DE102004030025A1

DE102004030025A1 - Kühlkreisvorrichtung

Info

Publication number: DE102004030025A1
Application number: DE102004030025A
Authority: DE
Inventors: Gum Bae Kariya Choi; Masayuki Kariya Takeuchi; Yoshitaka Kariya Tomatsu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2005-01-13
Also published as: JP2005016747A; US6880362B2; US20040255613A1

Abstract

In einem Kühlkreis wird eine Wärmestrahlung eines Gaskühlers (2) durch eine Wärmestrahlreduktionseinrichtung (B1-B3, 14-18) reduziert, wenn ein Druck (Ph) und/oder eine Temperatur (Tgc) eines Hochdruck-Kältemittels gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Wert (P1, T1) ist. Wenn ein Ausgabedruck des aus einem Kompressor (1) ausgegebenen Kältemittels gleich oder niedriger als das vorbestimmte Niveau (P1) ist, wird die Wärmestrahlung des Gaskühlers (2) durch die Wärmestrahlreduktionseinrichtung reduziert. So wird der Kältemitteldruck der Hochdruckseite erhöht, während der Kältemitteldruck einer Niederdruckseite verringert wird. Hierdurch wird eine Strömungsrate an einem Hochdruckeinlass (3a) einer Ejektorpumpe (3) vergrößert. Ebenso wird eine Strömungsrate an einem Niederdruckeinlass (11a) der Ejektorpumpe (3) vergrößert. Demgemäß wird eine Temperatur der aus einem Verdampfapparat (6) geblasenen Luft, ohne Gefrieren des Verdampfapparates (6), verringert, selbst wenn eine Last des Kreislaufs niedrig ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlkreisvorrichtung mit einer Ejektorpumpe.
In einem Ejektorpumpenkreis sind ein Kompressor 101, ein Kältemittelkühler 102, eine Ejektorpumpe 103 und eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 104 durch Kältemittelrohre in einem Kreislauf verbunden, wie in 9 dargestellt. Auch sind eine Druckverminderungsvorrichtung 105 wie beispielsweise eine feste Drosselklappe und ein Kältemittelverdampfapparat 106 zwischen der Ejektorpumpe 103 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 104 durch ein Bypassrohr verbunden. Ein von einem gasförmigen Kältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 104 getrenntes flüssiges Kältemittel wird durch das Bypassrohr in einen Niederdruckeinlass 108 der Ejektorpumpe 103 gesaugt. Diese Art eines Ejektorpumpenkreises ist zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-11-37577 offenbart.
In einem Fahrzeugklimagerät ist es im Allgemeinen erforderlich, einen weiten Bereich von Laständerungen in Abhängigkeit von Nutzungsbedingungen, wie beispielsweise von einem niedrigen Lastzustand während eines Entfeuchtungsbetriebs im Winter zu einem hohen Lastzustand während eines Kühlbetriebs im Sommer, zu erfüllen. Die Ejektorpumpe 103 weist eine feste Düse 107 auf und der Durchmesser eines Auslasses der Düse 107 ist unabhängig von einer Strömungsrate des Kältemittels fest. Falls der obige Ejektorpumpenkreis auf den Kühlkreis des Fahrzeug-Klimageräts angewendet wird, ist es schwierig, dass die Ejektorpumpe 103 mit solchen weiten Laständerungen klar kommt.
Um mit den weiten Laständerungen in dem Kreislauf klar zu kommen, wird vorgeschlagen, eine Ejektorpumpe mit einer verstellbaren Düse 112 zu verwenden, wie in 10 dargestellt und zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. JP-A-5-312421 offenbart. Bei einer verstellbaren Düse 112 ist ein Durchmesser eines Düsenauslasses durch ein Nadelventil 111 entsprechend dem Lastzustand und der Strömungsrate des Kältemittels veränderbar.
Wenn eine Außentemperatur niedrig ist und eine Strömungsgeschwindigkeit der kühlenden Luft hoch ist, wird ein Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite in dem Kühlkreis verringert. Wenn eine Temperatur der dem Verdampfapparat zugeführten Luft hoch ist oder die Menge der Luft groß ist, d.h. wenn eine Last des Kältemittelverdampfapparats hoch ist, wird ferner ein Kältemitteldruck auf einer Niederdruckseite erhöht. Als Ergebnis wird ein Druckunterschied zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite vermindert. In dem Fahrzeug-Klimagerät tritt der obige Umstand zum Beispiel wahrscheinlich auf, wenn eine Innenluft zirkuliert wird, während eine Außenlufttemperatur niedrig ist.
Übrigens wird in einem Kühlkreis mit einem Expansionsventil selbst unter dem obigen Umstand der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite erhöht und der Kältemitteldruck auf der Niederdruckseite wird durch Reduzieren des Durchmessers der Expansionsvorrichtung verringert, wie in 11 dargestellt. Hierdurch wird eine Kältemittelströmungsrate auf einer optimalen Rate gehalten oder auf diese erhöht. Demgemäß kann Luft mit einer vorbestimmten gewünschten Temperatur aus dem Verdampfapparat geblasen werden.
Andererseits wird in dem Ejektorpumpenkreis das Kältemittel von dem Verdampfapparat unter Verwendung einer während der Dekomprimierung des Kältemittels an einem Düsenabschnitt der Ejektorpumpe erzeugten Verlustenergie in den Niederdruckeinlass der Ejektorpumpe gesaugt. Hierdurch wird eine Strömungsrate des durch den Verdampfapparat strömenden Kältemittels gehalten. Wenn der Druckunterschied zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite unter dem obigen Umstand kleiner wird, wird eine Strömungsrate des Kältemittels an einem Hochdruckeinlass der Ejektorpumpe, durch welchen ein Hochdruck-Kältemittel in die Ejektorpumpe eingeleitet wird, kleiner. Als Ergebnis wird die zum Ansaugen des Kältemittels aus dem Verdampfapparat benutzte Verlustenergie unzureichend. Deshalb ist es schwierig, die Strömung des Kältemittels in dem Verdampfapparat zu vereinfachen. Als Ergebnis wird die Temperatur der aus dem Verdampfapparat geblasenen Luft erhöht.
Außerdem wird, falls der Kältemitteldruck in der Niederdruckseite verringert wird, während der Kältemitteldruck in der Hochdruckseite nicht verringert wird, wie in 12 dargestellt, der Kältemittelverdampfapparat wahrscheinlich gefrieren. Zum Beispiel ist es in dem Entfeuchtungsheizbetrieb schwierig, Luft mit einer vorbestimmten Temperatur (zum Beispiel 3°C) aus dem Verdampfapparat zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kühlkreis mit einer Ejektorpumpe vorzusehen, der eine Leistungsverschlechterung des Kreises aufgrund eines Mangels einer Kältemittelströmungsrate während eines Niederlastzustandes zu beschränken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Kühlkreis eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung, einen Kompressor, einen Kältemittelkühler, einen Kältemittelverdampfapparat, eine Ejektorpumpe und eine Drosselvorrichtung. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung trennt ein Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel. Der Kompressor ist so angeordnet, dass er mit einem Gaskältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in Verbindung steht. Der Kompressor komprimiert das gasförmige Kältemittel und erzeugt ein Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemittel. Der Kältemittelkühler ist stromab des Kompressors angeordnet. Das Kältemittel strahlt Wärme des Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemittels ab. Der Kältemittelverdampfapparat ist so angeordnet, dass er mit einem Flüssigkältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in Verbindung steht. Der Kältemittelverdampfapparat verdampft ein flüssiges Niederdruck-Niedertemperatur-Kältemittel. Die Ejektorpumpe weist einen Hochdruckeinlass, der mit einem Kältemittelauslass des Kältemittelkühlers in Verbindung steht, einen Niederdruckeinlass, der mit einem Kältemittelauslass des Kältemittelverdampfapparats in Verbindung steht, einen Düsenabschnitt, durch welchen das durch den Hochdruckeinlass gelangte Kältemittel gesprüht wird, auf. Das Kältemittel wird von dem Kältemittelverdampfapparat mittels eines Druckabfalls um das an dem Düsenabschnitt gesprühte Kältemittel zu dem Niederdruckeinlass gesaugt und mit dem gesprühten Kältemittel vermischt. Das Kältemittel wird zu der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung ausgegeben, nachdem sein Druck durch das Mischen erhöht ist. Die Drosselvorrichtung ist vorgesehen, um einen Druck des Hochdruck-Kältemittels zu steuern. Ferner enthält der Kreis eine Ausgabedruck-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Drucks des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels, und ein Wärmestrahlreduktionselement zum Reduzieren der Wärmestrahlung des Kältemittelkühlers entsprechend dem durch die Ausgabedruck-Erfassungsvorrichtung erfassten Druck.

Wenn der erfasste Aufgabedruck gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Druck ist, wird eine Wärmestrahlung des Kältemittelkühlers durch das Wärmestrahlreduktionselement verringert. Hierdurch wird der Druck auf der Hochdruckseite erhöht, während der Druck auf der Niederdruckseite verringert wird. Ferner wird eine Strömungsrate des Kältemittels auf der Hochdruckeinlassseite der Ejektorpumpe vergrößert, sodass eine Strömungsrate des Kältemittels auf der Niederdruckeinlassseite der Ejektorpumpe ausreichend gehalten werden kann. Da hierdurch die ausreichende Strömungsrate gehalten wird, wird eine Leistung des Kreises nicht verschlechtert. Ferner wird Luft aus dem Verdampfapparat mit einer gewünschten Temperatur ohne Gefrieren des Verdampfapparats geblasen.

Alternativ wird die Wärmestrahlung des Kältemittelkühlers durch das Wärmestrahlreduktionselement entsprechend einer Temperatur des Kältemittels verringert. Zum Beispiel wird die Temperatur des Kältemittels durch einen Temperatursensor an einer Auslassseite des Kältemittelkühlers erfasst.

Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind, besser verständlich. Darin zeigen:

1 eine schematische Kreislaufdarstellung eines Kühlkreises gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

2 eine schematische Darstellung eines Gaskühlers mit einem Wärmestrahlreduktionselement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

3 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Drehzahl eines Kompressors und einer Temperatur der aus einem Verdampfapparat geblasenen Luft gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

4 eine schematische Darstellung eines Gaskühlers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

5 eine schematische Darstellung eines Gaskühlers mit einem Wärmestrahlreduktionselement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

6 eine schematische Darstellung eines Gaskühlers mit einem Wärmestrahlreduktionselement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

7A einen Längsquerschnitt eines Thermoventils des Wärmestrahlreduktionselements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

7B einen Querschnitt des in 7A dargestellten Thermoventils zur Darstellung einer Auslassöffnung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

7C einen Querschnitt des in 7A dargestellten Thermoventils zur Darstellung von Einlassöffnungen gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

8A und 8B eine Seitenansicht eines Gaskühlers mit einem Verschlusselement gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

9 eine schematische Kreisdarstellung eines Kühlkreises eines Standes der Technik;

10 eine Querschnittsansicht einer Ejektorpumpe mit einer verstellbaren Düse eines Standes der Technik;

11 ein Diagramm eines Kühlkreises mit einem Expansionsventil einer anderen Bauform; und

12 ein Diagramm eines Kühlkreises mit einer Ejektorpumpe einer anderen Bauform.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Bezug nehmend auf 1 ist ein Kühlkreis der vorliegenden Erfindung zum Beispiel auf ein Klimagerät für ein Fahrzeug angewendet. Der Kühlkreis ist ein Ejektorpumpenkreis, in dem ein Kältemittelkompressor 1, ein Gaskühler (Kältemittelkühler) 2, eine Ejektorpumpe 3 und eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 durch Kältemittelrohre in einer Schleife verbunden sind. Der Ejektorpumpenkreis enthält ferner eine Druckverminderungsvorrichtung 5 und einen Kältemittelverdampfapparat 6. Ein Flüssigkältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 und ein Niederdruckeinlass 3a der Ejektorpumpe 3 sind miteinander durch ein Bypassrohr verbunden. Die Druckverminderungsvorrichtung 5 und der Kältemittelverdampfapparat 6 sind an dem Bypassrohr vorgesehen.

In dem Kreislauf wird zum Beispiel Kohlendioxid (CO₂), das eine niedrige kritische Temperatur aufweist, als Kältemittel verwendet. Der Ejektorpumpenkreis bildet einen überkritischen Dampfkompressions-Ejektorpumpenkreis, in dem das Kältemittel in dem Kompressor 1 so komprimiert wird, dass der Druck des Kältemittels auf einer Hochdruckseite gleich oder höher als ein überkritischer Druck ist. Außerdem wird in dem Kreislauf die Temperatur des aus dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittels mit einem Anstieg des Kältemitteldrucks auf der Hochdruckseite bis auf etwa 150°C erhöht. D.h. die Temperatur des Kältemittels an einem Kältemitteleinlass des Gaskühlers 2 ist auf etwa 150°C erhöht. Da der Druck des Kältemittels gleich oder höher als der überkritische Druck ist, kondensiert und verflüssigt sich das Kältemittel in dem Gaskühler 2 nicht, selbst wenn es in dem Gaskühler 2 Wärme abstrahlt.

Der Kompressor 1 wird durch einen in einem Motorraum eines Fahrzeugs montierten Motor (nicht dargestellt) oder einer anderen Antriebsquelle wie beispielsweise einem Elektromotor (nicht dargestellt) angetrieben. Der Kompressor 1 saugt ein gasförmiges Kältemittel aus einem Gaskältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 an und komprimiert das gasförmige Kältemittel darin, sodass das gasförmige Kältemittel einen Druck gleich oder höher als der überkritische Druck besitzt. Ferner gibt der Kompressor 1 das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel zu dem Gaskühler 2 aus.

Der Gaskühler 2 ist in dem Motorraum an einer Position angeordnet, in der er einfach einen Luftstrom erfährt. Der Gaskühler 2 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem von dem Kompressor 1 ausgegebenen Kältemittel und der durch ein Gebläse (nicht dargestellt) von außerhalb einer Fahrgastzelle eingeleiteten Außenluft durch. So wird die Wärme des Kältemittels durch den Gaskühler 2 abgestrahlt.

Die Ejektorpumpe 3 beisitzt einen Hochdruck-Einlassabschnitt 11a, den Niederdruck-Einlassabschnitt 3a, eine Düse 11, einen Mischabschnitt 3b und einen Diffusorabschnitt 3c. In der Ejektorpumpe 3 wird das durch den Hochdruck-Kältemitteleinlass 11a geströmte Kältemittel aus der Düse 11 mit einer hohen Geschwindigkeit gesprüht. Hierbei wird das Kältemittel in dem Bypassrohr durch den Niederdruck-Einlass 3a entsprechend dem Druckabfall um das aus der Düse 11 gesprühte Kältemittel angesaugt.

Das aus der Düse 11 gesprühte Kältemittel und das durch den Niederdruck-Einlassabschnitt 3a gesaugte Kältemittel werden miteinander in dem Mischabschnitt 3b vermischt. Das vermischte Kältemittel wird in dem Diffusorabschnitt 3c verteilt und sein Druck erhöht. Dann wird das Kältemittel aus einer Ausgabeöffnung (Ejektorpumpenauslass) der Ejektorpumpe 3 ausgegeben und zu der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 geleitet.

Die Ejektorpumpe 3 des Ausführungsbeispiels ist integral mit einem verstellbaren Drosselmechanismus (verstellbare Drosseleinrichtung) 7 versehen. Ein Durchmesser oder ein Maß der Drosselvorrichtung, d.h. ein Düsenauslassdurchmesser, ist entsprechend einer Laständerung des Kreislaufs veränderbar.

Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 ist ein Speicher zum Trennen des aus der Ejektorpumpe 3 ausgegebenen Kältemittels in das gasförmige Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel. Die Druckverminderungsvorrichtung 5 ist zum Beispiel aus einer festen Drosselvorrichtung mit einem Kapillarrohr oder einer Öffnung oder einer verstellbaren Drosselvorrichtung des Thermotyps oder des elektrischen Typs aufgebaut. In der Druckverminderungsvorrichtung 5 wird das aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 geströmte flüssige Kältemittel in ein Gas/Flüssigkeit-Zweiphasen-Kältemittel dekomprimiert.

Der Verdampfapparat 6 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem durch die Druckverminderungsvorrichtung 5 dekomprimierten Kältemittel und Luft durch, wodurch das Kältemittel verdampft wird. Die Luft ist zum Beispiel die Außenluft oder eine Innenluft der Fahrgastzelle. Die Luft wird zu dem Verdampfapparat 6 durch ein Gebläse (nicht dargestellt) geblasen. Das aus dem Verdampfapparat 6 ausgegebene gasförmige Kältemittel wird durch die Ejektorpumpe 3 dem Kompressor 1 eingeleitet.

Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 10 ist vorgesehen, um Vorgänge des Kompressors, der Gebläse, des verstellbaren Drosselmechanismus 7 und dergleichen zu steuern. Die ECU 10 ist beispielsweise aus einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Schnittstelle aufgebaut. Die ECU 10 enthält auch einen Mikrocomputer mit einem wohlbekannten Aufbau.

In dem Kreislauf ist ein Ausgabedrucksensor (Ausgabedruck-Erfassungseinrichtung) 8 stromab eines Kältemittelauslasses des Kompressors 1 vorgesehen. Ein Kältemitteltemperatursensor (Kältemitteltemperatur-Erfassungseinrichtung) 9 ist stromab des Gaskühlers 2 vorgesehen. Der Ausgabedrucksensor 8 erfasst einen Ausgabedruck Ph des Kältemittels, das aus dem Kompressor 1 ausgegeben wird und in den Gaskühler 2 geleitet werden soll. Der Kältemitteltemperatursensor 9 erfasst eine Temperatur Tgc des aus dem Auslass des Gaskühlers 2 ausgegebenen Kältemittels. Signale von dem Ausgabedrucksensor 8 und dem Kältemitteltemperatursensor 9 werden durch eine Eingangsschaltung (Analog/Digital-Umsetzer) umgesetzt und dann zu dem Mikrocomputer geschickt.

In der ECU 10 werden Lastzustände und Laständerungen des Kreislaufs normalerweise basierend auf dem erfassten Kältemitteldruck Ph und der erfassten Kältemitteltemperatur Tgc bestimmt. Die ECU 10 sendet Signale entsprechend den bestimmten Lastzuständen und Laständerungen an den verstellbaren Drosselmechanismus 7. Der verstellbare Drosselmechanismus 7 wird so gesteuert, dass ein Ausgabedruck des Kompressors 1 auf einem optimalen Hochdruck (Pe) ist.

In der ECU 10 wird bestimmt, dass die Last des Kreislaufs umso höher ist, je höher der erfasste Kältemitteldruck Ph und die erfasste Kältemitteltemperatur Tgc sind. Der Drosseldurchmesser der Ejektorpumpendüse 11 wird so gesteuert, dass der Durchmesser der Drosselvorrichtung 11 der Ejektorpumpendüse 3 (ein Durchmesser eines Auslasses der Düse 11) mit dem Anstieg der Last vergrößert wird.

Als nächstes wird kurz die Funktionsweise des Kreislaufs unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das in dem Kompressor 1 komprimierte gasförmige Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird von einem Einlass des Gaskühlers 2 in den Gaskühler 2 geleitet. Das Kältemittel wird durch die Außenluft gekühlt, während es durch den Gaskühler 2 strömt.

Dann wird das aus einem Auslass des Gaskühlers 2 ausgegebene Kältemittel von dem Hochdruckeinlass 11a der Ejektorpumpe 3 durch den verstellbaren Drosselmechanismus 7 in die Düse 11 eingeleitet. Das Kältemittel wird durch die Düse 11 dekomprimiert und aus der Düse 11 in den Mischabschnitt 3b gesprüht. Der Druck des Kältemittels wird erhöht, während das Kältemittel durch den Mischabschnitt 3b und den Diffusorabschnitt 3c strömt.

Hierbei wird das gasförmige Kältemittel von dem Verdampfapparat 6 unter Verwendung des Druckabfalls um das aus der Düse 11 gesprühte Kältemittel in den Niederdruckeinlass gesaugt. Nachdem das aus der Düse 11 gesprühte Kältemittel und das durch den Niederdruckeinlass 3a angesaugte Kältemittel effektiv in dem Mischabschnitt 3b vermischt sind, wird das vermischte Kältemittel in dem Diffusorabschnitt 3c verteilt. Dann wird das aus dem Diffusorabschnitt 3c ausgegebene Gas/Flüssigkeit-Zweiphasen-Kältemittel in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 eingeleitet. Das Kältemittel wird in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 in das gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel getrennt. Anschließend wird das gasförmige Kältemittel aus dem Gaskältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung durch eine Saugkraft des Kompressors 1 in den Kompressor 1 gesaugt.

Andererseits wird das in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 gesammelte flüssige Kältemittel aus dem Flüssigkältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 4 ausgegeben und strömt durch eine Saugkraft des Niederdruckeinlasses 3a der Ejektorpumpe 3 in die Druckverminderungsvorrichtung 5. In der Druckverminderungsvorrichtung 5 wird das Kältemittel dekomprimiert und wird zu dem Gas/Flüssigkeit-Zweiphasen-Kältemittel. Dann strömt das Kältemittel durch den Einlass des Verdampfapparats 6 in den Verdampfapparat 6. Im Verdampfapparat wird das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Luft, welche zum Beispiel eine in einer Klimaleitung der Fahrzeug-Klimaanlage strömende Luft ist, verdampft. Dann wird das Kältemittel in den Niederdruckeinlass 3a der Ejektorpumpe 3 gesaugt und mit dem aus der Düse 11 gesprühten Kältemittel in dem Mischabschnitt 3b der Ejektorpumpe 3 vermischt.

Wenn die Last des Kühlkreises hoch ist, wie beispielsweise in einem Abkühlmodus im Sommer, wird ein Öffnungsgrad des verstellbaren Drosselmechanismus 7 vergrößert. Daher wird eine Zirkulationsmenge des Kältemittels in dem Kühlkreis vergrößert. Wenn dagegen die Last des Kühlkreises niedrig ist, wie beispielsweise in einem Entfeuchtungsmodus im Winter, wird der Drosseldurchmesser der Düse 11 der Ejektorpumpe 3 verkleinert. So wird die Zirkulationsmenge des Kältemittels in dem Kühlkreis verringert.

Als nächstes wird der Aufbau des Gaskühlers 2 im Detail unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Gaskühler 2 enthält Verteilerbehälter und einen Kernabschnitt zwischen den Verteilerbehältern. Der Kernabschnitt enthält mehrere Rohre und führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Luft durch. Ein Einlassrohr des Gaskühlers 2 ist mit einem Behälterabschnitt 21 des Verteilerbehälters verbunden. Das aus dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel strömt durch das Einlassrohr in den ersten Verteilerbehälterabschnitt 21. In dem Gaskühler 2 strömt das Kältemittel durch den ersten Verteilerbehälterabschnitt 21, einen ersten Kernabschnitt 2a, einen zweiten Verteilerbehälterabschnitt 22, einen zweiten Kernabschnitt 2b, einen dritten Verteilerbehälterabschnitt 23, einen dritten Kernabschnitt 2c, einen vierten Verteilerbehälterabschnitt 24, einen vierten Kernabschnitt 2d, einen fünften Verteilerbehälterabschnitt 25 in dieser Reihenfolge, während es in den Verteilerbehälterabschnitten 22, 23, 24 wendet. Das gekühlte Kältemittel wird aus einem in dem fünften Verteilerbehälterabschnitt 25 ausgebildeten Auslass zu der Ejektorpumpe 3 ausgegeben. Nachfolgend wird der obige Kältemittelpfad/strom als normaler Kältemittelpfad bezeichnet.

Ferner ist der Gaskühler 2 mit einem Wärmestrahlreduktionselement (Wärmestrahlreduktionseinrichtung) versehen, um die Wärmestrahlung des Gaskühlers 2 entsprechend dem Lastzustand des Kreislaufs zu reduzieren. Das Wärmestrahlreduktionselement enthält einen Bypasskanal B1 und ein Schaltventil (Ventileinrichtung) 14 zum Steuern einer Strömung des Kältemittels zu dem Bypasskanal B1. Der Bypasskanal B1 ist an einer stromaufwärtigen Position des Gaskühlers 2 vorgesehen, sodass das Kältemittel an einem Teil des Gaskühlers vorbei strömt.

Wenn der erfasste Ausgabedruck Ph gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Druck P1 ist oder wenn die erfasste Kältemitteltemperatur Tgc gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur T1 ist, wird das Schaltventil 14 durch die ECU 10 so gesteuert, dass es den Bypasskanal B1 öffnet. So kann das gasförmige Kältemittel teilweise durch den Bypasskanal B1 strömen, um dadurch an dem Teil des Gaskühlers 2 vorbei zuströmen.

Wenn in dem in 2 dargestellten Beispiel das Schaltventil 14 geöffnet wird, strömt der Teil des Kältemittels, welcher durch den Bypasskanal P1 strömt, an dem ersten und dem zweiten Kernabschnitt 2a, 2b vorbei in den dritten Verteilerbehälterabschnitt 23. Das Kältemittel strömt weiter in den dritten Kernabschnitt 2c, den vierten Verteilerbehälterabschnitt 24, den vierten Kernabschnitt 2d und den fünften Verteilerbehälterabschnitt 25. Das übrige Kältemittel strömt durch den Gaskühler 2 durch den normalen Kältemittelpfad von dem ersten Verteilerbehälterabschnitt 21 zu dem fünften Verteilerbehälterabschnitt 25.

Im ersten Ausführungsbeispiel sind der Bypasskanal B1 und die Ventilvorrichtung 14 als Wärmestrahlreduktionseinrichtung vorgesehen. Die Ventilvorrichtung 14 wird so gesteuert, dass sie den Bypasskanal B1 öffnet, wenn der erfasste Ausgabedruck Ph gleich oder niedriger als vorbestimmte Druck P1 ist oder wenn die erfasste Kältemitteltemperatur Tgc gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist.

Durch Steuern der Strömung des Kältemittels zu dem Bypasskanal B1 durch die Ventilvorrichtung 14 wird die Wärmestrahlung des Gaskühlers 2 reduziert. Wie in

3 dargestellt, wird, wenn die Wärmestrahlung reduziert wird, der Druck auf der Hochdruckseite (Druck auf der Auslassseite des Gaskühlers) erhöht, während der Druck auf der Niederdruckseite (Druck auf der Einlassseite des Verdampfapparats) verringert wird.

Weil die Energie, welche während der Dekompression an der Düse 11 der Ejektorpumpe 3 erzeugt wird, gehalten oder auf ein gewisses Maß gesammelt wird, wird die Strömungsrate auf der Antriebsseite, d.h. der Hochdruck-Einlassseite 11a erhöht. Ebenso wird die Strömungsrate des Kältemittels auf der Saugseite der Ejektorpumpe 3, d.h. der Niederdruck-Einlassseite 3a ausreichend gehalten. Demgemäß wird die Temperatur der aus dem Verdampfapparat 6 geblasenen Luft ohne Gefrieren des Verdampfapparats 6 verringert.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Im zweiten Ausführungsbeispiel weist das Wärmestrahlreduktionselement des Gaskühlers 2 anstelle des Schaltventils 14 des ersten Ausführungsbeispiels ein Dreiwegeventil oder ein Strömungsratenverteilungsventil 15 auf, wie in 4 dargestellt. Das Ventil 15 schaltet den Kältemittelstrom zwischen dem normalen Pfad und dem Bypasskanal B1. Durch das Ventil 15 wird in Abhängigkeit von dem Lastzustand des Kreislaufs für den Kältemittelkanal einer des normalen Pfades, des Bypasskanals B1 und des Bypasskanals B1 sowie des normalen Pfades ausgewählt. Wenn das Kältemittel in sowohl den normalen Pfad als auch den Bypasskanal eingeleitet wird, werden die Strömungsraten oder die Verteilungsraten des Kältemittels zu dem normalen Pfad und dem Bypasskanal B1 durch das Ventil 15 eingestellt.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Im dritten Ausführungsbeispiel enthält das Wärmestrahlreduktionselement des Gaskühlers 2, wie in 5 dargestellt, einen Bypasskanal B2 und ein Strömungsratenregelventil 16. Der Bypasskanal B2 ist so vorgesehen, dass er zwischen dem Einlassrohr und dem Auslassrohr des Gaskühlers 2 verbindet. Das Strömungsratenregelventil 16 ist in dem Bypasskanal B2 zum Schalten des Kältemitteldurchgangs zwischen dem normalen Pfad und dem Bypasskanal B2 vorgesehen. Die Strömung des Kältemittels wird zwischen dem normalen Pfad, in dem das Kältemittel in dem Gaskühler 2 durch den normalen Pfad strömt, und einem Zweiwegemodus, in dem das Kältemittel durch sowohl den normalen Pfad als auch den Bypasskanal B2 strömt, geschaltet. In dem Zweiwegemodus werden die Strömungsraten oder Verteilungsraten des Kältemittel zu den jeweiligen Pfaden durch das Strömungsratenregelventil 16 gesteuert.

(Viertes Ausführungsbeispiel)

Im vierten Ausführungsbeispiel enthält das Wärmestrahlreduktionselement, wie in 6 dargestellt, ein Thermoventil 17 und einen Bypasskanal B3. Das Thermoventil 17 ist zwischen dem ersten Verteilerbehälterabschnitt 21 und dem dritten Verteilerbehälterabschnitt 23 eingebaut. Der Bypasskanal B3 ist in dem Thermoventil 17 ausgebildet und wird durch das Thermoventil 17 geöffnet und geschlossen. Wenn die Temperatur des um das Thermoventil 17 strömenden Kältemittels gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist, öffnet das Thermoventil 17 den Bypasskanal B3.

Insbesondere ist das Thermoventil 17 an einer Grenze zwischen dem ersten Verteilerbehälterabschnitt 21 und dem dritten Verteilerbehälterabschnitt 23 vorgesehen, wie in 7A bis 7C dargestellt. Eine Auslassöffnung 23a ist an einer ersten Trennwand 23s ausgebildet. Die Auslassöffnung 23a definiert den Bypasskanal B3. Auch sind Einlassöffnungen 21a an einer zweiten Trennwand 21s ausgebildet. Das Thermoventil 17 ist aus einem Körperabschnitt (Thermoelementabschnitt) 17a, einem Betätigungsschaft 17b, einem Ventilabschnitt 17c, einer ersten Feder 17d und einer zweiten Feder 17e aufgebaut. Der Betätigungsschaft 17b ist an seinem Ende an der zweiten Trennwand 21s befestigt, sodass der Körperabschnitt 17a gehalten wird. Der Ventilabschnitt 17c ist an einem Ende des Körperabschnitts 17a angrenzend an den Bypasskanal B3 durch die Feder 17d auf einer dem Betätigungsschaft 17b abgewandten Seite positioniert.

Die erste Feder 17d nimmt eine Maßtoleranz der ersten Feder 17d selbst auf und schützt den Ventilabschnitt 17c, wenn der Ventilabschnitt 17c den Bypasskanal B3 schließt. Ferner ist die zweite Feder 17e angeordnet, um einen Außenumfang des Körperabschnitts 17a zu halten. Die zweite Feder 17e ist vorgesehen, um den Ventilabschnitt 17c in eine Ausgangsstellung zurück zu führen.

Innerhalb des Körperabschnitts 17a ist ein temperaturempfindliches Element wie beispielsweise ein Thermowachs oder ein inertes Gas eingefüllt. Das temperatur empfindliche Element wird entsprechend der Temperatur des um den Körperabschnitt 17a strömenden Kältemittels gedehnt oder zusammengezogen, wodurch es den Betätigungsschaft 17b bewegt. Durch die Reaktion des Betätigungsschafts 17b wird der Körperabschnitt 17a selbst bewegt, sodass das Ventil 17c zum Öffnen oder Schließen des Bypasskanals B3 bewegt wird.

Wenn die Temperatur des durch die Einlassöffnungen 21a strömenden Kältemittels höher als die vorbestimmte Temperatur ist, verlängert sich der Betätigungsschaft 17b, um den Ventilabschnitt 17c so zu bewegen, dass der Bypasskanal B3 bedeckt ist. So wird das Kältemittel in dem Thermoventil 17 in die Rohre 20 des Kerns verteilt. Wenn dagegen die Temperatur des Kältemittels gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, wird der Betätigungsschaft 17b verkürzt, sodass der Ventilabschnitt 17c sich von der ersten Trennwand 23s trennt, um den Bypasskanal B3 zu öffnen. So strömt das Kältemittel durch den Bypasskanal B3 teilweise in den dritten Verteilerbehälterabschnitt 23. Demgemäß wird im vierten Ausführungsbeispiel das Ventil 17 nicht durch die ECU 10 gesteuert.

(Fünftes Ausführungsbeispiel) Wie in 8A und 8B dargestellt, ist der Gaskühler 2 bezüglich einer Strömungsrichtung der Luft (Pfeile in 8A und 8B) stromauf eines Kühlers R1 zum Kühlen eines Motorkühlwassers angeordnet. Ein elektrischer Lüfter F1 ist stromab des Kühlers R1 angeordnet. Im fünften Ausführungsbeispiel ist als Wärmestrahlreduktionselement eine Verschlussvorrichtung (Luftmengensteuermechanismus) 18 vorgesehen, um eine Kernoberfläche des Gaskühlers 2 teilweise oder vollständig zu überdecken.

In 8A ist die Verschlussvorrichtung 18 vorgesehen, um die Kernoberfläche des Gaskühlers 2 vollständig zu überdecken. In 18B ist die Verschlussvorrichtung 18 vorgesehen, um im Wesentlichen eine untere Hälfte der Kernoberfläche des Gaskühlers zu überdecken. Die Verschlussvorrichtung 18 wird geschlossen, wenn der Ausgabedruck Ph gleich oder niedriger als der vorbestimmte Druck P1 ist oder wenn die Kältemitteltemperatur Tgc gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist. Alternativ wird der Öffnungsgrad der Verschlussvorrichtung 18 entsprechend dem Ausgabedruck Ph und der Kältemitteltemperatur Tgc gesteuert. Weil hierdurch die Menge der durch den Kernabschnitt des Gaskühlers 2 strömenden Luft gesteuert wird, wird die Wärmetauschrate des Gaskühlers 2 gesteuert. Demgemäß wird die Wärmestrahlung des Gaskühlers 2 durch die Verschlussvorrichtung 18 reduziert.

(Weitere Ausführungsbeispiele)

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Kühlkreis beschränkt, in dem Kohlendioxid als Kältemittel in dem überkritischen Zustand verwendet wird. Die vorliegende Erfindung wird zum Beispiel in einem Kühlkreis eingesetzt, in dem Freon oder eine andere Substanz als Kältemittel verwendet wird. Auch ist der Kühlkreis nicht zur Verwendung in dem Fahrzeug-Klimagerät beschränkt. Der Kühlkreis kann beispielsweise auch in einem Kühlschrank, einem Gefrierschrank, einer Heizvorrichtung oder einem Kühlkreis für einen anderen Zweck verwendet werden. Falls ein Reaktionsergebnis der Steuerung ausschlägt oder oszilliert, können auch ein zweiter vorbestimmter Druck P2 und eine zweite vorbestimmte Temperatur T2 eingestellt werden. Der Kältemittelstrom wird basierend auf dem zweiten vorbestimmten Druck P2 oder der zweiten vorbestimmten Temperatur T2 zu dem normalen Pfad zurück geschaltet.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch auf andere Weise realisiert werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Kühlkreisvorrichtung, mit einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4), in der ein Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssige Kältemittel getrennt wird, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung einen Gaskältemittelauslass und einen Flüssigkältemittelauslass aufweist; einem Kompressor (1), der zur Verbindung mit dem Gaskältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angeordnet ist, wobei der Kompressor (11 das aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angesaugte Kältemittel komprimiert und ein Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel ausgibt; einem stromab des Kompressors (1) angeordneten Kältemittelkühler 12), der Wärme des aus dem Kompressor 1 ausgegebenen Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittels abstrahlt; einem Kältemittelverdampfapparat (6), der zur Verbindung mit dem Flüssigkältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angeordnet ist, wobei der Kältemittelverdampfapparat 16) das Kältemittel verdampft; einer zwischen dem Kältemittelkühler (2) und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angeordneten Ejektorpumpe (3) mit einem Hochdruck-Kältemitteleinlassabschnitt (11a), der mit dem Kältemittelkühler (2) in Verbindung steht, und einem Niederdruck-Kältemitteleinlassabschnitt (3a), der mit dem Kältemittelverdampfapparat (6) in Verbindung steht; und einer Drosselvorrichtung (7), die auf einer Hochdruckseite der Ejektorpumpe (3) vorgesehen ist, um einen Druck des Hochdruck-Kältemittels zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis ferner aufweist: eine Ausgabedruck-Erfassungseinrichtung (8) die stromab des Kompressors (1) vorgesehen ist, zum Erfassen eines Drucks des aus dem Kompressor (1) ausgegebenen Kältemittels; und eine Wärmestrahlreduktionseinrichtung (B1, B2, 14–16, 18), die zum Reduzieren der Wärmestrahlung des Kältemittelkühlers (2) vorgesehen ist, wenn ein erfasster Druck (Ph) des Kältemittels gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Druck (P1) ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmestrahlreduktionseinrichtung einen Bypasskanal (B1, B2), der so vorgesehen ist, dass das Kältemittel wenigstens teilweise an dem Kältemittelkühler (2) vorbei strömt, und eine Ventileinrichtung (14 bis 16), die zum Steuern einer Strömung des Kältemittels zu dem Bypasskanal (B1, B2) vorgesehen ist, enthält.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Kältemittelkühler (2) einen Kernabschnitt, in welchem ein Wärmeaustausch zwischen Luft und dem Kältemittel durchgeführt wird, und einen mit dem Kernabschnitt in Verbindung stehenden Verteilerbehälter enthält, die Wärmestrahlreduktionseinrichtung eine Luftmengensteuereinrichtung (18) enthält, die eine Menge der dem Kernabschnitt zugeführten Luft steuert, und die Luftmengensteuereinrichtung (18) angeordnet ist, um wenigstens einen Teil einer Kernoberfläche des Kernabschnitts zu überdecken.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer Steuereinrichtung (10), welche die Wärmestrahlreduktionseinrichtung steuert.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einer Temperaturerfassungseinrichtung (9), die zum Erfassen einer Temperatur (Tgc) des aus dem Kältemittelkühler (2) ausgegebenen Kältemittels vorgesehen ist.
Kühlkreisvorrichtung, mit einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4), in welcher ein Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel getrennt wird, wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) einen Gaskältemittelauslass und einen Flüssigkältemittelauslass enthält; einem zur Verbindung mit dem Gaskältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angeordneten Kompressor (1), der das aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angesaugte Kältemittel komprimiert und ein Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittels ausgibt; einem stromab des Kompressors (1), angeordneten Kältemittelkühler (2), der Wärme des aus dem Kompressor (1) ausgegebenen Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittels abstrahlt; einem zur Verbindung mit dem Flüssigkältemittelauslass der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angeordneten Kältemittelverdampfapparat (6), der das Kältemittel verdampft; einer zwischen dem Kältemittelkühler (2) und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (4) angeordneten Ejektorpumpe (3), die einen mit dem Kältemittelkühler (2) in Verbindung stehenden Hochdruck-Kältemitteleinlassabschnitt und einen mit dem Kältemittelverdampfapparat (6) in Verbindung stehenden Niederdruck-Kältemitteleinlassabschnitt aufweist; und einer auf einer Hochdruckseite der Ejektorpumpe (3) vorgesehenen Drosselvorrichtung (7), um einen Druck des Hochdruck-Kältemittels zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreis ferner eine Wärmestrahlreduktionseinrichtung (B1–B3, 14–18) aufweist, die zum Reduzieren der Wärmestrahlung des Kältemittelkühlers (2) entsprechend einer Temperatur des Kältemittels vorgesehen ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 6, ferner mit einer Temperaturerfassungseinrichtung (9), die zum Erfassen einer Temperatur (Tgc) des aus dem Kältemittelkühler (2) ausgegebenen Kältemittels vorgesehen ist; und einer Steuereinrichtung (10), die zum Steuern des Wärmestrahlreduktionselements angeordnet ist, sodass die Wärmestrahlung des Kältemittelkühlers (2) reduziert wird, wenn die erfasste Temperatur (Tgc) gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur (T1) ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher die Wärmestrahlreduktionseinrichtung einen Bypasskanal (B1, B2), der so vorgesehen ist, dass das Kältemittel wenigstens teilweise an dem Kältemittelkühler (2) vorbei strömt, und eine Ventileinrichtung, die zum Steuern einer Strömung des Kältemittels zu dem Bypasskanal (B1, B2) angeordnet ist, enthält.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher der Kältemittelkühler einen Kernabschnitt, in welchem ein Wärmeaustausch zwischen Luft und dem Kältemittel durchgeführt wird, und einen mit dem Kern abschnitt in Verbindung stehenden Verteilerbehälter enthält, die Wärmestrahlreduktionseinrichtung eine Luftmengensteuereinrichtung (18) enthält, die eine dem Kernabschnitt zugeführten Luftmenge steuert, und die Luftmengensteuereinrichtung (18) so angeordnet ist, dass sie wenigstens einen Teil einer Kernoberfläche des Kernabschnitts überdeckt.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der Kältemittelkühler (2) einen Kernabschnitt, in welchem ein Wärmeaustausch durchgeführt wird, und einen mit dem Kernabschnitt in Verbindung stehenden Verteilerbehälter enthält, wobei der Verteilerbehälter wenigstens in einen ersten Behälterabschnitt (21) und einen zweiten Behälterabschnitt (23) aufgeteilt ist, die Wärmestrahlreduktionseinrichtung zwischen dem ersten Behälterabschnitt (21) und dem zweiten Behälterabschnitt (23) vorgesehen ist, die Wärmestrahlreduktionseinrichtung einen Bypasskanal (B3), um eine Verbindung zwischen dem ersten Behälterabschnitt (21) und dem zweiten Behälterabschnitt (231 herzustellen, und ein Thermoventil (17) enthält, und das Thermoventil (17) so angeordnet ist, dass es eine Strömung des Kältemittels in den Bypasskanal (B3) erlaubt, wenn die Temperatur des um das Thermoventil strömenden Kältemittels gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, ferner mit einer Druckerfassungseinrichtung (81, die zum Erfassen eines Drucks des aus dem Kompressor (1) ausgegebenen Kältemittels vorgesehen ist.