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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfkompressions-Kältemaschine zum Transport von Wärme von einem Bereich auf der Niedertemperatur-Seite zu einem Bereich auf der Hochtemperatur-Seite. Die Dampfkompressions-Kältemaschine der vorliegenden Erfindung findet Anwendung bei einer Klimaanlage zur Verwendung bei einem Fahrzeug.
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JP 2001-056188 A beschreibt eine Dampfkompressions-Kältemaschine mit einem Kompressor, einem Kühler und einem Expansionsventil zum Dekomprimieren und Expandieren des mittels des Kühlers gekühlten Kältemittels, wobei ein innerer Wärmetauscher zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Hochdruckkältemittel vor der Dekomprimierung mittels des Expansionsventils und dem Niederdruckkältemittel, das durch den Kompressor anzusaugen ist, vorhanden ist.
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EP 1 162 698 A2 beschreibt ein Expansionsventil mit einer folienartigen Membran, wobei durch den Druck auf den beiden Seiten der Membran der Grad einer Drosselöffnung verändert wird, deren Ventilkörper durch eine Feder vorgespannt ist.
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Wie bekannt arbeitet die Dampfkompressions-Kältemaschine wie folgt, wobei im Folgenden unter ”Kühlmittel” jeweils ”Kältemittel” zu verstehen ist. Ein in flüssiger Phase vorliegendes Kühlmittel wird mittels eines Expansionsventils dekomprimiert, und das Kühlmittel, dessen Druck herabgesetzt worden ist, wird verdampft, um Wärme zu absorbieren, und das so verdampfte Kühlmittel, dessen Phase zur gasförmigen Phase geworden ist, wird adiabat mittels eines Kompressors komprimiert, sodass die Temperatur angehoben werden kann und die in dem Verdampfungsvorgang absorbierte Wärme abgestrahlt werden kann.
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In herkömmlicher Weise ist das Expansionsventil mit einer Feder beaufschlagt, um eine Vorlast (Ausgangslast) am Ventilkörper wirken zu lassen, der den Grad der Drosselöffnung einstellt, sodass der Überhitzungsgrad des in den Kompressor eingesaugten Kühlmittels in einem vorbestimmten Bereich eingestellt werden kann. Diese Technik betreffend siehe beispielsweise das Amtsblatt zur ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-213 842 .
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In diesem Zusammenhang besteht das Expansionsventil aus einer Vielzahl von Teilen, wie einer Membran, einem Ventilkörper usw. Üblicherweise ist die maximale Verschiebung des Ventilkörpers nicht größer als 1 mm, d. h. die maximale Verschiebung des Ventilkörpers ist sehr klein. Entsprechend kann sogar dann, wenn die Schwankung der Abmessungen der Teile, die das Expansionsventil bilden, klein ist, die Arbeit des Ventilkörpers stark beeinträchtigt sein.
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Daher ist es üblich, eine Vorlast-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Vorlast (Ausgangslast) vorzusehen, die auf den Ventilkörper oder eine Membran mittels einer Feder zur Einwirkung gebracht wird. Wenn die Vorlast-Einstelleinrichtung eingestellt wird, nachdem alle Teile zusammengebaut worden sind, wird die Vorlast so eingestellt, dass der Ventilkörper in geeigneter Weise betätigt werden kann.
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Entsprechend dem im Amtsblatt zur ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2002-213 842 beschriebenen Expansionsventil ist eine Vorlast-Einstelleinrichtung vorgesehen. Es ist notwendig, die Vorlast-Einstelleinrichtung einzustellen, nachdem alle Teile zusammengebaut worden sind. Daher ist es schwierig, die Anzahl der Teile des Expansionsventils zu verringern. Ferner ist es schwierig, die Anzahl der Vorgänge bei dem Herstellungsvorgang zu verringern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf die obigen Punkte geschaffen worden. Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfkompressions-Kühlmaschine zu schaffen, die ein neues Expansionsventil aufweist, das sich von dem herkömmlichen unterscheidet. Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellungskosten der Dampfkompressions-Kühlmaschine durch Herabsetzung der Herstellungskosten des Expansionsventils herabzusetzen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
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Zur Lösung der obigen Aufgaben umfasst unter einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Dampfkompressions-Kühlmaschine zum Transport von Wärme von einer Niedertemperatur-Seite zu einer Hochtemperatur-Seite: einen Kompressor (1) zum Ansaugen und Komprimieren eines Kühlmittels; einen Kühler (2) zum Abstrahlen von Wärme von dem Hochdruck-Kühlmittel; ein Expansionsventil (5) zum Dekomprimieren und Expandieren des mittels des Kühlers (2) gekühlten Kühlmittels; einen Verdampfer (6) zum Verdampfen des mittels des Expansionsventils (5) dekomprimierten Kühlmittels, sodass Wärme durch das Kühlmittel absorbiert werden kann; und einen inneren Wärmetauscher (7) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Hochdruck-Kühlmittel vor der Dekomprimierung mittels des Expansionsventils (5) und dem Niederdruck-Kühlmittel, das durch den Kompressor (1) anzusaugen ist, wobei das Expansionsventil (5) aufweist: eine dünne folienartige Membran (5c) zur Ausbildung eines luftdicht abgeschlossenen Raums (5a), in dem eine vorbestimmte Gasmenge enthalten ist; einen Ventilkörper (5d) zur Änderung des Grads der Drosselöffnung, die mit einer Verschiebung der Membran (5c) gekoppelt ist; eine Feder (5q), um eine elastische Kraft an dem Ventilkörper (5d) in einer solchen Richtung, dass das Volumen des luftdicht abgeschlossenen Raums (5a) verkleinert werden kann, von einer der Membran (5c) gegenüberliegenden Seite aus zu der Seite der Membran (5c) hin, an der der luftdicht abgeschlossene Raum (5a) angeordnet ist, einwirken zu lassen, und einen Lastlieferungsbereich (5r), um eine Ausgangslast an der Feder (5q) einwirken zu lassen, wobei sich der Druck in dem luftdicht abgeschlossenen Raum (5a) entsprechend der Temperatur des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels ändert, der Druck des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels an der Seite der Membran (5), die der Seite der Membran (5c), an der der luftdicht abgeschlossene Raum (5a) angeordnet ist, gegenüberliegt, wirkt und der Lastlieferungsbereich (5r) mit Bezug auf das Gehäuse (5j) nicht bewegt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der innere Wärmetauscher (7) vorgesehen. Daher wird das in das Expansionsventil (5) einströmende Kühlmittel durch diesen inneren Wärmetauscher (7) gekühlt, und wird die Enthalpie des in den Verdampfer (6) einströmenden Kühlmittels herabgesetzt. Im Gegensatz hierzu wird das in den Kompressor (1) eingesaugte Kühlmittel durch diesen inneren Wärmetauscher (7) erwärmt. Entsprechend ist die Enthalpiedifferenz zwischen dem Kühlmittel am Einlass und dem Kühlmittel am Auslass des Verdampfers (6) vergrößert, und kann das Wärmeabsorptionsvermögen des Verdampfers (6) vergrößert werden. Ferner kann, da der Überhitzungsgrad des in den Kompressor (1) eingesaugten Kühlmittels vergrößert werden kann, sogar, falls die Vorlast-Einstelleinrichtung weggelassen ist, die Dampfkompressions-Kühlmaschine stabil betrieben werden.
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Entsprechend können, da die Herstellungskosten des Expansionsventils (5) herabgesetzt werden können, die Herstellungskosten der Dampfkompressions-Kühlmaschine herabgesetzt werden.
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Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Dampfkompressions-Kühlmaschine zum Transport von Wärme von einem Bereich an der Niedertemperatur-Seite zu einem Bereich an der Hochtemperatur-Seite: einen Kompressor (1) zum Ansaugen und Komprimieren eines Kühlmittels; einen Kühler (2) zum Abstrahlen von Wärme von dem Hochdruck-Kühlmittel; ein Expansionsventil (5) zum Dekomprimieren und Expandieren des mittels des Kühlers (2) gekühlten Kühlmittels; einen Verdampfer (6) zum Verdampfen des mittels des Expansionsventils (5) dekomprimierten Kühlmittels, sodass Wärme durch das Kühlmittel absorbiert werden kann; und einen inneren Wärmetauscher (7) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Hochdruck-Kühlmittel vor der Dekomprimierung mittels des Expansionsventils (5) und dem Niederdruck-Kühlmittel, das durch den Kompressor (1) anzusaugen ist, wobei das Expansionsventil (5) aufweist: eine dünne folienartige Membran (5c) zur Ausbildung eines luftdicht abgeschlossenen Raums (5a), in dem eine vorbestimmte Gasmenge enthalten ist; und einen Ventilkörper (5d) zur Änderung des Grads der Drosselöffnung, die mit einer Verschiebung der Membran (5c) gekoppelt ist; wobei sich der Druck in dem luftdicht abgeschlossenen Raum (5a) entsprechend Temperatur des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels ändert, der Druck des vom Verdampfer (6) aus ausströmenden Kühlmittels an der Seite der Membran (5), die der Seite der Membran (5c), an der der luftdicht abgeschlossene Raum (5a) angeordnet ist, gegenüberliegt, wirkt und die Membran (5c) ausschließlich durch die Druckdifferenz zwischen dem luftdicht abgeschlossenen Raum (5a) und dem aus dem Verdampfer (6) ausströmenden Kühlmittel verschoben wird.
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Da bei der vorliegenden Erfindung der innere Wärmetauscher (7) vorgesehen ist, wird das in das Expansionsventil (5) einströmende Kühlmittel durch diesen inneren Wärmetauscher (7) gekühlt. Daher wird die Enthalpie des in den Verdampfer (6) einströmenden Kühlmittels herabgesetzt. Im Gegensatz hierzu wird das in den Kompressor (1) eigesaugte Kühlmittel erwärmt.
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Entsprechend ist die Enthalpiedifferenz zwischen dem Kühlmittel am Einlass und dem Kühlmittel am Auslass des Verdampfers (6) vergrößert, und kann die Wärmeabsorptionseigenschaft des Verdampfers (6) verbessert werden. Ferner kann, da der Überhitzungsgrad des in den Kompressor (1) eingesaugten Kühlmittels vergrößert werden kann, sogar, falls die Vorlast-Einstelleinrichtung weggelassen ist, die Dampfkompressions-Kühlmaschine stabil betrieben werden.
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Entsprechend können, da die Herstellungskosten des Expansionsventils (5) herabgesetzt sind, die Herstellungskosten der Dampfkompressions-Kühlmaschine herabgesetzt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Verbindungsstange (5f) zur Verbindung der Membran (5c) mit dem Ventilkörper (5d) mit der Membran (5) zusammengefügt, und ist ferner die Verbindungsstange (5f) mit dem Ventilkörper (5d) zusammengefügt.
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Infolge der oben angegebenen Struktur können die Membran (5c) und der Ventilkörper (5d) gemeinsam verschoben werden. Daher kann das Expansionsventil (5) schnell reagieren.
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Bei der vorliegenden Erfindung ist das Membrangehäuse (5s) zur Abstützung der Membran (5c) von der Seite der Membran (5c), die der Seite der Membran (5c), an der der luftdicht abgeschlossene Raum (5a) angeordnet ist, gegenüberliegt, mit dem Gehäuse (5f) zusammengefasst ausgebildet, in dem der Ventilsitz (5h) ausgebildet ist. Alternativ ist als Membrangehäuse (5s) mit dem Gehäuse (5j) integral zusammengefasst.
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Infolge der oben angegebenen Struktur kann die Abmessungsgenauigkeit des Zusammenbaus der Membran (5c), des Ventilkörpers (5d) und des Ventilsitzes (5h) verbessert sein.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der innere Wärmetauscher (7) ein doppeltes Rohr, das aus einem inneren zylindrischen Rohr (7a) und einem äußeren zylindrischen Rohr (7b) besteht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Expansionsventil (5) das Expansionsventil (5) in dem Leitungsmittel untergebracht, das einen Kühlmittelkanal bildet, in dem das Niederdruck-Kühlmittel strömt.
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Infolge der oben angegebenen Struktur kann beispielsweise, während das Expansionsventil (5) gegenüber der Wärme, die durch den Motor für den Fahrbetrieb erzeugt wird, geschützt ist, das durch die Vibration des Expansionsventils (5) erzeugte Geräusch herabgesetzt werden. Ferner kann, während eine Fehlfunktion des Expansionsventils (5), die durch Wärme, die durch den Motor erzeugt wird, verursacht ist, verhindert ist, der Grad der Freiheit vergrößert werden, wenn eine Position, an der das Expansionsventil (5) angebracht ist, zu bestimmen ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Expansionsventil (5) in einer solchen Weise befestigt, dass das Expansionsventil (5) in dem Leitungsmittel (8) elastisch verschoben werden kann.
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Infolge der oben angegebenen Struktur kann die Vibration des Expansionsventils (5), die bei dem Vorgang der Dekompression erzeugt wird, absorbiert werden. Daher kann das durch die Vibration des Expansionsventils (5) erzeugte Geräusch herabgesetzt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der innere Wärmetauscher (7) und das Expansionsventil (5) miteinander zu einem einzigen Körper zusammengefasst.
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Infolge der oben angegebenen Struktur kann die Anzahl der Leitungen verringert werden. Daher kann die Anzahl der Vorgänge für den Zusammenbau der Dampfkompressions-Kühlmaschine verringert werden, und kann die Dampfkompressions-Kühlmaschine in einem kleinen Raum eingebaut werden.
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Die vorliegende Erfindung ist vollständiger aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Ansicht mit der Darstellung eines Modells einer Dampfkompressions-Kühlmaschine einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein p-h-Diagramm der Dampfkompressions-Kühlmaschine der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung des inneren Wärmetauschers der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung des Expansionsventils der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung des Expansionsventils der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ein Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen der Kühlkapazität und dem Überhitzungsgrad;
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7 eine schematische Darstellung eines Expansionsventils einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 eine schematische Darstellung des Expansionsventils der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 eine schematische Darstellung eines Expansionsventils einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 eine schematische Darstellung eines Expansionsventils einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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11 eine schematische Darstellung eines Expansionsventils einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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12 ein Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen der Strömungsrate und dem Überhitzungsgrad.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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(Erste Ausführungsform)
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Bei dieser Ausführungsform findet die Dampfkompressions-Kühlmaschine der vorliegenden Erfindung Anwendung bei einer Klimaanlage zur Verwendung bei einem Fahrzeug. 1 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines Modells der Dampfkompressions-Kühlmaschine der vorliegenden Erfindung, und 2 ist ein p-h-Diagramm der Dampfkompressions-Kühlmaschine der vorliegenden Erfindung.
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In 1 saugt der Kompressor 1 das Kühlmittel an und komprimiert es. Bei dieser Ausführungsform ist der Kompressor 1 mit einem Motor für den Fahrbetrieb zusammengebaut und durch die vom Motor aus zugeführte Energie angetrieben. Der Kühler 2 ist ein Wärmetauscher auf der Hochdruck-Seite, der Wärme zwischen dem Hochdruck-Kühlmittel, das vom Kompressor 1 aus abgegeben worden ist, und der Außenluft austauscht, sodass das Hochdruck-Kühlmittel gekühlt werden kann.
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In diesem Zusammenhang ist bei dieser Ausführungsform der Druck des Hochdruck-Kühlmittels auf einen Wert niedriger als der kritische Druck des Kühlmittels eingestellt. Daher wird, während das Kühlmittel von der Dampfphase zur Flüssigphase im Kühler 2 wechselt, die Enthalpie des Kühlmittels herabgesetzt.
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Der Aufnahmebehälter 3 ist ein Dampf/Flüssigkeits-Abscheider zur Aufteilung des vom Kühler 2 ausströmenden Kühlmittels in dampfförmiges Kühlmittel und in flüssiges Kühlmittel und zur Speicherung des überschüssigen Kühlmittels als flüssiges Kühlmittel. Der Überkühler 4 ist ein Neben-Kühler zum weiteren Kühlen des flüssigen Kühlmittels, das vom Aufnahmebehälter 3 aus zugeführt wird, um so den Überhitzungsgrad des Kühlmittels zu vergrößern
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In diesem Zusammenhang sind bei der vorliegenden Erfindung, der Kühler 2, der als Kondensator dient, der Aufnahmebehälter 2 und der Neben-Kühler 4 miteinander zu einem einzigen Körper im Wege der Verlötung zusammengefasst.
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Das Expansionsventil 5 ist ein Dekompressionsmittel zum Dekomprimieren des Hochdruck-Kühlmittels. Bei dieser Ausführungsform wird ein Expansionsventil des Temperaturtyps verwendet, bei dem der veränderbare Drosselungsbereich für das Einstellen des Drosselungsgrads entsprechend dem Überhitzungsgrad auf der Zuführungsseite des Verdampfers 6 und der Temperaturfeststellungsbereich zum Feststellen des Überhitzungsgrads des Kühlmittels zu einem einzigen Körper zusammengefasst sind. Detaillierte Erläuterungen der Struktur folgen weiter unten.
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Der Verdampfer 6 ist ein niedertemperaturseitiger Wärmetauscher zum Verdampfen des flüssigen Kühlmittels, das mittels des Expansionsventils 5 dekomprimiert worden ist. Bei dieser Ausführungsform arbeitet der Verdampfer 6 in einer solchen Weise, dass Wärme aus einem Strom von Luft, die in den Fahrgastraum ausgeblasen wird, absorbiert wird und das Kühlmittel verdampft wird, sodass der Strom der in den Fahrgastraum ausgeblasenen Luft gekühlt werden kann und die so absorbierte Wärme durch den Kühler 2 nach außen abgestrahlt wird. Im Gegensatz hierzu kann Wärme aus der Außenluft absorbiert werden, und kann die so absorbierte Wärme in den Strom der Luft, die in den Fahrgastraum ausgeblasen wird, abgestrahlt werden, sodass der Fahrgastraum erwärmt werden kann.
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In dem inneren Wärmetauscher 7 wird Wärme zwischen dem Hochdruck-Kühlmittel vor der mittels des Expansionsventils 5 durchgeführten Dekomprimierung und dem Niederdruck-Kühlmittel durchgeführt, das in den Kompressor 1 einzusaugen ist. Mittels dieses inneren Wärmetauschers 7 wird das in das Expansionsventil 5 einströmende Kühlmittel gekühlt, und wird die Enthalpie des in den Verdampfer 6 einströmenden Kühlmittels herabgesetzt. Im Gegensatz hierzu wird das in den Kompressor 1 eingesaugte Kühlmittel erwärmt, und kann der Überhitzungsgrad erhöht werden.
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In diesem Zusammenhang ist der innere Wärmetauscher 7 ein Wärmetauscher des Typs mit einem doppelten Rohr, der aus einem inneren zylindrischen Rohr 7a, in dem das Hochdruck-Kühlmittel strömt, und einem äußeren zylindrischen Rohr 7b besteht, in dem das Niederdruck-Kühlmittel strömt. In diesem Zusammenhang sind bei dieser Ausführungsform sowohl das innere zylindrische Rohr 7a als auch das äußere zylindrische Rohr 7b zu einem Zylinder 7 ausgebildet. Jedoch ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben angegebene besondere Ausführungsform beschränkt ist und beispielsweise sowohl das innere zylindrische Rohr 7a als auch das äußere zylindrische Rohr 7b zu einem quadratischen Rohr ausgebildet sein können.
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Als Nächstes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 und 5 die Struktur des Expansionsventils 5 beschrieben.
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In 4 ist die erste Druckkammer 5a ein luftdicht abgeschlossener Raum, in dem eine vorbestimmte Gasmenge (Kühlmittelgas bei dieser Ausführungsform) enthalten ist. Diese erste Druckkammer 5a besteht aus einem ersten Membrangehäuse 5b, das aus einem steifen Material, beispielsweise Metall, hergestellt ist, und aus einer dünnen folienartigen Membran 5c.
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Der Ventilkörper 5d stellt den Grad der Drosselöffnung des Expansionsventils 5 ein, das heißt den Öffnungsgrad des Ventilanschlusses 5e. Der Ventilkörper 5d und die Membran 5c sind mechanisch miteinander gekoppelt und werden zusammen mittels der pfeilerförmigen Verbindungsstange 5f verschoben.
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Ein Abstandhalter 5g führt die Verschiebung der Verbindungsstange 5f, sodass die Verbindungsstange 5f in axialer Richtung hin und her bewegt werden kann. In diesem Abstandhalter 5g ist ein konischer, verjüngter Ventilsitz 5h ausgebildet, um den Ventilkörper 5d zu stabilisieren. Dieser Abstandhalter 5g ist in das Gehäuse 5j im Ruhesitz oder im Presssitz eingesetzt.
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Das Gehäuse 5j weist auf: einen Einlass 5k für Hochdruck-Kühlmittel, der mit dem inneren Wärmetauscher 7 verbunden ist; einen Auslass 5m für dekomprimiertes Kühlmittel, der mit der Kühlmittel-Einlassseite des Verdampfers 6 verbunden ist, und einen Einführungsanschluss 5n für Niederdruck-Kühlmittel zum Einführen des Drucks des Kühlmittels, das aus dem Verdampfer 6 ausströmt ist.
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Der Druck, der vom Einführungsanschluss 5n für Niederdruck-Kühlmittel eingeführt worden ist, wird in eine zweite Druckkammer 5p eingeführt, die an der Seite der Membran 5c vorgesehen ist, die der Seite der Membran 5c gegenüberliegt, an der die erste Druckkammer 5a angeordnet ist. Daher wirkt der vom Einführungsanschluss 5n für Niederdruck-Kühlmittel aus eingeführte Druck an der Membran 5c von der der ersten Druckkammer 5a gegenüberliegenden Seite aus.
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In diesem Zusammenhang besteht die zweite Druckkammer 5p aus der Membran 5c, dem Gehäuse 5j und dem zweiten Membrangehäuse 5s. Das zweite Membrangehäuse 5s ist an dem Gehäuse 5j angeschraubt.
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Entsprechend wirkt der Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a an der Membran 5c so in einer Richtung, dass die Drosselöffnung vergrößert werden kann. Andererseits wirkt der Kühlmitteldruck in der zweiten Druckkammer 5p an der Membran 5c so in einer Richtung, dass die Drosselöffnung verkleinert werden kann.
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In diesem Zusammenhang wird, da die Temperatur in der zweiten Druckkammer 5p im Wesentlichen die gleiche ist wie die Kühlmitteltemperatur an der Kühlmittelauslassseite des Verdampfers 6, die Temperatur in der zweiten Druckkammer 5p in die erste Druckkammer 5a über die Membran 5c und die Verbindungsstange 5f übertragen. Daher wird die Temperatur in der ersten Druckkammer 5a im Wesentlichen die gleiche wie die Kühlmitteltemperatur an der Kühlmittelauslassseite des Verdampfers 6. Gleichzeitig ist, da eine vorbestimmte Kühlmittelmenge in der ersten Druckkammer 5a enthalten ist und das gasförmige Kühlmittel in der ersten Druckkammer 5a jederzeit in gesättigtem Zustand gehalten wird, der Innendruck der ersten Druckkammer 5a der gleiche wie der Druck des gesättigten Gases.
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Die Feder 5q ist ein elastisches Mittel, um an der Membran 5c über den Ventilkörper 5d und die Verbindungsstange 5f eine elastische Kraft einwirken zu lassen, wobei diese elastische Kraft so, dass das Volumen der ersten Druckkammer 5a verkleinert werden kann, von der Seite der Membran 5c aus, die der Seite der Membran 5c, an der die erste Druckkammer 5a angeordnet ist, gegenüberliegt, das heißt von der Seite der zweiten Druckkammer 5p aus, zu der Seite der ersten Druckkammer 5a hin wirkt. Die Ausgangslast, die auf die Feder 5q zur Einwirkung gebracht wird, ist durch den Abstand von dem Lastlieferungsbereich 5r, der einen Stufenbereich aufweist, der mit der Feder 5q auf der dem Ventilkörper 5d gegenüberliegenden Seite in Berührung kommt, zu dem Ventilsitz 5h bestimmt.
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In diesem Fall kann gemäß dieser vorliegenden Ausführungsform, da der Lastlieferungsbereich 5r einstückig mit dem Gehäuse 5j zu einem Körper ausgebildet ist, der Lastlieferungsbereich 5r nicht gegenüber dem Gehäuse 5j bewegt werden, das heißt, der Lastlieferungsbereich 5r und das Gehäuse 5j sind zu einer feststehenden Struktur zusammengefasst. Das heißt, gemäß dieser vorliegenden Ausführungsform ist das Vorlast-Einstellmittel zum Einstellen der Ausgangslast weggelassen, und ist die Ausgangslast auf einen feststehenden Wert durch die Abmessungsbeziehung zwischen dem Lastlieferungsbereich 5r und dem Ventilsitz 5h eingestellt.
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In diesem Zusammenhang ist die maximale Verschiebung des Ventilkörpers 5d zu dem Zeitpunkt des Betriebs der Dampfkompressions-Kühlmaschine klein, und ist ferner die Federkonstante der Feder 5q auf einen niedrigen Wert eingestellt. Daher ist die Last, mit der die Feder 5q auf die Membran 5c einwirkt, im Wesentlichen die gleiche wie die Ausgangslast unabhängig von der Position des Ventilkörpers 5d. Daher wird die Membran 5c so verschoben, dass die Kraft, die durch den Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a geschaffen wird, durch die Summe der Kraft, die durch den Druck in der zweiten Druckkammer 5p geschaffen wird, und der Ausgangslast ausgeglichen werden kann.
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Gemäß Darstellung in 5 ist das Expansionsventil 5 mit dem inneren Wärmetauscher 7 zu einem Körper unter der Bedingung zusammengefasst, dass das Leitungsmittel, um das Niederdruck-Kühlmittel strömen zu lassen, durch Verbinden des inneren Wärmetauschers 7 mit dem Kompressor 1 und des Leitungsmittels zum Verbinden des Expansionsventils 5 mit dem Verdampfer 6 in dem integrierten Gehäuse 8 untergebracht sind.
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In diesem Fall kann, da das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 befestigt ist, das zwischen den elastischen Elementen 8a und 8b, die aus Gummi hergestellt sind und die elastisch deformiert werden können, befestigt ist, das Expansionsventil 5 in dem Leitungsmittel 7 elastisch deformiert werden.
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In diesem Zusammenhang ist ein O-Ring 8c ein Dichtungselement zur Aufrechterhaltung der Luftdichtigkeit des Verbindungsbereichs, und ist der Deckel 8d ein Element zum Schließen der Öffnung, durch die hindurch das Expansionsventil 5 in das Gehäuse 8 eingesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform sind Teile des Expansionsventils 5, das Gehäuse 8 und der innere Wärmetauscher 7, aus Metall hergestellt, und sind das Gehäuse 8 und der innere Wärmetauscher 7 miteinander im Wege des Verstemmens kombiniert, und ist der Deckel 8d am Gehäuse 8 mit Hilfe von Schrauben befestigt.
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Als Nächstes werden nachfolgend die Arbeitsweise und Wirkung dieser Ausführungsform beschrieben.
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Die Menge der latenten Wärme der Verdampfung ist viel größer als die Menge der fühlbaren Wärme (spezifische Wärme des Kühlmittels in Dampfphase). Daher ist es, um die Kühlkapazität der Dampfkompressions-Kühlmaschine wirksam zu vergrößern, das heißt, um die durch den Verdampfer 6 absorbierte Wärmemenge wirksam zu vergrößern, notwendig, das Kühlmittel in der flüssigen Phase in allen Bereichen vom Kühlmitteleinlass aus zum Kühlmittelauslass des Verdampfers 6 hin zu verdampfen.
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Wenn das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel, dessen Menge größer als die Menge des Kühlmittels ist, die der durch den Verdampfer 6 zu absorbierenden Wärme entspricht, dem Verdampfer 6 zugeführt wird, kann das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel in allen Bereichen vom Kühlmitteleinlass aus zum Kühlmittelauslass des Verdampfers 6 hin verdampft werden. Entsprechend kann die durch den Verdampfer 6 zu absorbierende Wärmemenge definitiv gewährleistet werden. Jedoch besteht eine große Möglichkeit, dass das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel in den Kompressor 1 eingesaugt wird. Wenn das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel in den Kompressor 1 eingesaugt wird, wird das Kühlmittel übermäßig komprimiert, und steigt der Abgabedruck des Kompressors 1 anormal an, was eine Beschädigung des Kompressors 1 und des Kühlers 2 verursacht.
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Der Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a ist jedoch der Druck des gesättigtem Gases, und die Membran 5c wird so verschoben, dass die Kraft, die durch den Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a erzeugt wird, durch die Summe der Kraft, die durch den Druck in der zweiten Druckkammer 5p erzeugt wird, und der Ausgangslast ausgeglichen werden kann. Daher wird der Grad der Drosselöffnung des Expansionsventils 5 so geregelt, dass der Grad der Überhitzung des Kühlmittels am Einlass 5n zur Einführung des Niederdruck-Kühlmittels ein Wert sein kann, der der Ausgangslast entspricht. Entsprechend besteht aus idealer Sicht keine Möglichkeit, dass das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel in den Kompressor 1 eingesaugt wird.
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Entsprechend wird, wie im Abschnitt zum Stand der Technik beschrieben ist, die Arbeitsweise in herkömmlicher Weise wie nachfolgend angegeben durchgeführt. Zur Absorption einer Unterschiedlichkeit zwischen den einzelnen Körpern des Expansionsventils 5, die durch eine Abmessungsschwankung verursacht ist, wird, nachdem alle Teile zusammengefügt worden sind, die Vorlast-Einstelleinrichtung eingestellt, sodass die Ausgangslast eingestellt werden kann und der Ventilkörper 5d in geeigneter Weise betätigt werden kann.
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Andererseits wird bei dieser Ausführungsform, da der innere Wärmetauscher 7 vorgesehen ist, das in das Expansionsventil 5 einströmende Kühlmittel durch diesen inneren Wärmetauscher 7 gekühlt, und wird die Enthalpie des in den Verdampfer 6 einströmenden Kühlmittels herabgesetzt. Daher wird das in den Kompressor 1 eingesaugte Kühlmittel im Gegensatz hierzu erwärmt.
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Entsprechend kann das Wärmeabsorptionsvermögen des Verdampfers 6 dadurch verbessert werden, dass die Enthalpiedifferenz zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass des Verdampfers 6 groß gemacht wird, und wird es möglich, einen Überhitzungsgrad bei dem in den Kompressor 1 eingesaugten Kühlmittel vorzusehen. Entsprechend kann sogar dann, wenn die Vorlast-Einstelleinrichtung weggelassen ist, die Dampfkompressions-Kühlmaschine stabil betrieben werden.
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Gemäß Darstellung in 6 wird die Vorlast-Einstelleinrichtung herkömmlicherweise so eingestellt, dass der Überhitzungsgrad in einem vorbestimmten Bereich am Kühlmittelauslass des Verdampfers 6 vorliegen kann. Jedoch ist es gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Dampfkompressions-Kühlmaschine mit dem inneren Wärmetauscher 7 ausgestattet ist, sogar dann, wenn das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel am Kühlmittelauslass des Verdampfers 6 vorliegt, beispielsweise möglich, den Überhitzungsgrad dem Kühlmittel zu verleihen, das in den Kompressor 1 eingesaugt wird. Daher kann die Dampfkompressions-Kühlmaschine in einem weiten Betriebsbereich stabil betrieben werden.
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Da das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8, das ein Leitungsmittel bildet, untergebracht ist, kann das durch die Vibration des Expansionsventils 5 verursachte Geräusch reduziert werden, während das Expansionsventil 5 gegenüber der vom Motor für den Fahrbetrieb übertragenen Wärme geschützt ist. Entsprechend kann, während das Auftreten einer Fehlfunktion des Expansionsventils 5 verursacht durch die vom Motor aus übertragene Wärme schon vorher verhindert ist, der Freiheitsgrad für die Anordnung des Expansionsventils 5 vergrößert sein.
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Da der innere Wärmetauscher 7 und das Expansionsventil 5 miteinander zu einem Körper zusammengefasst sind, ist es möglich, die Anzahl der Rohrleitungen herabzusetzen, und ist es weiter möglich, die Anzahl der Vorgänge für den Anbau der Dampfkompressions-Kühlmaschine an einem Fahrzeug herabzusetzen. Ferner ist es möglich, die Dampfkompressions-Kühlmaschine in einem kleinen Raum anzubringen.
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Da das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 in einer solchen Weise befestigt ist, dass das Expansionsventil 5 elastisch verschoben werden kann, kann die Vibration des Expansionsventils 5, die bei dem Vorgang der Dekompression erzeugt wird, absorbiert werden. Daher kann das Auftreten eines durch die Vibration des Expansionsventils 5 verursachten Geräuschs herabgesetzt werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei der ersten Ausführungsform ist das gesamte Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 untergebracht. Jedoch ist gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in 7 und 8 dargestellt ist, wenn der Deckel 8d im Expansionsventil 5 angeordnet ist, der Deckel 8d des Gehäuses 8 weggelassen, sodass die Anzahl der Vorgänge für den Anbau verringert sein kann und weiter die Anzahl der Teile verringert sein kann.
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In diesem Zusammenhang ist bei dieser Ausführungsform unter der Bedingung, dass der Ventilanschluss 5e des Expansionsventils 5, dass heißt der Drosselungsbereich, im Gehäuse 8 untergebracht ist, das Expansionsventil 5 in dem Gehäuse 8 befestigt, wobei es elastisch verschoben werden kann. Daher kann die während des Vorgangs der Dekompression erzeugte Vibration des Expansionsventils 5 absorbiert werden, und kann das Auftreten eines durch die Vibration des Expansionsventils 5 verursachten Geräuschs herabgesetzt sein.
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[Dritte Ausführungsform)
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Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist das Expansionsventil 5 im Gehäuse 8 untergebracht. Jedoch besteht gemäß dieser Ausführungsform, wie in 9 dargestellt ist, das Expansionsventil 5 aus einem einzigen Körper.
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In diesem Zusammenhang ist bei der ersten und der zweiten Ausführungsform der Lastlieferungsbereich 5r so ausgebildet, dass er mit dem Gehäuse 5j zu einem Körper zusammengefasst ist. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform der Lastlieferungsbereich 5r vom Gehäuse 5j getrennt ausgebildet, und ist der Lastlieferungsbereich 5r am Gehäuse 5j im Wege des Verstemmens befestigt, sodass der Lastlieferurigsbereich 5r in Hinblick auf das Gehäuse 5j nicht bewegt werden kann.
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In diesem Zusammenhang ist es bei der ersten und der zweiten Ausführungsform in dem Fall, bei dem die Regelungscharakteristik des Expansionsventils 5 bei der ersten und der zweiten Ausführungsform geändert wird, notwendig, dass entweder der Abstandhalter 5g und/oder das Gehäuse 5j verändert wird, um die Abmessungsbeziehung zwischen dem Lastlieferungsbereich 5r und dem Ventilsitz 5h zu ändern. Jedoch kann bei dieser Ausführungsform, wenn die Dicke des Lastlieferungsbereichs 5r geändert wird, die Abmessungsbeziehung zwischen dem Lastlieferungsbereich 5r und dem Ventilsitz 5h geändert werden. Daher können mit Ausnahme des Lastlieferungsbereichs 5r die Teile gemeinsam verwendet werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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Bei der ersten bis dritten Ausführungsform weist das Expansionsventil 5 eine Feder 5q auf, um die Ausgangslast zur Verfügung zu stellen. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform, wie in 10 und 11 dargestellt ist, die Feder 5q weggelassen, und wird die Membran 5c ausschließlich durch die Druckdifferenz Δp zwischen dem Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a und dem Druck in der zweiten Druckkammer 5p verschoben.
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In diesem Zusammenhang sind bei der ersten vorliegenden Ausführungsform die Membran 5c und die Verbindungsstange 5f miteinander im Wege des Verschweißens oder Verlötens verbunden, und sind die Verbindungsstange 5f und der Ventilkörper 5d miteinander im Wege des Verschweißens oder Verlötens verbunden. Ferner ist das zweite Membrangehäuse 5s mit dem Gehäuse 5j zu einem Körper zusammengefasst.
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In diesem Zusammenhang wird bei der vorliegenden Erfindung, nachdem die Verbindungsstange 5f und der Ventilkörper 5d miteinander zusammengefügt sind, die Verbindungsstange 5f in das Gehäuse 5j eingefügt, und werden die Membran 5c und die Verbindungsstange 5f miteinander zusammengefügt Als Nächstes werden nachfolgend die Arbeitsweise und Wirkung dieser Ausführungsform beschrieben.
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Da der Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a der Druck des gesättigten Gases ist und die Membran 5c so verschoben wird, dass die Kraft, die durch den Gasdruck in der ersten Druckkammer 5a erzeugt wird, durch die Kraft ausgeglichen werden kann, die durch den Druck in der zweiten Druckkammer 5p erzeugt wird, wird der Grad der Drosselöffnung des Expansionsventils 5 so geregelt, dass der Druck des Kühlmittels am Einführungsanschluss 5n für die Einführung des Niederdruck-Kühlmittels der Druck des gesättigten Gases sein kann, wie mittels der ausgezogenen Linie in 12 dargestellt ist, dass heißt der Grad der Drosselöffnung des Expansionsventils 5 wird so geregelt, dass der Überhitzungsgrad in dem Zustand, bei dem der Kompressor 1 angehalten ist, Null sein kann.
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Andererseits wird bei dieser Ausführungsform, da der innere Wärmetauscher 7 vorgesehen ist, das in das Expansionsventil 5 einströmende Kühlmittel durch diesen inneren Wärmetauscher 7 gekühlt, und wird die Enthalpie des in den Verdampfer 6 einströmenden Kühlmittels herabgesetzt. Daher wird andererseits das in den Kompressor 1 angesaugte Kühlmittel erwärmt.
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Entsprechend kann das Wärmeabsorptionsvermögen des Verdampfers 6 dadurch verbessert werden, dass die Enthalpiedifferenz zwischen dem Kühlmitteleinlass und dem Kühlmittelauslass des Verdampfers 6 groß gemacht wird, und wird es möglich, dem in den Kompressor 1 angesaugten Kühlmittel einen Überhitzungsgrad zu verleihen. Entsprechend kann sogar dann, wenn die Vorlast-Einstelleinrichtung weggelassen ist, die Dampfkompressions-Kühlmaschine stabil betrieben werden.
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Da die Membran 5c und die Verbindungsstange 5f miteinander zusammengefügt sind und die Verbindungsstange 5f und der Ventilkörper 5d ebenfalls miteinander zusammengefügt sind, ist es möglich, den Ventilkörper 5d vollständig mit der Verschiebung der Membran 5c gekoppelt zu verschieben. Entsprechend kann das Expansionsventil 5 schnell reagieren.
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In diesem Zusammenhang besteht bei der ersten Ausführungsform, da der Ventilkörper 5d durch die Feder 5q nach unten gedrückt wird, dann, wenn die Deformationsgeschwindigkeit der Feder 5q niedriger als die Verschiebungsgeschwindigkeit der Membran 5c ist, die Möglichkeit, dass der Ventilkörper 5d nicht mit der Verschiebung der Membran 5c vollständig gekoppelt sein muss.
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Da das zweite Membrangehäuse 5s mit dem Gehäuse 5j zu einem Körper zusammengefasst ausgebildet ist, kann die Abmessungsgenauigkeit zwischen Membran 5c, Ventilkörper 5d und Ventilsitz 5h verbessert sein.
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Bei der obigen Ausführungsform findet die vorliegende Erfindung Anwendung bei einer Klimaanlage zur Verwendung bei einem Fahrzeug. Jedoch sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obige besondere Ausführungsform beschränkt ist.
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Die Struktur des inneren Wärmetauschers 7 ist nicht auf die besondere Struktur beschränkt, die bei der obigen Ausführungsform dargestellt ist.
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Zwar ist die Erfindung unter Bezugnahme auf besondere Ausführungsformen, die zu dem Zweck der Erläuterung ausgewählt sind, beschrieben worden, jedoch ist ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen an ihr durch den Fachmann durchgeführt werden können, ohne das Grundkonzept und den Umfang der Erfindung zu verlassen.