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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ejektorpumpenkühlkreis
mit einer Ejektorpumpe zur Druckverminderung und Zirkulation eines
Kältemittels,
mehreren Verdampfapparaten und einem Innenwärmetauscher. Die vorliegende
Erfindung wird vorzugsweise auf einen Kühlkreis für eine Klimaanlage und eine
Kühlvorrichtung
angewendet.
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Es
wird ein Ejektorpumpenkühlkreis
vorgeschlagen, wie er zum Beispiel in dem japanischen Patent Nr.
3322263 offenbart ist, in dem eine Ejektorpumpe als eine Einrichtung
zum Druckvermindern und Zirkulieren eines Kältemittels im Kühlkreis
eines Gaskompressionstyps benutzt wird.
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Gemäß dem obigen
Stand der Technik (JP-Patent Nr. 3322263) ist, wie in 20 dargestellt, ein erster
Verdampfapparat 61 zwischen einer Kältemittelauslassseite einer
Ejektorpumpe 14 und einer Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 63 angeordnet,
und ein zweiter Verdampfapparat 62 ist zwischen einer Kältemittelauslassseite
der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 63 und
einem Kältemittelsauganschluss 14b der
Ejektorpumpe 14 angeordnet.
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In
dem obigen Ejektorpumpenkühlkreis
wird ein von dem zweiten Verdampfapparat 62 ausgegebenes
Gasphasen-Kältemittel
durch einen Druckabfall in die Ejektorpumpe 14 gesaugt,
der durch einen Strahlstrom bei der Expansion des Kältemittels
verursacht wird, und Geschwindigkeitsenergie wird durch einen Entschärfungsabschnitt
(einen Druckerhöhungsabschnitt) 14d in
Druckenergie umgewandelt, um den Kältemitteldruck zu erhöhen. Als
Ergebnis kann eine Antriebskraft eines Kompressors 11 reduziert
werden, um einen Wirkungsgrad des Kreises zu verbessern.
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Ein
Wärmeabsorptionsvorgang
(Kühlbetrieb) kann
durch die zwei Verdampfapparate 61 und 62 für zwei unabhängige Räume oder
einen gemeinsamen Raum ausgeführt
werden.
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In
dem obigen Stand der Technik ist es weiter offenbart, dass gemäß dem Ejektorpumpenkreis
nur ein Verdampfapparat 62 zwischen der Kältemittelauslassseite
der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 63 und
dem Kältemittelsauganschluss 14b der
Ejektorpumpe 14 angeordnet ist und ein Innenwärmetauscher
vorgesehen ist, um einen Wärmeaustausch zwischen
dem aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 63 ausströmenden Gasphasen/Niederdruck-Kältemittel
und dem Hochdruck-Kältemittel
an einer Auslassseite einer Wärmestrahlvorrichtung 13 durchzuführen.
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Es
ist jedoch ein Problem in dem Ejektorpumpenkühlkreis des obigen Standes
der Technik, dass Strömungsmengen
des Kältemittels
zu den jeweiligen (dem ersten und dem zweiten) Verdampfapparaten 61 und 62 nicht
einfach eingestellt werden können,
weil die Strömungsmengen
des Kältemittels zu
dem ersten bzw. dem zweiten Verdampfapparat 61 und 62 durch
die eine Ejektorpumpe 14 eingestellt werden müssen, während gleichzeitig
der Betrieb (Funktion) der Ejektorpumpe 14 zum Zirkulieren
des Kältemittels
(Ansaugvorgang des Gasphasen-Kältemittels)
durchgeführt
wird.
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Ferner
wird in einem Niederlastbetrieb, in dem eine Wärmelast für den Kreis klein ist, eine Druckdifferenz
zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Kältemittels
in dem Kreis kleiner und eine Eingangsenergie des Kältemittels zur
Ejektorpumpe ist entsprechend klein. Als Folge wird die Kältemittelansaugleistung
an der Ejektorpumpe 14 verringert, die Strömungsmenge
des durch den zweiten Verdampfapparat 62 gelangenden Kältemittels
wird dadurch vermindert. Dies resultiert in einem weiteren Problem,
dass die Leistung für
den Kühlbetrieb
an dem zweiten Verdampfapparat 62 verringert wird.
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Dieses
Problem tritt auch in dem Ejektorpumpenkühlkreis mit dem Innenwärmetauscher,
der in den Zeichnungen 34 bis 38 des obigen Standes der
Technik (JP-Patent
Nr. 3322263) offenbart ist, auf.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Probleme gemacht
und hat eine Aufgabe, einen Ejektorpumpenkühlkreis mit mehreren Verdampfapparaten
vorzusehen, gemäß dem Strömungsmengen
des Kältemittels
zu den jeweiligen Verdampfapparaten einfach eingestellt werden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ejektorpumpenkühlkreis
vorzusehen, in dem eine hohe Leistung des Kühlbetriebs an einem zweiten
Verdampfapparat, der mit einem Kältemittelsauganschluss
einer Ejektorpumpe verbunden ist, realisiert werden kann.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Ejektorpumpenkühlkreis
mit einem Innenwärmetauscher
vorzusehen, in dem eine Leistung des Kühlbetriebs verbessert werden
kann.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein Ejektorpumpenkühlkreis
einen Kompressor (11) zum Ansaugen und Komprimieren eines
Kältemittels
und eine Wärmestrahlvorrichtung (13, 13b, 13c)
zum Abstrahlen von Wärme
von dem aus dem Kompressor (11) gepumpten Hochdruck-Kältemittel
auf.
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Eine
Ejektorpumpe (14) ist in dem Kühlkreis vorgesehen, die einen
Düsenabschnitt
(14a) zur Druckverminderung und Expansion des Kältemittels aus
der Wärmestrahlvorrichtung
(13, 13b, 13c), einen Sauganschluss (14b)
zum Ansaugen des Kältemittels
durch einen von dem Düsenabschnitt
(14a) ausgestoßenen
Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom,
und einen Druckerhöhungsabschnitt
(14d) zum Mischen des von der Ejektorpumpendüse (14a) ausgestoßenen Hochgeschwindigkeits-Kältemittels mit
dem von dem Sauganschluss (14b) angesaugten Kältemittel
und zum Erhöhen
des Fluiddrucks des Kältemittels
unter Umwandlung der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels
in Druckenergie aufweist.
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Der
Kühlkreis
weist ferner auf: einen ersten Verdampfapparat (15) zum
Verdampfen des Kältemittels
aus der Ejektorpumpe (14), um einen Kühlvorgang durchzuführen, einen
ersten Bypasskanal (16), der an einer Einlassseite (Z)
der Ejektorpumpe (14) gegabelt ist, zum Zuführen eines
Teils des Kältemittels
aus der Wärmestrahlvorrichtung
(13, 13b, 13c) zum Sauganschluss (14b)
der Ejektorpumpe (14), eine erste Drosselvorrichtung (17),
die in dem ersten Bypasskanal (16) vorgesehen ist, zur
Druckverminderung des Teils des Kältemittels aus der Wärmestrahlvorrichtung
(13, 13b, 13c), einen zweiten Verdampfapparat
(18), der in dem ersten Bypasskanal (16) an einer
Auslassseite der ersten Drosselvorrichtung (17) vorgesehen
ist, zum Verdampfen des Kältemittels,
um einen Kühlvorgang
durchzuführen,
und einen Innenwärmetauscher
(21, 211, 212) zum Ausführen eines
Wärmeaustausches
zwischen dem Niederdruck-Kältemittel
auf einer Einlassseite des Kompressors (11) und einem Hochdruck-Kältemittel
auf einer Auslassseite des Kompressors (11).
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Gemäß dem obigen
Merkmal kann in dem obigen Ejektorpumpenkühlkreis, in dem ein Betrieb eines
hohen Wirkungsgrades durch Reduzieren einer Antriebskraft für den Kompressor
erzielt wird, das Kältemittel
gleichzeitig in sowohl den ersten als auch den zweiten Verdampfapparat
(15, 18) eingeleitet werden. Ein Wärmeabsorptionsvorgang
kann in einem gewünschten
Raum (oder in Räumen)
für einen Kühlvorgang
durch den ersten und den zweiten Verdampfapparat (15, 18)
gleichzeitig durchgeführt
werden.
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Ferner
kann die Kältemittelströmungsmenge für den ersten
Verdampfapparat (15) durch eine Drosseleigenschaft der
Ejektorpumpe (14) gesteuert werden. Die Kältemittelströmungsmenge
zum zweiten Verdampfapparat (18) kann unabhängig durch die
in dem ersten Bypasskanal (16) vorgesehene erste Drosselvorrichtung
(17) eingestellt werden. Demgemäß können die jeweiligen Kältemittelströmungsmengen
für den
ersten und den zweiten Verdampfapparat (15, 18)
entsprechend Wärmelasten
für die
Verdampfapparate unabhängig
eingestellt werden.
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Da
der erste Bypasskanal (16) das an der Einlassseite (Z)
der Ejektorpumpe (14) abgezweigte Kältemittel ihrem Sauganschluss
(14b) zuführt,
wird das Kältemittel
in die Ejektorpumpe (14) nicht nur mittels des Ansaugvorgangs
der Ejektorpumpe, sondern auch durch den Kompressionsvorgang des
Kompressors (11) (den Ansaug- und Ausgabevorgang durch
den Kompressor) eingeleitet. Demgemäß kann selbst in einem Niederlastbetrieb
des Kühlkreises (d.h.
wenn eine Eingangsenergie des Kältemittels
zur Ejektorpumpe als Ergebnis davon, dass die Druckdifferenz in
dem Kreis kleiner wird, reduziert ist) eine notwendige Kältemittelströmungsmenge
zum zweiten Verdampfapparat (18) in dem ersten Bypasskanal
(16) gewährleistet
werden, um eine notwendige, durch den zweiten Verdampfapparat (18)
durchgeführte
Kühlleistung
zu erzielen.
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Außerdem kann,
da der Innenwärmetauscher
(21, 211, 212) für den Wärmeaustausch zwischen dem Niederdruck-Kältemittel
an der Einlassseite des Kompressors (11) und dem Hochdruck-Kältemittel
an der Auslassseite des Kompressors (11) vorgesehen ist,
die Enthalpie des Hochdruck-Kältemittels
an der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung
(13, 13b, 13c), d.h. die Enthalpie des
Kältemittels
an der Einlassseite der Verdampfapparate reduziert werden, um dadurch
eine Enthalpiedifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite
der Verdampfapparate zu vergrößern. Die
Kühlleistung an
dem ersten und dem zweiten Verdampfapparat (15, 18)
kann weiter verbessert werden.
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Das
Hochdruck-Kältemittel
an der Auslassseite des Kompressors (11) soll das Kältemittel
in dem Kältemittelkanal
von der Auslassseite des Kompressors (11) zur Auslassseite
der Wärmestrahlvorrichtung
(13, 13b, 13c) enthalten.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein Ejektorpumpenkühlkreis einen
Kompressor (11) zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels
und eine Wärmestrahlvorrichtung
(13) zum Abstrahlen von Wärme von dem aus dem Kompressor
(11) gepumpten Hochdruck-Kältemittel auf. Ein Expansionsventil
(30) ist in einem Kältemittelkanal
(31) auf einer Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung (13)
zum Steuern eines Zustandes des Niederdruck-Kältemittels
an der Einlassseite des Kompressors (11) durch Einstellen
einer Durchgangsöffnungsfläche des
Kältemittelkanals (31)
vorgesehen.
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Eine
Ejektorpumpe (14) ist in dem Kühlkreis ebenfalls vorgesehen,
wobei die Ejektorpumpe (14) einen Düsenabschnitt (14a)
zur Druckverminderung und Expansion des Kältemittels aus dem Expansionsventil
(30), einen Sauganschluss (14b) zum Ansaugen des
Kältemittels
durch einen von dem Düsenabschnitt
(14a) ausgestoßenen
Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom,
und einen Druckerhöhungsabschnitt
(14d) zum Mischen des von der Ejektorpumpendüse (14a)
ausgestoßenen
Hochgeschwindigkeits-Kältemittels
mit dem von dem Sauganschluss (14b) angesaugten Kältemittel
und zum Erhöhen
des Fluiddrucks des Kältemittels
unter Umwandlung der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels
in Druckenergie aufweist.
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Der
Kühlkreis
weist ferner auf: einen ersten Verdampfapparat (15) zum
Verdampfen des Kältemittels
aus der Ejektorpumpe (14), um einen Kühlvorgang durchzuführen, einen
Bypasskanal (16), der an einer Einlassseite (Z) der Ejektorpumpe
(14) gegabelt ist, zum Zuführen eines Teils des Kältemittels
aus dem Expansionsventil (30) zum Sauganschluss (14b)
der Ejektorpumpe, eine in dem Bypasskanal (16) vorgesehene
Drosselvorrichtung (17) zur Druckverminderung des Teils
des Kältemittels
aus dem Expansionsventil (30), einen zweiten Verdampfapparat (18),
der in dem Bypasskanal (16) an einer Auslassseite der Drosselvorrichtung
(17) vorgesehen ist, zum Verdampfen des Kältemittels,
um einen Kühlvorgang
durchzuführen,
und einen Innenwärmetauscher (21)
zum Ausführen
eines Wärmeaustausches
zwischen dem Niederdruck-Kältemittel
auf der Einlassseite des Kompressors (11) und dem Hochdruck-Kältemittel auf einer Einlassseite
des Expansionsventils (30) oder zwischen dem Niederdruck-Kältemittel
auf der Einlassseite des Kompressors (11) und einem Zwischendruck-Kältemittel
auf einer Auslassseite des Expansionsventils (30).
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Gemäß dem obigen
Merkmal ist der auf der Sauganschlussseite der Ejektorpumpe (14)
vorgesehene zweite Verdampfapparat (18) in dem Bypasskanal
(16) angeordnet, der von der Einlassseite der Ejektorpumpe
(14) abzweigt, und das Hochdruck-Kältemittel auf der Einlassseite
des Expansionsventils (30) oder das Zwischendruck-Kältemittel auf
der Auslassseite des Expansionsventils (30) wird in dem
Innenwärmetauscher
(21) abgekühlt.
Die Enthalpie des Kältemittels
wird dadurch reduziert, sodass die Kühlleistung an dem ersten und
dem zweiten Verdampfapparat (15, 18) analog verbessert
werden kann.
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Außerdem wird
der Zustand des Niederdruck-Kältemittels
auf der Einlassseite des Kompressors (11) durch Einstellen
der Durchgangsöffnungsfläche des
Kältemittelkanals
(31) an der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung (13, 13b, 13c)
durch das Expansionsventil (30) gesteuert, und das Zwischendruck-Kältemittel
aus dem Expansionsventil (30) wird zur Einlassseite der
Ejektorpumpe (14) und zum Bypasskanal (16) abgezweigt.
Als Ergebnis kann die Kältemittelströmungsmenge
durch das Expansionsventil (30) geeignet gesteuert werden,
sodass der Zustand des Niederdruck-Kältemittels an der Einlassseite
des Kompressors (11) auf einem vorbestimmten Zustand (z.B.
dem vorbestimmten Überhitzungszustand)
gehalten wird, und weiter kann die auf den ersten und den zweiten
Verdampfapparat (15, 18) verteilte Kältemittelströmungsmenge
richtig gesteuert werden. Die Kühlleistung
an sowohl dem ersten als auch dem zweiten Verdampfapparat (15, 18)
kann durch eine solche geeignete Verteilung des Kältemittels
weiter verbessert werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung besitzt ein Ejektorpumpenkühlkreis
einen ersten und einen zweiten Kühlkreis.
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Der
erste Kühlkreis
enthält:
einen Kompressor (11) zum Komprimieren eines Gasphasen-Kältemittels
und Auspumpen des komprimierten Hochdruck-Kältemittels; eine mit einer
Auslassseite des Kompressors (11) verbundene Wärmestrahlvorrichtung
(13) zum Abkühlen
des Hochdruck-Kältemittels; einen
Verdampfapparat (14) mit einer Einlassöffnung, einer Auslassöffnung (14d)
und einem Sauganschluss (14b), wobei die Einlassöffnung der
Ejektorpumpe (14) mit einer Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung
(13) verbunden ist, die Ejektorpumpe (14) weiter
einen Düsenabschnitt
(14a) zur Druckverminderung und Expansion des Kältemittels
aus der Wärmestrahlvorrichtung
(13) aufweist, und die Auslassöffnung (14d) das von
dem Düsenabschnitt (14a)
ausgestoßenen
Hochgeschwindigkeits-Kältemittel
mit dem von dem Sauganschluss (14b) angesaugten Kältemittel
vermischt und den Fluiddruck des Kältemittels unter Umwandlung
der Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie erhöht; und
einen ersten Verdampfapparat (15), der an seiner Einlassseite
mit der Auslassöffnung
(14d) der Ejektorpumpe (14) und an seiner Auslassseite mit
der Einlassseite des Kompressors (11) verbunden ist.
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Der
zweite Kühlkreis
enthält:
den Kompressor (11), die Wärmestrahlvorrichtung (13),
einen von der Einlassseite der Ejektorpumpe (14) gegabelten und
mit dem Sauganschluss (14b) der Ejektorpumpe (14)
verbundenen Bypasskanal (16); einen in dem Bypasskanal
(16) vorgesehenen zweiten Verdampfapparat (18);
und den ersten Verdampfapparat (15).
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Der
Ejektorpumpenkühlkreis
weist ferner einen Innenwärmetauscher
(21, 211, 212) mit einem hochdruckseitigen
und einem niederdruckseitigen Kältemittelkanal
(21a, 211a, 212a, 21b, 211b, 212b) auf,
wobei der hochdruckseitige Kältemittelkanal (21a, 211a, 212a)
zwischen der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung
(13) und der Einlassöffnung der
Ejektorpumpe (14) und/oder zwischen der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung
(13) und der Einlassseite des zweiten Verdampfapparats
(18) vorgesehen ist, wohingegen der niederdruckseitige
Kältemittelkanal
(21b, 211b, 212b) zwischen der Auslassseite
des ersten Verdampfapparats (15) und der Einlassseite des
Kompressors (11) vorgesehen ist.
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Obige
sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Kühlkreisdarstellung
eines Ejektorpumpenkühlkreises
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht eines in 1 dargestellten
Innenwärmetauschers;
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3 ein
Mollier-Diagramm, das eine Funktionsweise des Ejektorpumpenkühlkreises
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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4 bis 8 schematische
Darstellungen, die jeweils einen Ejektorpumpenkühlkreis gemäß zweiten bis sechsten Ausführungsbeispielen zeigen;
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9 eine
schematische Kühlkreisdarstellung
von Varianten des Kühlkreises
für den
Innenwärmetauscher
gemäß den ersten
bis sechsten Ausführungsbeispielen;
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10 bis 19 schematische
Darstellungen jeweils eines Ejektorpumpenkühlkreises gemäß siebten
bis sechzehnten Ausführungsbeispielen;
und
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20 eine
schematische Kühlkreisdarstellung
eines Ejektorpumpenkühlkreises
gemäß einem Stand
der Technik.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt
einen Ejektorpumpenkühlkreis gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, der auf einen Kühlkreis für ein Kraftfahrzeug ange wendet
ist. In dem Kühlkreis 10 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird ein Kompressor 11 zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels
durch einen Motor für
das Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) über eine elektromagnetische Kupplung 12,
einen Riemen, usw. angetrieben.
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Als
Kompressor 11 kann irgendeine Art eines Kompressors verwendet
werden, zum Beispiel ein Kompressor variabler Kapazität, der eine
Kältemittelausgabeleistung
in Abhängigkeit
von einer Veränderung
der Ausgabemenge einstellen kann, oder ein Kompressor mit fester
Kapazität,
der eine Kältemittelausgabeleistung
durch Verändern
seiner Betriebsrate mit Ein- und Ausschalten der elektromagnetischen
Kupplung 12 einstellen kann. Falls ein elektrisch betriebener
Kompressor benutzt wird, kann die Kältemittelausgabeleistung durch
Steuern der Drehzahl eines Elektromotors eingestellt werden.
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Eine
Wärmestrahlvorrichtung
(Kondensator) 13 ist mit einer Ausgabeseite (Auslassseite)
des Kompressors 11 verbunden. Die Wärmestrahlvorrichtung 13 führte einen
Wärmeaustausch
zwischen dem aus dem Kompressor 11 ausgegebenen Hochdruck-Kältemittel und einer durch einen
Kühllüfter (nicht
dargestellt) geblasenen Außenluft
(die Luft außerhalb
des Fahrzeugs) aus, um das Hochdruck-Kältemittel abzukühlen.
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Fluorkohlenstoffgas,
Kohlenwasserstoffgas und dergleichen, deren Hochdruck nicht ihren
kritischen Druck übersteigt,
wird als Kältemittel
für den Kühlkreis 10 verwendet,
wobei ein subkritischer Kreis eines Gaskompressionstyps gebildet
wird. Die Wärmestrahlvorrichtung 13 wird
deshalb als Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels betrieben.
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Ein
Auffanggefäß 13a ist
an einer Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung 13 vorgesehen. Das
Auffanggefäß 13a ist
ein Behälter
einer lang gestreckten Form, um eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zu
bilden, sodass das Kältemittel
in Gasphasen- und Flüssigphasen-Kältemittel
getrennt wird und das überschüssige Flüssigphasen-Kältemittel
im Behälter
gespeichert wird. Das Flüssigphasen-Kältemittel
wird von einem Bodenabschnitt des Auffanggefäßes 13a entnommen
und aus einer Auslassseite ausgegeben. Das Auffanggefäß 13a ist
integral mit der Wärmestrahlvorrichtung 13 ausgebildet.
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Ein
anderer wohlbekannter Wärmetauscher kann
als Wärmestrahlvorrichtung 13 benutzt
werden. Das heißt,
ein Wärmetauscher
zum Kondensieren des Kältemittels
kann an einer stromaufwärtigen
Seite des Kältemittelstroms
vorgesehen sein, und das Auffanggefäß 13a ist zum Aufnehmen
des Kältemittels
aus diesem Wärmetauscher
und Trennen des Kältemittels
in das Gasphasen- und das Flüssigphasen-Kältemittel vorgesehen. Und der
Wärmetauscher
kann einen Unterkühlungs-Wärmetauschabschnitt
haben, in dem das gesättigte
Flüssigphasen-Kältemittel
von dem Auffanggefäß 13a unterkühlt wird.
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Ein
hochdruckseitiger Kältemittelkanal 21a eines
Innenwärmetauschers 21 ist
an der Auslassseite des Auffanggefäßes 13a vorgesehen.
Der Innenwärmetauscher 21 führt einen
Wärmeaustausch zwischen
dem Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel in dem hochdruckseitigen
Kältemittelkanal 21a und
dem Niedertemperatur- und
Niederdruck-Kältemittel
in einem niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b aus.
Der niederdruckseitige Kältemittelkanal 21b ist
mit einer Ansaugseite (Einlassseite) des Kompressors 11 verbunden.
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Verschiedene
Konstruktionsarten können
als Konstruktion für
den Innenwärmetauscher 21 verwendet
werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird
für den
Innenwärmetauscher 21 eine
Doppelrohrkonstruktion verwendet, wie in 2 dargestellt. Insbesondere
ist er so aufgebaut, dass ein Innenrohr 21d für den niederdruckseitigen
Kältemittelkanal 21b innerhalb
eines Außenrohrs 21c für den hochdruckseitigen
Kältemittelkanal 21a ausgebildet
ist.
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Eine
Ejektorpumpe 14 ist an einer Auslassseite des hochdruckseitigen
Kältemittelkanals 21a des
Innenwärmetauschers 21 angeordnet.
Die Ejektorpumpe 14 arbeitet nicht nur als eine Druckverminderungseinrichtung
zum Vermindern des Kältemitteldrucks,
sondern auch als eine Kältemittelumlaufeinrichtung
(eine Pumpeneinrichtung) zum Zirkulieren des Kältemittels durch den Ansaugvorgang
des mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßenen Kältemittels.
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Die
Ejektorpumpe 14 weist einen Düsenabschnitt 14a auf,
dessen Durchgangsfläche
durch eine kleine Öffnung
beschränkt
ist, sodass das Hochdruck-Kältemittel
von der Auslassseite des hochdruckseitigen Kältemittelkanals 21a in
einer isentropischen Weise im Druck vermindert und expandiert wird.
Die Ejektorpumpe 14 weist ferner einen Kältemittelsauganschluss 14b auf,
der in dem gleichen Raum wie eine Kältemittelausstoßöffnung des
Düsenabschnitts 14a angeordnet
ist, zum Ansaugen des Gasphasen-Kältemittels von einem zweiten
Verdampfapparat 18.
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Ferner
ist ein Mischabschnitt 14c kältemittelstromab des Düsenabschnitts 14a und
des Sauganschlusses 14b vorgesehen, sodass das von dem
Düsenabschnitt 14a ausgestoßene Hochgeschwindigkeits-Kältemittel
mit dem von dem Sauganschluss 14b angesaugten Kältemittel
gemischt wird. Ein Entschärfungsabschnitt 14d ist
stromab des Mischabschnitts 14c zum Erhöhen des Kältemitteldrucks ausgebildet.
Der Entschärfungsabschnitt 14d hat
eine solche Konstruktion, dass eine Durchgangsfläche allmählich größer wird, um den Kältemittelstrom
zu verlangsamen und dadurch den Kältemitteldruck zu erhöhen. Als
Ergebnis wird die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels in die Druckenergie
umgewandelt. Ein erster Verdampfapparat 15 ist mit einer
Auslassseite (Auslassöffnung)
des Entschärfungsabschnitts 14d der
Ejektorpumpe 14 verbunden.
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Ein
Kältemittelbypasskanal 16 ist
von einem Gabelpunkt Z (zwischen der Wärmestrahlvorrichtung 13 und
einer Einlassöffnung
der Ejektorpumpe 14) gegabelt und sein stromabwärtiges Ende
ist mit dem Sauganschluss 14b der Ejektorpumpe 14 verbunden.
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Eine
Drosselvorrichtung (z.B. eine feste Öffnung) 17 ist in
dem Bypasskanal 16 vorgesehen, und der zweite Verdampfapparat 18 ist
stromab der Drosselvorrichtung 17 angeordnet. Die Drosselvorrichtung 17 ist
durch ein festes Drosselventil, wie beispielsweise ein Kapillarrohr
oder eine Öffnung
gebildet und arbeitet als Druckverminderungseinrichtung zum Einstellen
der Kältemittelströmungsmenge
zum zweiten Verdampfapparat 18. Eine elektrisch angetriebene
Ventilvorrichtung kann für
die Drosselvorrichtung 17 benutzt werden, sodass ein Ventilöffnungsgrad
(eine Durchgangsöffnungsfläche) durch ein
elektromagnetisches Stellelement eingestellt werden kann.
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In
dem obigen ersten Ausführungsbeispiel
ist ein erster Kühlkreis
durch den Kompressor 11, die Wärmestrahlvorrichtung 13,
den hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a des
Innenwärmetauschers 21, die
Ejektorpumpe 14 (die Einlass- und die Auslassöffnung),
den ersten Verdampfapparat 15 und den niederdruckseitigen
Kältemittelkanal 21b des
Innenwärmetauschers 21 gebildet,
während
ein zweiter Kühlkreis
durch den Kompressor 11, die Wärmestrahlvorrichtung 13,
den hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a,
den Bypasskanal 16, den zweiten Verdampfapparat 18,
die Ejektorpumpe 14 (den Sauganschluss und die Auslassöffnung),
den ersten Verdampfapparat 15 und den niederdruckseitigen
Kältemittelkanal 21b gebildet
ist.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird der erste Verdampfapparat 15 als ein Verdampfapparat zum
Durchführen
eines Klimabetriebs für
einen Fahrzeug-Fahrgastraum benutzt, wobei durch eine elektrische
Luftblasvorrichtung 19 geblasene Luft durch den ersten
Verdampfapparat 15 abgekühlt und die gekühlte Luft
in den Fahrzeug-Fahrgastraum geblasen wird.
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Der
zweite Verdampfapparat 18 wird gemäß dem Ausführungsbeispiel zum Kühlen einer
Fahrzeug-Kühlvorrichtung
benutzt, wobei die durch eine elektrische Luftblasvorrichtung 20 geblasene
Luft der Kühlvorrichtung
durch den zweiten Verdampfapparat 18 abgekühlt und
die gekühlte
Luft in die Kühlvorrichtung
geblasen (zirkuliert) wird, um deren Innenraum zu kühlen.
-
Es
wird nun eine Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels erläutert. Wenn
der Kompressor 11 durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird, strömt das von
dem Kompressor 11 ausgegebene Gasphasen-Hochtemperatur-
und Hochdruck-Kältemittel
in die Wärmestrahlvorrichtung 13,
wo das Gasphasen-Kältemittel
der hohen Temperatur und des hohen Drucks durch die Luft abgekühlt und
kondensiert wird. Das kondensierte Hochdruck-Kältemittel aus der Wärmestrahlvorrichtung 13 strömt in das
Auffanggefäß 13a,
sodass das Kältemittel
in das Gasphasen- und das Flüssigphasen-Kältemittel
getrennt wird.
-
Das
Flüssigphasen-Kältemittel
strömt
aus dem Auffanggefäß 13a und
strömt
in den hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a des
Innenwärmetauschers 21.
Der Wärmeaustausch
wird in dem Innenwärmetauscher 21 zwischen
dem Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel in dem hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a und
dem Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittel in dem niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b ausgeführt, sodass
das Hochdruck-Kältemittel
weiter abgekühlt
wird, um den Unterkühlungsgrad
zu erhöhen.
-
Das
unterkühlte
Hochdruck-Kältemittel
wird an dem Gabelungspunkt Z verzweigt, wobei es in den Kältemittelstrom
zur Ejektorpumpe 14 und den Kältemittelstrom zum Bypasskanal 16 getrennt
wird.
-
Das
in die Ejektorpumpe 14 strömende Kältemittel wird an dem Düsenabschnitt 14a im
Druck vermindert und expandiert, sodass die Druckenergie am Düsenabschnitt 14a in
Druckenergie umgewandelt wird und das Kältemittel von der Ausstoßöffnung mit
hoher Geschwindigkeit ausgestoßen
wird. Das Gasphasen-Kältemittel
wird von dem Sauganschluss 14b durch die Ansaugwirkung
an der Ejektorpumpe 14 angesaugt, wobei das Kältemittel
durch den Bypasskanal 16 und den zweiten Verdampfapparat 18 strömt.
-
Das
von dem Düsenabschnitt 14a ausgestoßene Kältemittel
und das von dem Sauganschluss 14b angesaugte Kältemittel
werden an dem Mischabschnitt 14c, der stromab des Düsenabschnitts 14a positioniert
ist, miteinander vermischt. Das gemischte Kältemittel strömt dann
in den Entschärfungsabschnitt 14d,
in dem die Geschwindigkeits- (Expansions-) Energie aufgrund der
allmählichen
Vergrößerung der
Durchgangsfläche
in Druckenergie umgewandelt wird, und der Kältemitteldruck wird erhöht.
-
Das
Kältemittel
strömt
aus dem Verbreiterungsabschnitt 14d der Ejektorpumpe 14 und
strömt in
den ersten Verdampfapparat 15, in dem das Niederdruck-Kältemittel
durch Absorbieren der Wärme aus
der durch die elektrische Luftblasvorrichtung 19 geblasenen
Luft verdampft wird. Das Kältemittel
aus dem ersten Verdampfapparat 15 strömt in den niederdruckseitigen
Kältemittelkanal 21b des
Innenwärmetauschers 21,
und der Wärmeaustausch
wird mit dem Hochdruck-Kältemittel
in dem hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a ausgeführt. Das
Gasphasen-Kältemittel
aus dem niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b wird
durch den Kompressor 11 wieder angesaugt und komprimiert.
-
Das
in dem Bypasskanal 16 strömende Kältemittel wird durch die Drosselvorrichtung 17 im Druck
vermindert, sodass sich das Kältemittel
in das Niederdruck-Kältemittel
verändert.
Das Niederdruck-Kältemittel
strömt
in den zweiten Verdampfapparat 18, in dem das Niederdruck-Kältemittel
durch Absorbieren der Wärme
aus der durch die elektrische Luftblasvorrichtung 20 geblasenen
Luft verdampft wird. Das Gasphasen-Kältemittel
aus dem zweiten Verdampfapparat 18 wird durch den Sauganschluss 14b in
die Ejektorpumpe 14 gesaugt.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird, wie oben beschrieben, das Kältemittel stromab (an der Auslassöffnung)
des Entschärfungsabschnitts 14d der
Ejektorpumpe 14 dem ersten Verdampfapparat 15 zugeführt, und
gleichzeitig wird das Kältemittel
im Bypasskanal 16 dem zweiten Verdampfapparat 18 durch
die Drosselvorrichtung 17 zugeführt, sodass die Kühlvorgänge gleichzeitig
durch den ersten und den zweiten Verdampfapparat 15 und 18 ausgeführt werden
können.
-
Im
obigen Betrieb entspricht der Verdampfungsdruck des Kältemittels
im ersten Verdampfapparat 15 dem am Entschärfungsabschnitt 14d erhöhten Kältemitteldruck,
während
der Kältemitteldruck am
Düsenabschnitt 14a (welcher
der niedrigste Druck ist, kurz nach der Druckverminderung) an dem zweiten
Verdampfapparat 18 anliegt, weil die Auslassseite des zweiten
Verdampfapparats 18 mit dem Sauganschluss 14b der
Ejektorpumpe 14 verbunden ist.
-
Wie
oben erläutert,
kann der Kältemittelverdampfungsdruck
(die Kältemittelverdampfungstemperatur)
im zweiten Verdampfapparat 18 niedriger als der Kältemittelverdampfungsdruck
(die Kältemittelverdampfungstemperatur)
im ersten Verdampfapparat 15 gemacht werden. Da gemäß dem Ausführungsbeispiel
der erste Verdampfapparat 15 für den Kühlbetrieb des Fahrgastraums
verwendet wird, während
der zweite Verdampfapparat 18 für den Kühlbetrieb der Kühlvorrichtung
verwendet wird, kann die Temperatur in der Kühlvorrichtung auf einen niedrigeren
Wert als jene für
den Fahrgastraum geregelt werden. Mit anderen Worten können die
Kühlbetriebe
für den
Fahrgastraum und die Kühlvorrichtung unabhängig auf
zwei verschiedene (eine höhere
und eine niedrigere) Temperaturen geregelt werden.
-
Ferner
kann die Kältemittelströmungsmenge zum
zweiten Verdampfapparat 18 durch die Drosselvorrichtung 17 unabhängig gesteuert
werden, ohne von der Funktion der Ejektorpumpe 14 abzuhängen. Die
Kältemittelströmungsmenge
zum ersten Verdampfapparat 15 kann ebenfalls durch die
Steuerung der Kältemittelausgabeleistung
des Kompressors 11 und die Drosseleigenschaft der Ejektorpumpe 14 eingestellt
werden. Als Ergebnis können
die Kältemittelströmungsmengen
zum ersten und zweiten Verdampfapparat 15 und 18 einfach
in Abhängigkeit
von den jeweiligen Wärmelasten
gesteuert werden.
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Im
obigen Betrieb wird der Kältemitteldruck am
Entschärfungsabschnitt 14d erhöht, und
die Kompressionsarbeitsmenge am Kompressor 11 kann um ein
solches Maß entsprechend
dem Druckanstieg des Kältemittels
an der Einlassseite des Kompressors 11 reduziert werden.
Demgemäß kann die
Antriebskraft für
den Kompressor 11 reduziert werden.
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In
einem Betriebszustand, bei dem die Wärmelast im Kreis klein ist,
wird die Kältemitteldruckdifferenz
im Kreis kleiner, und die Eingangsenergie des Kältemittels zur Ejektorpumpe 14 wird
entsprechend kleiner. Gemäß dem Kühlkreis
des oben genannten Standes der Technik (JP-Patent Nr. 3322263) hängt, wie
in 20 dieser Patentanmeldung dargestellt, die durch
den Verdampfapparat 62 strömende Kältemittelströmungsmenge
nur von der Ansaugfunktion des Kältemittels
an der Ejektorpumpe 14 ab. Wenn die Eingangsenergie des
Kältemittels
zur Ejektorpumpe 14 reduziert wird, wird der Ansaugvorgang des
Kältemittels
an der Ejektorpumpe 14 entsprechend reduziert. Deshalb
wird die Kältemittelströmungsmenge
durch den zweiten Verdampfapparat 62 kleiner, und dadurch
kann die notwendige Leistung des Kühlbetriebs nicht einfach erreicht
werden.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Hochdruck-Kältemittel
jedoch stromauf (am Gabelungspunkt Z) der Ejektorpumpe 14 abgezweigt,
und das abgezweigte Kältemittel
strömt
durch den Bypasskanal 16 und wird in den Sauganschluss 14b gesaugt.
Das heißt,
der Kältemittelbypasskanal 16 ist parallel
zur Ejektorpumpe 14 angeordnet.
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Das
Kältemittel
kann deshalb dem zweiten Verdampfapparat 18 nicht nur durch
die Ansaugfunktion des Kältemittels
an der Ejektorpumpe 14 aus dem Bypasskanal 16,
sondern auch mittels der Leistung des Kältemittelansaugens und Kältemittelausgebens
des Kompressors 11 zugeführt werden. Demgemäß kann,
selbst wenn die Eingabemenge des Kältemittels zur Ejektorpumpe 14 reduziert
wird und dadurch die Ansaugfunktion des Kältemittels an der Ejektorpumpe 14 reduziert
wird, der Abfall des Kältemittelstroms
zum zweiten Verdampfapparat 18 im Vergleich zu dem Fall
des oben genannten Standes der Technik (JP-Patent Nr. 3322263) auf
ein kleineres Maß gedrückt werden.
Auch in dem Betriebszustand, in dem die Wärmelast im Kreis klein ist, kann
die notwendige Leistung des Kühlvorgangs durch
den zweiten Verdampfapparat 18 einfach erreicht werden.
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Ferner
kann, da das Hochdruck-Kältemittel an
der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung 13, insbesondere
an der Auslassseite des Auffanggefäßes 13a durch den
Innenwärmetauscher 21 durch den
Wärmeaustausch
mit dem Niederdruck-Kältemittel
an der Einlassseite des Kompressors 11 abgekühlt wird,
eine Unterkühlung
des Hochdruck-Kältemittels
weiter verstärkt
werden. Die Enthalpie des Kältemittels
an den Einlassseiten des ersten und des zweiten Verdampfapparats 15 und 18 kann
reduziert werden. Dies bedeutet, dass eine Enthalpiedifferenz des
Kältemittels
zwischen den Einlassseiten und den Auslassseiten des ersten und
des zweiten Verdampfapparats 15 und 18 vergrößert werden
kann, sodass die Leistung des Kühlvorgangs
durch die Verdampfapparate 15 und 18 erhöht werden
kann.
-
Der
Kühlkreis
mit dem Innenwärmetauscher 21 hat
allgemein einen Nachteil, dass die Temperatur des ausgegebenen Kältemittels
am Kompressor 11 als Ergebnis davon, dass die Überhitzung
des Kältemittels
an der Einlassseite des Kompressors steigt, höher werden würde. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann jedoch der Temperaturanstieg des
ausgegebenen Kältemittels vom
Kompressor durch Integrieren des Innenwärmetauschers 21 in
den Ejektorpumpenkühlkreis
vermieden werden.
-
Dies
wird Bezug nehmend auf das in 3 dargestellte
Mollier-Diagramm erläutert.
Eine durchgezogene Linie A ist ein Mollier-Diagramm des Ejektorpumpenkühlkreises
mit dem integrierten Innenwärmetauscher 21 gemäß der vorliegenden
Erfindung, während
eine doppelstrichpunktierte Linie B ein Mollier-Diagramm des Kühlkreises
(Vergleichsbeispiel) ohne Ejektorpumpe 14 aber mit dem
integrierten Innenwärmetauscher 21 ist.
In dem letztgenannten Kühlkreis
(Vergleichsbeispiel) sind der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 parallel zueinander
verbunden.
-
In
dem Vergleichsbeispiel zeigt ein Punkt „a" einen Zustand des Kältemittels, das die Wärme durch den
Wärmeaustausch
im Innenwärmetauscher 21 absorbiert
hat (geheizt auf den Punkt „a") und in den Kompressor
gesaugt werden wird. Wenn das Kältemittel
auf einen solchen Ausgabedruck komprimiert ist, der durch das Gleichgewicht
des Kreises bestimmt wird, bewegt sich der Zustand des Kältemittels
vom Punkt „a" zu einem Punkt „b". Als Ergebnis wird
die Temperatur des von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels
auf eine solche Temperatur erhöht,
die durch den Punkt „b" bestimmt wird. In 3 ist
eine rechte Seite jeder Isotherme eine Seite höherer Temperatur (Seite erhöhter Enthalpie),
wohingegen eine linke Seite jeder Isotherme eine Seite niedrigerer
Temperatur (Seite verminderter Enthalpie) ist.
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Gemäß dem Ejektorpumpenkühlkreis
der vorliegenden Erfindung wird der Verdampfungsdruck des Kältemittels
am ersten Verdampfapparat 15 aufgrund einer Druckerhöhungswirkung
an dem Entschärfungsabschnitt 14d der
Ejektorpumpe 14 um ein vorbestimmtes Druckanstiegsmaß „c" höher als jener
des zweiten Verdampfapparats 18.
-
Der
Druck des in den Kompressor 11 zu saugenden Kältemittels
wird dadurch um das obige Druckanstiegsmaß „c" erhöht,
sodass ein Kompressionsverhältnis
am Kompressor 11 kleiner gemacht werden kann. Als Ergebnis
bewegt sich der Zustand des ausgegebenen Kältemittels aus dem Kompressor
zu einem Punkt „d". Wie in der Zeichnung
dargestellt, bewegt sich der Punkt „d" im Vergleich zum Vergleichsbeispiel
(der Punkt „b") zur Seite niedrigerer
Temperatur der Isotherme, sodass die Temperatur des ausgegebenen
Kältemittels
aus dem Kompressor niedriger als jene des Vergleichsbeispiels gemacht
werden kann.
-
Gemäß dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind der Kompressor 11, die Wärmestrahlvorrichtung 13,
das Auffanggefäß 13a,
usw. in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet, während die
Ejektorpumpe 14, der erste und der zweite Ver dampfapparat 15, 18,
die Drosselvorrichtung 17, die Luftblasvorrichtung 19, 20,
usw. im Fahrgastraum angeordnet sind. Im gewöhnlichen Kühlkreis für das Fahrzeug sind zwei Kältemittelrohrleitungen
(für das Hochdruck-
und das Niederdruck-Kältemittel)
notwendig zum Verbinden der im Motorraum angeordneten Komponenten
mit den im Fahrgastraum angeordneten Komponenten. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung können
jedoch die im Motorraum und im Fahrgastraum anzuordnenden Komponenten
miteinander durch eine Kältemittelrohrleitung
(mit der Doppelrohrkonstruktion) verbunden werden.
-
Demgemäß kann ein
Zusammenbau- und Montageprozess des Kühlkreises in das Fahrzeug mittels
des Innenwärmetauschers 21 mit
der Doppelrohrkonstruktion einfacher und leichter gemacht werden.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel: 4)
-
Im
obigen ersten Ausführungsbeispiel
ist der hochdruckseitige Kältemittelkanal 21a des
Innenwärmetauschers 21 stromauf
des Gabelungspunktes Z für
den Bypasskanal 16 angeordnet. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
ist der hochdruckseitige Kältemittelkanal 21a des
Innenwärmetauschers 21 stromab
des Gabelungspunktes Z, d.h. stromauf der Drosselvorrichtung 17 für den Bypasskanal 16 angeordnet.
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Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel wird
durch den Innenwärmetauscher 21 nur
das zum Bypasskanal 16 abgezweigte Hochdruck-Kältemittel abgekühlt. Der
Unterkühlungsgrad
des Kältemittels wird
dadurch verstärkt,
und die Enthalpie des Kältemittels
an der Einlassseite des zweiten Verdampfapparats 18 reduziert.
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Da
andererseits das durch die Ejektorpumpe 14 strömende Hochdruck-Kältemittel
durch den Innenwärmetauscher 21 nicht
abgekühlt
wird, wird die Enthalpie des Kältemittels
an der Auslassseite des Auffanggefäßes 13a gehalten.
Demgemäß kann vermieden
werden, dass die Expansionsenergie des Kältemittels an der Einlassseite
(Einlassöffnung)
der Ejektorpumpe 14 wegen des Innenwärmetauschers 21 sinkt.
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Der
Ejektorpumpenkühlkreis
kann ohne Verkleinern des Druckanstiegsmaßes an dem Entschärfungsabschnitt 14d der
Ejektorpumpe 14 betrieben werden, selbst wenn der Innenwärmetauscher 21 vorgesehen
ist. Als Ergebnis können
der Verdampfungsdruck und die Verdampfungstemperatur des Kältemittels
im zweiten Verdampfapparat 18 effektiv reduziert werden,
sodass die Kühlleistung
des zweiten Verdampfapparats 18 verbessert werden kann.
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(Drittes Ausführungsbeispiel: 5)
-
5 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel, in
dem zum ersten Ausführungsbeispiel
ein zweiter Bypasskanal 22 hinzugefügt ist. Der zweite Bypasskanal 22 ist
von der Einlassseite der Ejektorpumpe 14 (der Einlassseite
der Drosselvorrichtung 17) abgezweigt, und sein stromabwärtiges Ende
ist mit der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 verbunden.
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Eine
Drosselvorrichtung 23 und ein dritter Verdampfapparat 24 sind
im zweiten Bypasskanal 22 vorgesehen. Die Drosselvorrichtung 23 ist
durch ein festes Drosselventil, wie beispielsweise ein Kapillarrohr
oder eine Öffnung
gebildet und funktioniert als Druckverminderungseinrichtung zum
Einstellen der Kältemittelströmungsmenge
zum dritten Verdampfapparat 24. Eine elektrisch angetriebene
Ventilvorrichtung kann für
die Drosselvorrichtung 23 benutzt werden, sodass ein Ventilöffnungsgrad
(eine Durchgangsöffnungsfläche) durch
einen elektromagnetischen Stellantrieb eingestellt werden kann.
Luft in einem Raum, für
den ein Kühlvorgang
ausgeführt
wird, wird durch eine Luftblasvorrichtung 25 zum dritten Verdampfapparat 24 geblasen.
-
Eine
Auslassseite des dritten Verdampfapparats 24 ist mit der
Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 gekoppelt und
mit der Einlassseite des niederdruckseitigen Kältemittelkanals 21b des Innenwärmetauschers 21 verbunden.
Die Verdampfungsdrücke
des Kältemittels
im ersten und im dritten Verdampfapparat 15 und 24 werden
beinahe gleich zueinander. Das heißt, die Verdampfungstemperaturen
des Kältemittels
im ersten und im dritten Verdampfapparat 15 und 24 werden
gleich zueinander.
-
Im
obigen dritten Ausführungsbeispiel
sind der erste und der zweite Kühlkreis
in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel gebildet. Ein
dritter Kühlkreis
ist durch den Kompressor 11, die Wärmestrahlvorrichtung 13,
den hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a,
den zweiten Bypasskanal 22, den dritten Verdampfapparat 24 und
den niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b gebildet.
-
Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
ist ein gewünschter
Raum für
den Kühlvorgang
durch den ersten Verdampfapparat 15 zum Beispiel ein Vordersitz-Fahrgastraum,
während
ein gewünschter Raum
für den
Kühlvorgang
durch den dritten Verdampfapparat 24 ein Rücksitz-Fahrgastraum
ist. Demgemäß können die
Vorder- und Rücksitz-Fahrgasträume gleichzeitig
und unabhängig
durch den ersten bzw. den dritten Verdampfapparat 15 und 24 gekühlt werden.
Falls die Fahrzeug-Kühlvorrichtung in
der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel als ein gewünschter
Raum für
den Kühlvorgang
durch den zweiten Verdampfapparat 18 ausgewählt ist,
kann die Kühlvorrichtung
ebenfalls gleichzeitig zusammen mit dem Kühlvorgang für die Vorder- und Rücksitz-Fahrgasträume gekühlt werden.
-
Wenn
der Innenwärmetauscher 21 im
zweiten und dritten Ausführungsbeispiel
durch die Doppelrohrkonstruktion gebildet ist, kann der Zusammenbau-
und Montageprozess des Kühlkreises
am Fahrzeug in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel
einfacher gemacht werden.
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(Viertes Ausführungsbeispiel: 6)
-
Im
ersten Ausführungsbeispiel
sind der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 unabhängig konstruiert,
um jeweils den Kühlvorgang
durchzuführen.
Gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel sind,
wie in 6 dargestellt, der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 in
einer Konstruktionseinheit ausgebildet und in einem gemeinsamen
Gehäuse 26 angeordnet.
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Gemäß einem
solchen Aufbau können
der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 als eine
Einheit behandelt werden, sodass ein Montageprozess des ersten und
des zweiten Verdampfapparats 15 und 18 in das
Gehäuse 26 einfacher
sein kann.
-
Der
Fahrzeug-Fahrgastraum oder die Fahrzeug-Kühlvorrichtung wird als gewünschter
gemeinsamer Raum für
den Kühlvorgang
durch den ersten und den zweiten Verdampfapparat 15 und 18 ausgewählt.
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Gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
ist deshalb eine gemeinsame Luftblasvorrichtung 27 zum
Blasen der Luft zum ersten und zweiten Verdampfapparat 15 und 18 vorgesehen.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist der erste Verdampfapparat 15, in dem die Verdampfungstemperatur
des Kältemittels höher ist,
in der Luftblasrichtung (angezeigt durch einen Pfeil „D") stromauf der Luftblasvorrichtung 27 angeordnet,
während
der zweite Verdampfapparat 18, in dem die Verdampfungstemperatur
des Kältemittels niedriger
ist, an einer in Luftblasrichtung (angezeigt durch den Pfeil „D") stromabwärtigen Seite
angeordnet ist.
-
Mit
einem solchen Aufbau kann eine Temperaturdifferenz zwischen der
Verdampfungstemperatur des Kältemittels
am ersten Verdampfapparat 15 und der Blasluft und zwischen
der Verdampfungstemperatur des Kältemittels
am zweiten Verdampfapparat 18 und der Blasluft realisiert
werden. Der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 können effektiv
die Kühlleistung
erbringen. Die Kühlleistung durch
den ersten und den zweiten Verdampfapparat 15 und 18 zu
dem gemeinsamen gewünschten
Raum für
den Kühlvorgang
kann in ihrer Kombination effektiv verbessert werden.
-
In
dem obigen vierten Ausführungsbeispiel sind
Teile für
die Verdampfapparate 15 und 18, wie beispielsweise
Rohre, Rippen, Behälter
und dergleichen, bevorzugt aus einem Metallmaterial wie beispielsweise
Aluminium oder dergleichen gemacht, und diese Teile sind miteinander
integral verlötet,
sodass die Verdampfapparate mit hoher Produktivität hergestellt
werden können.
-
(Fünftes Ausführungsbeispiel: 7)
-
In
den obigen ersten bis vierten Ausführungsbeispielen ist das Auffanggefäß 13a (die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung)
an der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung 13 vorgesehen. Gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
ist, wie in 7 dargestellt, das Auffanggefäß 13a weggelassen,
und stattdessen ist ein Speicher 28 zwischen der Auslassseite
des ersten Verdampfapparats 15 und dem niederdruckseitigen
Kältemittelkanal 21b des
Innenwärmetauschers 21 vorgesehen.
Der Speicher 28 ist in einen lang gestreckten Behälter ausgebildet,
um als eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung zum
Trennen des Kältemittels
aus dem ersten Verdampfapparat 15 in ein Gasphasen- und
ein Flüssigphasen-Kältemittel
zu funktionieren.
-
Der
Speicher 28 trennt das Kältemittel in das Gasphasen-
und das Flüssigphasen-Kältemittel unter Verwendung
des Unterschiedes der Kältemitteldichte,
und speichert das Flüssigphasen-Kältemittel an
seinem Bodenabschnitt und schickt das Gasphasen-Kältemittel
zum niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b des
Innenwärmetauschers 21.
Ein wohlbekannter Ölrückführmechanismus
(nicht dargestellt) ist im Boden des Behälters (des Speichers 28)
vorgesehen, um ein in dem Flüssigphasen-Kältemittel
enthaltenes Schmieröl
zur Einlassseite des Kompressors 11 zurückzuführen.
-
(Sechstes Ausführungsbeispiel: 8)
-
In
einem sechsten Ausführungsbeispiel
sind, wie in 8 dargestellt, der erste und
der zweite Verdampfapparat 15 und 18 wie im vierten
Ausführungsbeispiel
(6) integral in einer Einheit ausgebildet, und
anstelle des Auffanggefäßes 13A ist
wie im fünften
Ausführungsbeispiel
(7) der Speicher 28 vorgesehen.
-
In
den obigen fünften
und sechsten Ausführungsbeispielen
(7 und 8) ist der Speicher 28 zwischen
der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 und der
Einlassseite des niederdruckseitigen Kältemittelkanals 21b des
Innenwärmetauschers 21 vorgesehen.
Der zweite Bypasskanal 22, der im dritten Ausführungsbeispiel
gezeigt ist (5), kann den obigen fünften und
sechsten Ausführungsbeispielen
hinzugefügt
werden. In einem solchen Fall ist die Auslassseite des zweiten Bypasskanals 22 im
Allgemeinen mit der Einlassseite des Speichers 28 verbunden.
Jedoch kann die Auslassseite des zweiten Bypasskanals 22 auch
mit der Auslassseite des Speichers 28 verbunden werden.
-
(Varianten für die Kältemittelkanäle des Innenwärmetauschers 21 in
den ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen)
-
Der
hochdruckseitige und der niederdruckseitige Kältemittelkanal 21a und 21b des
Innenwärmetauschers 21 können auf
verschiedene Weisen angeordnet sein, wie in 9 dargestellt.
-
Insbesondere
kann der hochdruckseitige Kältemittelkanal 21a an
irgendeiner der durch die Ziffern (1) bis (7)
in 9 angegebenen Positionen angeordnet werden. In 9 bedeutet
die Ziffer (6) den Fall, dass der hochdruckseitige Kältemittelkanal 21a an
beiden Positionen (1) und (2) vorgesehen ist,
und die Ziffer (7) zeigt den Fall, dass der hochdruckseitige Kältemittelkanal 21a an
den drei Positionen (1), (2) und (3)
vorgesehen ist.
-
Andererseits
kann der niederdruckseitige Kältemittelkanal 21b an
irgendeiner der durch die Bezugszeichen (A) bis (C) in 9 angegebenen
Positionen angeordnet werden.
-
Demgemäß gibt es
sieben verschiedene Positionen für
den hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a,
während
es drei verschiedene Positionen für den niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b gibt. Dies
bedeutet dass es insgesamt 21 unterschiedliche Kombinationen
für die
Positionen des hochdruckseitigen und des niederdruckseitigen Kältemittelkanals gibt.
-
(Siebtes Ausführungsbeispiel: 10)
-
In
den obigen ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen und in den
in 9 dargestellten Varianten der Kältemittelkanäle des Innenwärmetauschers
ist der hochdruckseitige Kältemittelkanal 21a an
der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung 13 angeordnet.
Gemäß einem
in 10 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel ist die Wärmestrahlvorrichtung
in eine kältemittelstromaufwärtig angeordnete
erste Wärmestrahlvorrichtung 13b und
eine kältemittelstromabwärtig angeordnete
zweite Wärmestrahlvorrichtung 13c aufgeteilt,
ein erster Abschnitt 21a-1 des hochdruckseitigen Kältemittelkanals
ist zwischen der ersten und der zweiten Wärmestrahlvorrichtung 13b und 13c vorgesehen,
und ein zweiter Abschnitt 21a-2 des hochdruckseitigen Kältemittelkanals
ist in dem Bypasskanal 16 und zwischen dem Gabelungspunkt
Z und der Drosselvorrichtung 17 vorgesehen.
-
In
dem obigen siebten Ausführungsbeispiel ist
die Wärmestrahlvorrichtung
in die erste und die zweite Wärmestrahlvorrichtung 13b und 13c aufgeteilt,
wie oben beschrieben. Dies deshalb, weil zum Beispiel in dem Kühlkreis
für einen
Haushaltskühlschrank
die Wärmestrahlvorrichtungen
auf mehrere Räume
des Kühlschrankes verteilt
sind. Ein Kühllüfter (nicht
dargestellt) ist an der Wärmestrahlvorrichtung 13b vorgesehen,
sodass die Wärmeabstrahlung des
Kältemittels
durch eine erzwungene Konvektion ausgeführt wird, während an der zweiten Wärmestrahlvorrichtung 13c kein
Kühllüfter vorgesehen
ist, damit die Wärmestrahlung
des Kältemittels
durch natürliche
Konvektion ausgeführt
wird.
-
Da
der zweite Teil 21a-2 des hochdruckseitigen Kältemittelkanals
des Innenwärmetauschers 21 stromab
der zweiten Wärmestrahlvorrichtung 13c vorgesehen
ist, strömt
das Hochdruck-Kältemittel
in den zweiten Teil 21a-2, nachdem es die Wärme an der
ersten und der zweiten Wärmestrahlvorrichtung 13b und 13c abgestrahlt
hat. Die Kältemitteltemperatur
im zweiten Teil 21a-2 ist deshalb niedriger als jene im
ersten Teil 21a-1.
-
Der
Innenwärmetauscher 21 ist
so angeordnet, dass das Kältemittel
im niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b zuerst
mit dem im zweiten Teil 21a-2 des hochdruckseitigen Kältemittelkanals 21 strömenden Kältemittel
in Wärmeaustausch
steht und dann weiter mit dem im ersten Teil 21a-1 des hochdruckseitigen
Kältemittelkanals 21 strömenden Kältemittel
in Wärmeaustausch
steht.
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Wie
oben erläutert,
sind der Kältemittelstrom im
ersten und zweiten Teil 21a-1 und 21a-2 des hochdruckseitigen
Kältemittelkanals
und der Kältemittelstrom
im niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b in einer
entgegengesetzten Beziehung ausgebildet, sodass die Wärmetauschleistung
des Innenwärmetauschers 21 verbessert
werden kann.
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Falls
für den
Kompressor 11 ein elektrisch angetriebener Kompressor verwendet
wird, werden leicht Tautropfen an einer Oberfläche des kältemittelansaugseitigen Rohrs
erzeugt, weil die Temperatur an einem solchen Oberflächenabschnitt
niedrig wird. Als Ergebnis kann durch die Wasserkomponente der Tautropfen
leicht ein elektrisches Problem, wie beispielsweise ein Kurzschluss
in elektrischen Schaltungsteilen, verursacht werden.
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Gemäß dem siebten
Ausführungsbeispiel
ist der erste Teil 21a-1 des hochdruckseitigen Kältemittelkanals
des Innenwärmetauschers 21 zwischen
der ersten und der zweiten Wärmestrahlvorrichtung 13b und 13c vorgesehen,
und das Gasphasen- und das Flüssigphasen-Kältemittel
(beide liegen im komprimierten Zustand vor) strömen durch den ersten Teil 21a-1 des
hochdruckseitigen Kältemittelkanals.
Dies resultiert darin, dass die Kältemitteltemperatur im ersten
Teil 21a-1 höher
als jene des Kältemittels
(welches im unterkühlten
Zustand vorliegt) nach Durchströmen
der zweiten Wärmestrahlvorrichtung 13c ist.
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Demgemäß wird beim
Wärmeaustausch
zwischen dem ersten Teil 21a-1 des hochdruckseitigen Kältemittelkanals
und der Auslassseite des niederdruckseitigen Kältemittelkanals 21b der
Temperaturunterschied zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruck-Kältemittel
größer, und
dadurch kann die Wärmetauschmenge
vergrößert werden.
Als Ergebnis kann die Temperatur des in den Kompressor 11 zu
saugenden Kältemittels
auf einen höheren
Wert als ein Taupunkt der den Kompressor umgebenden Luft geregelt
werden, sodass die Erzeugung der Tautropfen an dem Kältemittelansaugrohr
verhindert wird. Das elektrische Problem, wie beispielsweise ein Kurzschluss
in elektrischen Schaltungsteilen, kann so vermieden werden.
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In
dem obigen siebten Ausführungsbeispiel sind
mehrere Teile 21a-1 und 21a-2 des hochdruckseitigen
Kältemittelkanals
mit einem niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b kombiniert.
Wie aus 9 ersichtlich, können jedoch
auch mehrere Teile des niederdruckseitigen Kältemittelkanals mit einem hochdruckseitigen
Kältemittelkanal
kombiniert werden. Außerdem
können
die mehreren Teile des hochdruckseitigen Kältemittelkanals auch mit mehreren Teilen
des niederdruckseitigen Kältemittelkanals kombiniert
werden.
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Gemäß dem obigen
siebten Ausführungsbeispiel
ist die Wärmestrahlvorrichtung
in die erste Wärmestrahlvorrichtung 13b auf
der kältemittelstromaufwärtigen Seite
und die zweite Wärmestrahlvorrichtung 13c auf
der kältemittelstromabwärtigen Seite aufgeteilt,
und der erste Teil 21a-1 des hochdruckseitigen Kältemittelkanals
des Innenwärmetauschers 21 ist
zwischen der ersten und der zweiten Wärmestrahlvorrichtung 13b und 13c vorgesehen.
Jedoch kann der erste Teil 21a-1 des hochdruckseitigen
Kältemittelkanals
auch in dem Kältemittelkanal
für das von
dem Kompressor 11 ausgegebene Kältemittel, d.h. in dem mit
der Einlassseite der Wärmestrahlvorrichtung
verbundenen Kältemittelkanal
vorgesehen werden.
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(Achtes Ausführungsbeispiel: 11)
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11 zeigt
ein achtes Ausführungsbeispiel, bei
dem der Innenwärmetauscher
mehrere (zwei) Teile, nämlich
einen ersten und einen zweiten Innenwärmetauscher 211 und 212,
aufweist, die an verschiedenen Punkten des Kühlkreises angeordnet sind.
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Insbesondere
ist der zweite Bypasskanal 22 in der gleichen Weise wie
im dritten Ausführungsbeispiel
von 5 parallel zum ersten Bypasskanal 16 vorgesehen,
wobei die Drosselvorrichtung 23 und der dritte Verdampfapparat 24 im
zweiten Bypasskanal 22 vorgesehen sind.
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Der
erste Innenwärmetauscher 211 ist
so aufgebaut, dass der Wärmeaustausch
zwischen einem hochdruckseitigen Kältemittelkanal 211a,
welcher an der Einlassseite der Drosselvorrichtung 17 des
ersten Bypasskanals 16 angeordnet ist, und einem niederdruckseitigen
Kältemittelkanal 211b,
welcher an der Auslassseite des Speichers 28 angeordnet
ist, ausgeführt
wird.
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Andererseits
ist der zweite Innenwärmetauscher 212 so
aufgebaut, dass der Wärmeaustausch zwischen
einem hochdruckseitigen Kältemittelkanal 212a,
welcher an der Einlassseite der Drosselvorrichtung 23 des
zweiten Bypasskanals 22 angeordnet ist, und einem niederdruckseitigen
Kältemittelkanal 212b,
welcher an der Auslassseite des dritten Verdampfapparats 24 angeordnet
ist, ausgeführt wird.
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Eine
Auslassseite des niederdruckseitigen Kältemittelkanals 212b des
zweiten Innenwärmetauschers 212 ist
mit der Auslassseite des niederdruckseitigen Kältemittelkanals 211b des
ersten Innenwärmetauschers 211 gekoppelt
und mit der Einlassseite des Kompressors 11 verbunden.
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Der
hochdruckseitige Kältemittelkanal 211a des
ersten Innenwärmetauschers 211 dieses
achten Ausführungsbeispiels
entspricht der Ziffer (4) in 9, während der
niederdruckseitige Kältemittelkanal 211b dem
Bezugszeichen (B) in 9 entspricht. Weiter entspricht
der hochdruckseitige Kältemittelkanal 212a des
zweiten Innen wärmetauschers 212 der Ziffer
(3) in 9, während der niederdruckseitige Kältemittelkanal 212b dem
Zeichen (C) in 9 entspricht.
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Gemäß dem obigen
achten Ausführungsbeispiel
sind der erste und der zweite Innenwärmetauscher 211 und 212 in
dem ersten bzw. dem zweiten Bypasskanal 16 und 22 vorgesehen.
Dies bedeutet, dass die Wärmetauschmenge
im ersten Innenwärmetauscher 211 unabhängig so
entwickelt werden kann, dass die Kühlleistung am zweiten Verdampfapparat 18 effektiv
erbracht wird. Und in der gleichen Weise wie oben kann die Wärmetauschmenge
im zweiten Innenwärmetauscher 212 unabhängig so entwickelt
werden, dass die Kühlleistung
am dritten Verdampfapparat 24 effektiv erbracht werden
kann.
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In
den obigen siebten und achten Ausführungsbeispielen können die
gewünschten
Räume für die Kühlvorgänge durch
den ersten und den zweiten Verdampfapparat 15 und 18 unabhängige zwei
Räume oder
ein einzelner gemeinsamer Raum sein. Zum Beispiel entspricht der
erstgenannte Fall den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen (1, 4, 5 und 7),
während
der letztgenannte Fall den vierten bis sechsten Ausführungsbeispielen (6 und 8)
entspricht.
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(Neuntes Ausführungsbeispiel: 12)
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12 zeigt
ein neuntes Ausführungsbeispiel,
in dem ein temperaturabhängiges
Expansionsventil 30 dem Kühlkreis des ersten Ausführungsbeispiels
(1) hinzugefügt
ist.
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Das
Expansionsventil 30 ist in einem Kältemittelkanal 31 angeordnet,
welcher zwischen dem hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a des
Innenwärmetauschers 21 und
dem Gabelungspunkt Z des Bypasskanals 16 (d.h. stromauf
des Gabelungspunktes Z) vorgesehen ist. Das Expansionsventil 30 stellt einen Öffnungsgrad
(eine Öffnungsfläche des
Kältemittelkanals)
so ein, dass ein Überhitzungsgrad
des Kältemittels
an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 auf
einen vorbestimmten Wert gesteuert wird.
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Das
Expansionsventil 30 weist deshalb einen Ventilkörper (nicht
dargestellt) zum Einstellen eines Ventilöffnungsgrades (der Öffnungsfläche des Kältemittelkanals)
für den
Kältemittelkanal 31 und
einen Ventilantriebsmechanismus 30a zum Antreiben des Ventilkörpers auf.
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Der
Ventilantriebsmechanismus 30a hat eine wohlbekannte Konstruktion,
welche einen Temperaturmessabschnitt 30b zum Messen der
Temperatur des Kältemittels
an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 und
ein auf Druck reagierendes Element, wie beispielsweise eine Federplatte,
die als Reaktion auf den Druck entsprechend der gemessenen Temperatur
des Kältemittels
an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 sowie
den Druck des Kältemittels
an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 verschoben
wird. Der Ventilkörper (nicht
dargestellt) des Expansionsventils 30 wird angetrieben,
um sich durch die Verschiebung der Federplatte zu bewegen. Zu diesem
Zweck wird der Kältemitteldruck
an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 über einen
Druckeinleitungskanal (nicht dargestellt) in den Ventilantriebsmechanismus 30a eingeleitet.
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Charakteristische
Merkmale des neunten Ausführungsbeispiels
werden erläutert.
Das Hochdruck-Kältemittel
aus der Wärmestrahlvorrichtung 13 wird
im Druck vermindert (erste Druckverminderung), wenn das Kältemittel
durch das Expansionsventil 30 strömt, sodass der Kältemitteldruck
auf einen vorbestimmten Zwischendruck verringert wird. Das Kältemittel
des Zwischendrucks wird am Gabelungspunkt Z verzweigt, sodass es
in den Kältemittelstrom
zur Ejektorpumpe 14 und den Kältemittelstrom zum Bypasskanal 16 geteilt
wird. Diese Kältemittel
werden durch die Ejektorpumpe 14 bzw. die Drosselvorrichtung 17 weiter
im Druck vermindert (zweite Druckverminderung), und der Kältemitteldruck
wird auf einen vorbestimmten niedrigen Druck verringert.
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Da
das temperaturabhängige
Expansionsventil 30 in dem Kältemittelkanal 31 stromauf
des Gabelungspunktes Z vorgesehen ist, kann die gesamte Kältemittelströmungsmenge
zum ersten und zweiten Verdampfapparat 15 und 18 durch
Einstellen des Ventilöffnungsgrades
(der Öffnungsfläche des
Kanals) für
den Kältemittelkanal 31 geeignet
gesteuert werden, sodass der Überhitzungsgrad
des Kältemittels
an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 auf
den vorbestimmten Wert gesteuert werden kann.
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Da
das Kältemittel
aus dem ersten Verdampfapparat 15 in den Kompressor 11 gesaugt wird,
nachdem das Kältemittel
beim Durchströmen des
niederdruckseitigen Kältemittelkanals 21b des Innenwärmetauschers 21 die
Wärme absorbiert
hat, kann ein Rückströmen des
Flüssigphasen-Kältemittels
zum Kompressor 11 auch in dem Fall sicher verhindert werden,
dass der Kältemittelzustand
unmittelbar nach dem ersten Verdampfapparat 14 durch das Expansionsventil 30 so
gesteuert wird, dass der Zustand gleich oder nahe dem Sättigungsgas
mit dem Überhitzungsgrad
von 0°C
ist.
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Ferner
kann die Kältemittelströmungsmenge so
gesteuert werden, dass beinahe das gesamte Flüssigphasen-Kältemittel
im ersten Verdampfapparat 15 verdampft wird, indem der
Kältemittelzustand unmittelbar
nach dem ersten Verdampfapparat 15 auf den Zustand gleich
oder nahe dem Sättigungsgas mit
dem Überhitzungsgrad
von 0°C
gesteuert wird. Wie oben erläutert,
kann der Wärmeabsorptionsvorgang
der latenten Wärme
im gesamten Bereich des ersten Verdampfapparats 15 durch
die Verdampfung des Flüssigphasen-Kältemittels
ausgeführt
werden, ohne ein Rückleiten
des Flüssigphasen-Kältemittels zum
Kompressor 11 zu verursachen. Als Ergebnis kann eine hohe
Kühlleistung
am ersten Verdampfapparat 15 erbracht werden.
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Im
neunten Ausführungsbeispiel
kann der Unterkühlungsgrad
des Hochdruck-Kältemittels stromauf
des Expansionsventils 30 ebenso durch den Innenwärmetauscher 21 erhöht werden,
und die Enthalpiedifferenz des Kältemittels
zwischen der Einlass- und der Auslassseite des ersten und des zweiten
Verdampfapparats 15 und 18 kann dadurch vergrößert werden,
sodass die Kühlleistung
an den Verdampfapparaten 15 und 18 verbessert
wird. Der Temperaturanstieg des Kältemittels an der Auslassseite des
Kompressors 11, welcher in dem Ejektorpumpenkühlkreis
wie in 3 erläutert
stattfinden kann, kann durch die Verwendung des Innenwärmetauschers 21 verhindert
werden. Dieser Effekt ist gleich dem des ersten Ausführungsbeispiels.
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Da
der niederdruckseitige Kältemittelkanal 21b des
Innenwärmetauschers 21 stromab
des ersten Verdampfapparats 15 vorgesehen ist, kann die Kältemittelströmungsmenge
alternativ durch das Expansionsventil 30 gesteuert werden,
sodass das Kältemittel
unmittelbar nach dem ersten Verdampfapparat 15 in einem
solchen Zustand ist, dass das Gasphasen- und das Flüssigphasen-Kältemittel
vermischt sind (nahe dem Zustand eines Trockengrades von 1 (= Überhitzungsgrad
von 0°C)).
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Das
Expansionsventil 30 muss nicht notwendigerweise aus einer
rein mechanischen Konstruktion bestehen. Stattdessen kann ein elektrisches
Expansionsventil als Expansionsventil 30 verwendet werden,
das den Ventilöffnungsgrad
(die Öffnungsfläche des
Kältemittelkanals)
gemäß erfassten
elektrischen Signalen von einem Kältemitteltemperatursensor und
einem Kältemitteldrucksensor
einstellt.
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(Zehntes Ausführungsbeispiel: 13)
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13 zeigt
ein zehntes Ausführungsbeispiel,
das sich von dem obigen neunten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet,
dass der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 integral
in einer Einheit ausgebildet sind, welche gleich der Konstruktionseinheit
des vierten Ausführungsbeispiels (6)
ist.
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(Elftes Ausführungsbeispiel: 14)
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Im
obigen neunten Ausführungsbeispiel
ist das temperaturabhängige
Expansionsventil 30 stromab des hochdruckseitigen Kältemittelkanals 21a des
Innenwärmetauschers 21 vorgesehen,
und der Wärmeaustausch
wird zwischen dem Hochdruck-Kältemittel
in dem hochdruckseitigen Kältemittelkanal 21a und
dem durch den niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b des
Innenwärmetauschers 21 strömenden und
zum Kompressor 11 strömenden Niederdruck-Kältemittel
ausgeführt.
Gemäß einem elften
Ausführungsbeispiel
weist jedoch, wie in 14 dargestellt, der Innenwärmetauscher 21 einen
zwischendruckseitigen Kältemittelkanal 21c und den
niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b auf, wobei
der zwischendruckseitige Kältemittelkanal 21c an
der Auslassseite des Expansionsventils 30 vorgesehen ist.
Der Wärmeaustausch
wird zwischen dem Zwischendruck-Kältemittel in dem zwischendruckseitigen
Kältemittelkanal 21c und
dem durch den niederdruckseitigen Kältemittelkanal 21b des
Innenwärmetauschers 21 und
zum Kompressor 11 strömenden Niederdruck-Kältemittel
ausgeführt.
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Insbesondere
ist der zwischendruckseitige Kältemittelkanal 21c an
der Einlassseite der Drosselvorrichtung 17 des Bypasskanals 16 vorgesehen. Deshalb
strömt
das Kältemittel
des Zwischendrucks durch den zwischendruckseitigen Kältemittelkanal 21c des
Innenwärmetauschers 21,
wobei der Kältemitteldruck
zwischen dem Druck an der Auslassseite des Expansionsventils 30 und
dem Druck an der Einlassseite der Drosselvorrichtung 17 liegt.
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Da
der zwischendruckseitige Kältemittelkanal 21c des
Innenwärmetauschers 21 parallel
zum einlassseitigen Kanal für
die Ejektorpumpe 14 angeordnet ist, wird das Kältemittel
des Zwischendrucks nach Durchströmen
des Expansionsventils 30 ohne den internen Wärmeaustausch
(Wärmestrahlung)
in den Düsenabschnitt 14a der
Ejektorpumpe 14 eingeleitet. Demgemäß zeigt das elfte Ausführungsbeispiel
die folgenden Effekte.
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Falls
das in den Düsenabschnitt 14a der Ejektorpumpe 14 strömende Zwischendruck-Kältemittel
einen Wärmeaustausch
(internen Wärmeaustausch)
vollzog, wird die Enthalpie des Kältemittels durch die Wärmestrahlung
auf das Niederdruck-Kältemittel
verringert. Der Druckverminderungsvorgang am Düsenabschnitt 14a wird
in isentropischer Weise ausgeführt.
Eine Steigung einer Isentrope wird durch die physikalischen Eigenschaften
des Kältemittels gemäß einem
Enthalpieabfall im Mollier-Diagramm verringert.
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Als
Ergebnis wird, wenn die Enthalpie des in den Düsenabschnitt 14a der
Ejektorpumpe 14 strömenden
Zwischendruck-Kältemittels
verringert wird, das Druckanstiegsmaß an dem Entschärfungsabschnitt 14d der
Ejektorpumpe 14 verringert, weil eine gesammelte Dissipationsmenge
bei der Kältemittelexpansion
in dem Düsenabschnitt 14a geringer
wird.
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Gemäß dem elften
Ausführungsbeispiel steht
jedoch nur das Kältemittel
im Bypasskanal 16 in Wärmeaustausch,
während
das Kältemittel
des Zwischendrucks aus dem Expansionsventil 30 ohne internen
Wärmeaustausch
direkt in den Düsenabschnitt 14a der
Ejektorpumpe 14 eingeleitet wird. Als Ergebnis wird der
mögliche
Abfall der Kältemittelenthalpie
durch den internen Wärmeaustausch
vermieden, sodass eine ausreichende Menge für das Sammeln der Dissipationsenergie
gewährleistet
werden kann und ein ausreichendes Druckanstiegsmaß am Entschärfungsabschnitt 14d erzielt
werden kann.
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Das
Kältemittel
des Zwischendrucks im Bypasskanal 16 wird durch den internen
Wärmeaustausch
(Wärmestrahlung)
unterkühlt,
um seine Enthalpie zu verringern, sodass die Kühlleistung am zweiten Verdampfapparat 18 verbessert
werden kann.
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(Zwölftes Ausführungsbeispiel: 15)
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15 zeigt
ein zwölftes
Ausführungsbeispiel,
das sich von dem obigen elften Ausführungsbeispiel (14)
darin unterscheidet, dass der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 integral
in einer Einheit ausgebildet sind, welche gleich der Konstruktionseinheit
des vierten Ausführungsbeispiels (6)
ist.
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(Dreizehntes Ausführungsbeispiel: 16)
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16 zeigt
ein dreizehntes Ausführungsbeispiel,
das sich von dem obigen elften Ausführungsbeispiel (14)
darin unterscheidet, dass der Kältemittelkanal 21c des
Innenwärmetauschers 21 stromauf
des Gabelungspunktes Z angeordnet ist.
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Das
Hochdruck-Kältemittel
aus der Wärmestrahlvorrichtung 13 wird
durch den primären
Druckverminderungsvorgang am Expansionsventil 30 auf das
Gas/Flüssigphasen-Kältemittel
des Zwischendrucks im Druck vermindert.
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Gemäß dem obigen
elften Ausführungsbeispiel
(14) wird das Gas/Flüssigphasen-Kältemittel
des Zwischendrucks direkt in den Düsenabschnitt der Ejektorpumpe 14 eingeleitet,
wie oben erläutert. Da
das Gas/Flüssigphasen-Kältemittel
einen bestimmten Prozentsatz des Gasphasen-Kältemittels enthält, kann
ein unstetiger Strom von Luftblasen erzeugt werden, wenn das Kältemittel
durch den Düsenabschnitt 14a gelangt.
Und der Düsenabschnitt 14a kann
vibrieren und so ein Geräusch
des Kältemittelstroms
zu erzeugen.
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Gemäß dem dreizehnten
Ausführungsbeispiel
wird das Kältemittel
des Zwischendrucks durch eine Wärmeabstrahlung
an das Niederdruck-Kältemittel
am Kältemittelkanal 21c verflüssigt, nachdem es
durch das Expansionsventil 30 gelangt ist. Als Ergebnis
strömt
das Flüssigphasen-Kältemittel
mit einem vorbestimmten Unterkühlungsgrad
in sowohl die Drosselvorrichtung 17 des Bypasskanals 16 als
auch den Düsenabschnitt 14a der
Ejektorpumpe 14.
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Der
unstetige Strom der Luftblasen kann in der Drosselvorrichtung 17 und
dem Düsenabschnitt 14a unterdrückt werden,
die Erzeugung des Geräusches
durch den Kältemittelstrom
kann unterdrückt werden.
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(Vierzehntes Ausführungsbeispiel: 17)
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17 zeigt
ein vierzehntes Ausführungsbeispiel,
das sich von dem obigen dreizehnten Ausführungsbeispiel (16)
darin unterscheidet, dass der erste und der zweite Verdampfapparat 15 und 18 integral
in einer Einheit ausgebildet sind, die gleich der Konstruktionseinheit
des vierten Ausführungsbeispiels
(6) ist.
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(Fünfzehntes Ausführungsbeispiel: 18)
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18 zeigt
ein fünfzehntes
Ausführungsbeispiel,
in dem die Drosselvorrichtung im Bypasskanal 16 durch ein
Kapillarrohr 17 gebildet ist, das weiter konstruiert ist,
um als Innenwärmetauscher 21 (der
zwischendruckseitige Kältemittelkanal 21c)
zu dienen.
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Das
heißt,
das Kapillarrohr 17 ist nicht nur als Drosselvorrichtung
im Bypasskanal 16 ausgebildet, sondern auch als ein Teil
(der Kältemittelkanal 21c) des
Innenwärmetauschers 21.
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Genauer
ist der Innenwärmetauscher 21 der Doppelrohrkonstruktion
so konstruiert, dass das Kapillarrohr 17 als das Innenrohr
ausgebildet ist und ein Kältemittelkanal
von dem ersten Verdampfapparat 15 (d.h. ein Kältemittelkanal
für die
Kompressoreinlassseite) als das Außenrohr gebildet ist. Der Innenwärmetauscher 21 kann
alternativ so konstruiert sein, dass das Kapillarrohr 17 und
der Kältemittelkanal vom
ersten Verdampfapparat 15 (d.h. ein Kältemittelkanal für die Kompressoreinlassseite)
miteinander verbunden sind, sodass die Wärmeleitung zwischen ihnen in
einem guten Zustand durchgeführt
werden kann.
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Ein
Teil 17a des Kapillarrohrs 17 mit einer vorbestimmten
Länge an
einer stromabwärtigen
Seite ist außerhalb
des Innenwärmetauschers 21 angeordnet,
sodass an diesem Teil 17a kein Wärmeaustausch ausgeführt wird
und das Teil 17a nur als Drosselvorrichtung funktioniert.
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Gemäß dem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
wird das Kältemittel
des Zwischendrucks vom Expansionsventil 30 durch das Kapillarrohr 17 im Druck
vermindert und gleichzeitig kann die Wärme auf das Niederdruck-Kältemittel
an der Einlassseite des Kompressors 11 abgestrahlt werden.
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Gemäß dem elften
Ausführungsbeispiel
von 14 wird das Kältemittel
des Zwischendrucks vom Expansionsventil 30 in die Drosselvorrichtung 17 des Bypasskanals 16 eingeleitet,
nachdem der Wärmeaustausch
an dem Innenwärmetauscher 21 ausgeführt worden
ist. Da die Wärmetauschmenge
für den Innenwärmetauscher
stark von einem Betriebszustand des Kühlkreises abhängt, variiert
das in die Drosselvorrichtung 17 strömende Kältemittel von einem Zustand
des unterkühlten
Flüssigphasen-Kältemittels
zu einem Zustand des Gas/Flüssigphasen-Kältemittels.
-
Da
die Kältemitteldichte
stark von dem unterkühlten
Flüssigphasenzustand
zum Gas/Flüssigphasenzustand
variiert, ist es schwierig, eine geeignete Druckverminderungscharakteristik
für beide
Fälle des
unterkühlten
Flüssigphasen-Kältemittels
und des Gas/Flüssigphasen-Kältemittels
mittels der Drosselvorrichtung wie beispielsweise des Kapillarrohrs 17, das
eine feste Einengung hat, durchzuführen.
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Gemäß dem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
wird jedoch das Gas/Flüssigphasen-Kältemittel des Zwischendrucks
vom Expansionsventil 30 durch das Kapillarrohr 17 im
Druck vermindert, und gleichzeitig wird die Wärme auf das Niederdruck-Kältemittel
an der Einlassseite des Kompressors 11 abgestrahlt.
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Das
heißt,
während
der Zustand des Gas/Flüssigphasen-Kältemittels
im Kapillarrohr 17 beibehalten wird, können der Druckverminderungsvorgang
sowie der Wärmestrahlvorgang
ausgeführt werden.
Deshalb ist es einfacher, den Kühlkreis
so zu entwickeln, dass die Druckverminderungscharakteristik des
Kapillarrohrs 17 auf eine gewünschte Druckverminderungscharakteristik
(das gewünschte Druckverminderungsmaß) eingestellt
werden kann.
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Falls
die gesamte Länge
des Kapillarrohrs 17 als Kältemittelkanal des Innenwärmetauschers 21 ausgeführt würde, würde die
Kältemitteltemperatur an
einem be stimmten stromabwärtigen
Abschnitt des Kapillarrohrs 17 sinken, sodass sie niedriger
als die des Niederdruck-Kältemittels
in der Kompressoreinlassseite wird. In einem solchen Fall könnte die
Wärme umgekehrt
von dem Niederdruck-Kältemittel
an der Kompressoreinlassseite absorbiert werden.
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Gemäß dem fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
ist jedoch der Teil 17a des Kapillarrohrs 17 mit der
vorbestimmten Länge
stromab davon außerhalb des
Wärmetauschers 21 angeordnet,
sodass an diesem Teil 17a kein Wärmeaustausch ausgeführt wird. Als
Ergebnis kann die Wärmeabsorption
am stromabwärtigen
Abschnitt des Kapillarrohrs 17 sicher verhindert werden.
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(Sechzehntes Ausführungsbeispiel: 19)
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19 zeigt
ein sechzehntes Ausführungsbeispiel,
das sich von dem obigen fünfzehnten
Ausführungsbeispiel
(18) darin unterscheidet, dass der erste und der
zweite Verdampfapparat 15 und 18 integral in einer
Einheit gebildet sind, die gleich der Konstruktionseinheit des vierten
Ausführungsbeispiels
(6) ist.
-
(Weitere Ausführungsbeispiele)
-
Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die oben erläuterten
Ausführungsbeispiele
beschränkt sein,
sondern verschiedene Modifikationsarten sind wie folgt möglich.
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(1)
In den obigen Ausführungsbeispielen können elektrisch
gesteuerte Ventile, wie beispielsweise elektromagnetische Ventile,
in dem Kältemittelkanal
für den
ersten Verdampfapparat 15, dem ersten Bypasskanal 16 und
dem zweiten Bypasskanal 17 zum jeweiligen Steuern der Durchgangsflächen davon
vorgesehen werden, sodass der Kältemittelstrom
zum ersten, zweiten und/oder dritten Verdampfapparat 15, 18, 24 frei
ausgewählt
werden kann.
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Bei
einer solchen Modifikation können
die elektrisch gesteuerten Ventile für die Drosselvorrichtungen 17, 23 in
dem ersten und dem zweiten Bypasskanal 16, 22 verwendet
werden, sodass diese Drosselvorrichtungen nicht nur den Drosselvorgang, sondern
auch einen Öffnungs/Schließvorgang
der Kältemittelkanäle erbringen.
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(2)
In den in den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen gezeigten
Kühlkreisen,
in denen das Auffanggefäß 13a an
der Auslassseite der Wärmestrahlvorrichtung 13 vorgesehen
ist, kann ein temperaturabhängiges
Expansionsventil an der Einlassseite der Ejektorpumpe 14 angeordnet
werden, damit der Überhitzungsgrad
des Kältemittels
an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 durch
das Expansionsventil gesteuert werden kann.
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(3)
In den obigen Ausführungsbeispielen wird
durch das Kältemittel,
wie beispielsweise ein Fluorkohlenstoffgas, Kohlenwasserstoffgas
und dergleichen, dessen Hochdruck nicht seinen kritischen Druck übersteigt,
der subkritische Kreis des Gaskompressionstyps gebildet. Die vorliegende
Erfindung kann auch auf einen überkritischen
Kreis des Gaskompressionstyps angewendet werden, der mit dem Kältemittel,
wie beispielsweise Kohlendioxid (CO2) betrieben
wird, dessen Hochdruck seinen kritischen Druck übersteigt.
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Im überkritischen
Kreis wird die Wärme
des Kältemittels
aus dem Kompressor an der Wärmestrahlvorrichtung 13 im überkritischen
Zustand abgestrahlt, aber das Kältemittel
wird nicht kondensiert. Das in dem Kältemittelkanal des Hochdrucks
vorgesehene Auffanggefäß 13a kann
das Kältemittel
nicht in das Gasphasen- und das Flüssigphasen-Kältemittel
trennen und kann nicht das überschüssige Flüssigphasen-Kältemittel speichern.
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Im
Fall des überkritischen
Kreises kann deshalb der Speicher an der Auslassseite des ersten Verdampfapparats 15 zum
Arbeiten als Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung
in der Niederdruckseite vorgesehen werden, wie in 7 oder 8 dargestellt.
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(4)
In den obigen Ausführungsbeispielen wird
die Ejektorpumpe 14 eines festen Typs benutzt, in welcher
der Düsenabschnitt 14a eine
feste Durchgangsfläche
besitzt. Eine Ejektorpumpe eines variablen Typs, in welchem die
Durchgangsfläche
am Düsenabschnitt
eingestellt werden kann, kann ebenfalls benutzt werden.
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Als
ein Beispiel der variablen Ejektorpumpe kann sie so aufgebaut sein,
dass eine bewegbare Nadel in einen Kanalabschnitt des Düsenabschnitts eingesetzt
ist und eine Relativposition der Nadel bezüglich des Düsenabschnitts durch einen elektri schen
Stellantrieb verändert
wird, sodass die Durchgangsfläche
am Düsenabschnitt
eingestellt werden kann.
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Der
Kältemitteldruck
auf der Hochdruckseite kann im unterkritischen und im überkritischen
Kreis durch Einstellen der Durchgangsfläche des Düsenabschnitts der variablen
Ejektorpumpe gesteuert werden.
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(5)
Im ersten Ausführungsbeispiel
und weiteren Ausführungsbeispiel
ist die vorliegende Erfindung auf den Kühlkreis angewendet, durch den
der Klimabetrieb für
den Fahrzeug-Fahrgastraum sowie den Kühlbetrieb für die Fahrzeug-Kühlvorrichtung durchgeführt werden.
Jedoch können
auch der erste Verdampfapparat 15, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur
auf der Hochtemperaturseite liegt, und der zweite Verdampfapparat 18,
dessen Kältemittelverdampfungstemperatur
auf der Niedertemperaturseite liegt, beide für den Klimabetrieb für den Fahrzeug-Fahrgastraum,
aber für
unterschiedliche Räume
(zum Beispiel den Vordersitzraum und den Rücksitzraum) verwendet werden.
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(6)
Außerdem
können
der erste Verdampfapparat 15, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur
auf der Hochtemperaturseite liegt, und der zweite Verdampfapparat 18,
dessen Kältemittelverdampfungstemperatur
auf der Niedertemperaturseite liegt, beide für den Kühlbetrieb für die Fahrzeug-Kühlvorrichtung
verwendet werden. Das heißt,
der erste Verdampfapparat 15, dessen Kältemittelverdampfungstemperatur
auf der Hochtemperaturseite liegt, kann zum Kühlen eines Kühlraums
verwendet werden, wohingegen der zweite Verdampfapparat 18,
dessen Kältemittelverdampfungstemperatur
auf der Niedertemperaturseite liegt, zum Kühlen eines Gefrierraums verwendet
werden kann.
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Ein
elektromagnetisches Ventil kann mit einer festen Drossel kombiniert
werden, um die Drosselvorrichtungen 17, 23 zu
bilden, sodass ein Kanalschließvorgang
der Funktion für
die Strömungsmengensteuerung
durch die feste Drossel hinzugefügt werden
kann.