Luft unmittelbar nach Durchströmen des
Kältemittelverdampfapparats 4 erfasst.
Der Wassertemperatursensor 37 erfasst eine Temperatur des
Motorkühlwassers,
und der Gefrierschutztemperatursensor 32 erfasst die Oberflächentemperatur
der Rohres 41 des Kältemittelverdampfapparats 4.
Das Potentiometer 38 erfasst einen Öffnungsgrad der Luftmischklappe 26,
sodass klimatisierte Luft mit einer vorgegebenen Temperatur erzielt
werden kann.
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Die Bedientafel 17 ist an
einer Instrumententafel (nicht dargestellt) an einer vorderen Position eines
Fahrersitzes angeordnet. Die Bedientafel 17 enthält einen
Automatikschalter, einen Ausschalter, einen Temperatureinstellschalter,
eine Einstelltemperaturanzeige, einen Innen/Außenluft-Auswahlschalter, einen
Klimaschalter, einen Luftmengenschalter und einen Luftauslassmodusschalter.
Der Automatikschalter gibt einen Befehl zum automatischen Steuern
jeder Klimakomponente des Kühlgeräts aus und der
Ausschalter gibt einen Befehl zum Stoppen des Betriebs des Kühlgeräts aus.
Der Temperatureinstellschalter wird zum Einstellen einer Lufttemperatur
in der Fahrgastzelle auf eine gewünschte Temperatur verwendet,
und die Einstelltemperaturanzeige wird zum digitalen Anzeigen der
eingestellten Temperatur verwendet. Der Innenluft/Außenluft-Einstellschalter wird
zum manuellen Einstellen eines Außenlufteinleitungsmodus oder
eines Innenlufteinleitungsmodus verwendet. Außenluft wird in das Klimagehäuse 2 im Außenlufteinleitungsmodus
eingeleitet, und Innenluft wird in das Klimagehäuse 2 im Innenlufteinleitungsmodus
eingeleitet.
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Der Klimaschalter wird zum manuellen Wechseln
zwischen einem Startbetrieb des Kühlkreises S und einem Stoppbetrieb
des Kühlkreises
S benutzt. D.h. die Erregung (ON) und das Abschalten (OFF) der in
dem Kältemittelkompressor 18 vorgesehenen
Magnetkupplung 18a kann durch den Klimaschalter manuell
gewechselt werden. Der Luftmengenschalter wird zum schrittweisen
Verändern
einer Luftmenge des Gebläses 3 in
drei Stufen eines hohen Pegels (maximale Luftmenge), eines Zwischenpegels
(mittlere Luftmenge) und eines niedrigen Pegels (minimale Luftmenge)
im ersten Ausführungsbeispiel
verwendet. Der Luftauslassmodusschalter wird zum manuellen Einstellen
des Luftauslassmodus verwendet. Ferner wandelt die Eingangsschnittstelle 39 die
analogen Signale der Sensoren 32 – 37 und des Potentiometers 38 in
digitale Signale um und gibt die umgewandelten digitalen Signale
an die Steuereinheit 16 aus.
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Die Steuereinheit 16 enthält einen
Festwertspeicher (ROM) 16a, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 16b und
eine Zentraleinheit (CPU) 16c. Ferner erhält die Steuereinheit 16 ein
Basissignal durch einen Basissignalgenerator (nicht dargestellt)
mit einem Quarzoszillator, und das Basissignal wird als Taktsteuerung
verwendet. Der ROM 16a speichert eine zum Berechnen einer
Solllufttemperatur TAO benutzte Formel, eine zum Berechnen eines
Sollöffnungsgrades
SW der Luftmischklappe 26 benutzte Formel, Anfangsdaten
einer Lufteinleitungsmodus-Steuerkennlinie, Anfangsdaten einer Luftauslassmodus-Steuerkennlinie,
Anfangsdaten einer Gebläse-Steuerkennlinie,
Anfangsdaten einer Klima-Steuerkennlinie, Anfangsdaten einer Kompressor-Steuerkennlinie,
Anfangsdaten einer Wassertemperatur-Steuerkennlinie, ein Gefrierschutzsteuerprogramm,
ein vorgegebenes Steuerprogramm und dergleichen. Der RAM 16b speichert
in der Steuerverarbeitung der Steuereinheit 16 erzeugte Übergangsdaten.
Die CPU 16c führt
verschiedene Berechnungen und Prozesse basierend auf den in dem ROM 16a speicherten
Steuerprogrammen durch.
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Als nächstes wird das Gefrierschutzsystem des
Kühlgeräts unter
Bezugnahme auf das Gefrierschutzsteuerprogramm beschrieben. Das
Gefrierschutzsteuerprogramm wird durchgeführt, während der Betrieb des Kühlkreises
S durch Einschalten des Automatikschalters betätigt wird. Wenn der Kühlkreis S
betätigt
wird, wird das Kältemittel
durch den Kältemittelkompressor 18 komprimiert.
Ferner strömt
das Niedertemperatur/Niederdruck-Kältemittel nach der Kühlung und
Dekomprimierung in den Kältemittelverdampfapparat 4,
wodurch durch einen Kernabschnitt des Kältemittelverdampfapparats 4 strömende Luft gekühlt wird.
Der Kernabschnitt des Kältemittelverdampfapparats 4 ist
aus den mehreren Rohren 41 und den mehreren Kühlrippen 42 aufgebaut.
Wenn zum Beispiel eine Temperatur der durch den Kältemittelverdampfapparat 4 strömenden Luft
gering ist, wie beispielsweise in einem Unterkühlungszustand, kann an dem
Kältemittelverdampfapparat 4 kondensiertes
Wasser gefrieren. Diese Gefrierschutzsteuerung des ersten Ausführungsbeispiels
wird verwendet, um ein Gefrieren des Kondenswassers zu verhindern.
Bei dieser Gefrierschutzsteuerung wird der Betrieb des Kältemittelkompressors 18 basierend
auf einer durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfassten
Temperatur gestoppt.
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Insbesondere wird, wie in 3 dargestellt, in Schritt
100 bestimmt, ob der Kältemittelkompressor 18 betrieben
wird oder nicht. Wenn in Schritt 100 bestimmt wird, dass der Kältemittelkompressor 18 betrieben
wird, geht das Steuerprogramm weiter zu Schritt 110 und die Gefrierschutzsteuerung
wird gestartet. In Schritt 110 werden in einem Datenprozessspeicher
des RAM 16b gespeicherte transiente Daten initialisiert
und ein Gesamtwert A (Integralwert) der später beschriebenen integrierten
Temperatur wird auf Null zurück
gesetzt. In Schritt 120 gibt die Steuereinheit 16 eine
durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfasste Kältemitteltemperatur
Te ein. In Schritt 130 wird bestimmt, ob die eingegebene Temperatur
Te gleich oder niedriger als eine Integrationsstarttemperatur Ts
ist oder nicht. Die Integrationsstarttemperatur Ts (Integralstarttemperatur)
ist eine durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfasste
Oberflächentemperatur
(d.h. Kältemitteltemperatur),
wenn ein Kondenswasser auf den Außenflächen der Rohre 41 zu
gefrieren beginnt. Die Integrationsstarttemperatur Ts wird im Voraus
eingestellt und im Speicher gespeichert.
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Falls zum Beispiel eine Gefriertemperatur von
Kondenswasser 0°C
beträgt,
ist die Integrationsstarttemperatur Ts im Wesentlichen 0°C. Demgemäß wird durch
das Bestimmen, ob die Kältemitteltemperatur
Te niedriger als die Integrationsstarttemperatur Ts (z.B. im Wesentlichen
0°C) ist
oder nicht, bestimmt, ob Kondenswasser an dem Kältemittelverdampfapparat 4 zu
gefrieren beginnt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Kältemitteltemperatur Te
niedriger als die Integrationsstarttemperatur Ts ist, wird in Schritt
140 ein Integrationswert DE berechnet. Der Integrationswert DE ist
eine absolute Temperaturdifferenz zwischen der Kältemitteltemperatur Te und
der Integrationsstarttemperatur Ts, multipliziert mit einer Zykluszeit
CT, wie in der folgenden Gleichung (1) dargestellt: DE = |Te – Ts| × CT ...(1)
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Zum Beispiel ist die Zykluszeit CT
eine Datenunterbrechungs-Zykluszeit (z.B. 25 Millisekunden) des
Steuerprozesses. D.h. die Temperaturdifferenz wird mit einer eingegebenen
Zykluszeit der Kältemitteltemperatur
Te multipliziert, wodurch man den Integrationswert DE erhält.
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In Schritt 150 wird der Gesamtwert
A (Integralwert) der integrierten Temperatur mittels der folgenden
Gleichung (2) berechnet: A = A + DE ...(2)
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D.h. der in jedem eingegebenen Zyklus
berechnete integrierte Wert wird zu dem letzten Gesamtwert A der
integrierten Temperatur hinzugefügt, wodurch
man den neuen Gesamtwert A der integrierten Temperatur erhält. In Schritt
160 wird bestimmt, ob der neue Gesamtwert A der integrierten Temperatur
größer als
ein in dem Speicher gespeicherter, eingestellter Wert X ist oder
nicht. Der eingestellte Wert X ist durch Studien der Erfinder erhalten
und wird nun unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Kennliniendiagramm
einer Beziehung zwischen einem Zeitablauf und einer durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfassten
Oberflächentemperatur
Te im Unterkühlungszustand,
wenn zum Beispiel eine Temperatur der durch die Rohre 41 des
Kältemittelverdampfapparats 4 strömenden Luft
niedrig ist.
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Wie oben beschrieben, beginnt, wenn
die durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfasste
Kältemitteltemperatur
Te unter 0°C
sinkt, Kondenswasser an dem Kältemittelverdampfapparat 4 zu
gefrieren. Insbesondere gefriert das Kondenswasser zwischen den
Rohren 41 aufgrund der Übertragung der
latenten Wärme
aus dem Kondenswasser. Demgemäß wird eine
latente Wärmemenge
in einem vorgegebenen Volumen Wasser, entsprechend einem Bereich
Y in 4, als eingestellter
Wert X eingestellt, und der eingestellte Wert X kann durch Integrieren
der Kältemitteltemperatur
Te über
eine abgelaufene Zeit, nachdem die Kältemitteltemperatur Te niedriger
als 0°C
wird, berechnet werden. Bei der Gefrierschutzsteuerung des ersten
Ausführungsbeispiels
wird der Betrieb des Kältemittelkompressors 18 gestoppt,
wenn der Gesamtwert A (Integralwert) der integrierten Temperatur
größer als
der eingestellte Wert X wird.
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Wenn in Schritt 160 bestimmt wird,
dass der Gesamtwert A der integrierten Temperatur gleich oder höher als
der eingestellte Wert X ist, geht das Steuerprogramm weiter zu Schritt
170. Dann wird der Gesamtwert A der integrierten Temperatur in Schritt 170
auf Null zurück
gesetzt, und der Betrieb des Kältemittelkompressors 18 wird
in Schritt 180 gestoppt. Anschließend wird in Schritt 190 die
Kältemitteltemperatur
Te der Steuereinheit 16 eingegeben und es wird in Schritt
200 bestimmt, ob die Kältemitteltemperatur
auf eine Rücktemperatur
Ton (z.B. 1°C)
ansteigt oder nicht. Wenn in Schritt 200 bestimmt wird, dass die
Kältemitteltemperatur
Te auf gleich oder mehr als die Rücktemperatur Ton ansteigt,
wird der Kältemittelkompressor 18 in
Schritt 210 neu gestartet. Insbesondere führt die Steuereinheit 16 in
den Schritten 180, 210 eine Ein/Aus-Steuerung (Erregungssteuerung)
der Magnetkupplung 18a durch, wodurch der Betriebszustand
des Kältemittelkompressors 18 gesteuert
wird.
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In dem Gefrierschutzsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
wird, wenn die Kältemitteltemperatur
Te des Kältemittelverdampfapparats
4 im Wesentlichen niedriger als 0°C
wird, latente Wärme
aus dem Kondenswasser an den Kältemittelverdampfapparat 4 übertragen,
sodass das Kondenswasser zu gefrieren beginnt. In diesem Fall wird
der Gesamtwert A der integrierten Temperatur durch Integrieren der
durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfassten Kältemitteltemperatur
Te über
eine abgelaufene Zeit, nachdem die Kältemitteltemperatur Te auf
im Wesentlichen unter 0°C
sinkt, berechnet. Ferner wird die latente Wärmemenge in dem vorgegebenen
Volumenkondenswasser im Voraus abgeschätzt und als eingestellter Wert
X eingestellt. Wenn dann der Gesamtwert A der integrierten Temperatur gleich
oder größer als
der eingestellte Wert X wird, wird der Betrieb des Kältemittelkompressors 18 gestoppt.
Deshalb kann die Gefrierschutzsteuerung durch schnelles Erfassen
der Temperatur, bei welcher das Kondenswasser zu gefrieren beginnt,
exakt durchgeführt
werden.
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Ferner kann, weil der Gefrierschutztemperatursensor 32 angeordnet
ist, um die Oberflächentemperatur
des Rohres 41 zu erfassen, die Temperatur des durch die
Rohre 41 in dem Kältemittelverdampfapparat 4 strömenden Kältemittels
exakt erfasst werden. Deshalb kann, selbst wenn eine Kältemitteltemperatur
in dem Kältemittelverdampfapparat 4 mit
einer kleinen Größe sich
schnell ändert,
ein Ansprechverhalten der Gefrierschutzsteuerung bezüglich der Kältemitteltemperatur veränderung
effektiv verbessert werden, ohne ein zusätzliches Element wie beispielsweise
ein Luftströmungsverringerungselement und
ein Luftströmungserhöhungselement
zu verwenden. So kann die Gefrierschutzsteuerung des Kältemittelverdampfapparats 4 in
dem Kühlgerät bei geringen
Kosten exakt durchgeführt
werden.
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Das Kondenswasser wird im Allgemeinen einfach
an den Rohren 41 an der Unterseite in dem Kältemittelverdampfapparat 4 gesammelt.
Weil jedoch im ersten Ausführungsbeispiel
der Gefrierschutztemperatursensor 32 an dem Rohr 41 an
einer Position außer
dem unteren Abschnitt angeordnet ist, kann die Oberflächentemperatur
des Rohres 41, d.h. die Kältemitteltemperatur in dem
Kältemittelverdampfapparat 4 exakt
erfasst werden. Ferner wird, weil der Gefrierschutztemperatursensor 32 an
der luftstromabwärtigen
Position in dem Kältemittelverdampfapparat 4 angeordnet
ist, der Gefrierschutztemperatursensor 32 nicht durch in
den Kältemittelverdampfapparat 4 einzuleitende
Luft beeinflusst, sodass die Kältemitteltemperatur
exakter erfasst werden kann.
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Im Allgemeinen ist die Temperatur,
bei welcher Kondenswasser an dem Kältemittelverdampfapparat 4 zu
gefrieren beginnt, zeitlich relativ zu der Oberflächentemperatur
der Rohre 41 verzögert.
In diesem Ausführungsbeispiel
erhält
man den Integralwert (d.h. den Gesamtwert A der integrierten Temperatur)
durch Integrieren der durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfassten
Kältemitteltemperatur Te über die
abgelaufene Zeit, nachdem die Kältemitteltemperatur
Te im Wesentlichen niedriger als die Integrationsstarttemperatur
Ts wird. Wenn der Gesamtwert A der integrierten Temperatur gleich
oder größer als
der eingestellte Wert X wird, wird der Betrieb des Kältemittelkompressors 18 gestoppt.
Auf diese Weise wird die durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfasste
Kältemitteltemperatur
Te durch die Integrationsstarttemperatur Ts korrigiert, wodurch
die Gefrierstarttemperatur, bei welcher des Kondenswasser zu gefrieren
beginnt, schneller und exakter erfasst wird. Deshalb kann die Gefrierschutzsteuerung
exakter durchgeführt
werden.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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In dem oben beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Gefrierschutztemperatursensor 32 so
angeordnet, dass er das Rohr 41 an einer Position außer für den unteren
Abschnitt des Kältemittelverdampfapparats 4 kontaktiert.
Jedoch kann der Gefrierschutztemperatursensor 32 auch an
einer Oberfläche
des Kältemittelverdampfapparats 4 außer den
Rohren 41 angeordnet sein, um eine Oberflächentemperatur
des Kältemittelverdampfapparats 4 zu
erfassen. Zum Beispiel kann, wie in 5 dargestellt,
der Gefrierschutztemperatursensor 32 an der Kühlrippe 42 zwischen
den Rohren 41 angeordnet sein, um die Kühlrippe 42 zu kontaktieren.
Auch in diesem Fall kann die Außenflächentemperatur
des Kältemittelverdampfapparats 4,
die mit der Kältemitteltemperatur im
Kältemittelverdampfapparat 4 in
Zusammenhang steht, mittels des Gefrierschutztemperatursensor 32 erfasst
werden. D.h. die durch den Gefrierschutztemperatursensor 32 erfasste
Temperatur kann als Kältemitteltemperatur
benutzt werden. Alternativ kann der Gefrierschutztemperatursensor 32 an
dem oberen Behälter 45 angeordnet
sein, um den oberen Behälter 45 zu
kontaktieren. Ferner kann der Gefrierschutztemperatursensor 32 so
angeordnet sein, dass er eine Verdampfapparattemperatur in Zusammenhang
mit der Kältemitteltemperatur
in dem Kältemittelverdampfapparat 4 erfasst.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die anderen
Teile einschließlich
der Gefrierschutzsteuerung ähnlich
jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels und die im
ersten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Vorteile können
erzielt werden.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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Obwohl die vorliegende Erfindung
vollständig
in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen davon unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben worden ist, ist
zu beachten, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen für
den Fachmann offensichtlich sein werden.
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Zum Beispiel wird in dem oben beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel
in Schritt 200 bestimmt, ob die Kältemitteltemperatur Te höher als
die Rücktemperatur
Ton (z.B. 1°C)
wird oder nicht. Die Rücktemperatur
Ton kann als ein Wert eingestellt werden, den man durch Integrieren
der Kältemitteltemperatur
Te über
eine abgelaufenen Zeit, nachdem die Kältemitteltemperatur Te gleich
oder höher
als 0°C
steigt, erhält.
Deshalb kann das Abschalten der Gefrierschutzsteuerung exakt bestimmt
werden. In diesem Fall ist ein zum Neustart des Betriebs des Kältemittelkompressors 18 benutzter
Temperatursensor nicht erforderlich, sondern der Gefrierschutztemperatursensor 32 kann
als Temperatursensor verwendet werden. Deshalb können die Herstellungskosten
des Gefrierschutzsystems reduziert werden, während die Gefrierschutzsteuerung
des Gefrierschutzsystems exakt durchgeführt werden kann.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird der Kältemittelkompressor 18 durch
den Fahrzeugmotor durch die Magnetkupplung 18a angetrieben,
und die Ein/Aus-Steuerung des Kältemittelkompressors 18 wird
durch Steuern der Magnetkupplung 18a durchgeführt. Jedoch
kann die Ein/Aus-Steuerung eines elektrischen Kompressors zum Beispiel
auch durch Steuern eines Elektromotors des elektrischen Kompressors
durchgeführt
werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf ein Kühlgerät oder eine
Klimaanlage mit dem Kühlkreis
S angewendet werden, ohne auf die Fahrzeug-Klimaanlage in den obigen
Ausführungsbeispielen
beschränkt
zu sein.
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Solche Änderungen und Modifikation
liegen selbstverständlich
im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden
Ansprüche
definiert ist.