(57)【要約】【課題】特に動的な運転形式において高い効率および信頼性の良い機能を補償する。【解決手段】特に内燃機関により駆動される車両に用いられるＣＯ２エアコンディショナの、少なくとも１つのエバポレータ２４と圧縮機１２とガスクーラ１４と膨張機構２０とを備えた冷媒回路１０に、設定可能なパラメータに相応してエバポレータ２４が充填可能となることを可能にする別の作動可能な手段４６が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に用いられるエアコンディショナ、特に内燃機関により駆動される車両に用いられるＣＯ２エアコンディショナであって、少なくとも１つのエバポレータ（２４）と圧縮機（１２）とガスクーラ（１４）もしくはコンデンサ（１４）と膨張機構（２０）とを備えた冷媒回路（１０）が設けられている形式のものにおいて、冷媒回路（１０）に、設定可能なパラメータに相応してエバポレータ（２４）が充填可能となることを可能にする別の作動可能な手段（４６）が設けられていることを特徴とするエアコンディショナ。
【請求項２】
前記作動可能な手段が、開ループ式もしくは閉ループ式に制御可能な弁（４６）を有している、請求項１記載のエアコンディショナ。
【請求項３】
前記弁（４６）が、接続手段（４８）を介して冷媒回路（１０）に設けられたアキュムレータ（２８）に接続可能である、請求項２記載のエアコンディショナ。
【請求項４】
前記弁（４６）および／または前記接続手段（４８）が、冷媒回路（１０）に設けられたアキュムレータ（２８）に組み込まれている、請求項２記載のエアコンディショナ。
【請求項５】
冷媒回路（１０）に前記弁（４６）と圧縮機（１２）との間で熱交換器（１８）、特に内部の熱交換器が配置されている、請求項３または４記載のエアコンディショナ。
【請求項６】
前記弁（４６）が、電気的に制御可能な弁である、請求項２から４までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項７】
前記弁（４６）が、サーモスタット式の弁である、請求項２から４までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項８】
前記弁（４６）が、エバポレータ（２４）における過熱に相応して作動させられ、かつ／または制御され得るようになっている、請求項２から７までのいずれか１項記載のエアコンディショナ。
【請求項９】
エアコンディショナの冷媒回路（１０）に配置されている、少なくとも１つのエバポレータ（２４）と圧縮機（１２）とガスクーラ（１４）と制御可能な膨張機構（２０）とを備えたエアコンディショナ、特に内燃機関により駆動される車両に用いられるＣＯ２エアコンディショナを運転するための方法において、エバポレータ（２４）の充填が調節可能であることを特徴とする、エアコンディショナを運転するための方法。
【請求項１０】
エバポレータ（２４）の充填を、冷媒回路（１０）に設けられたアキュムレータ（２８）からの液状冷媒の排出により制御する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
コンプレッサ（１２）と、制御可能なドレーン弁（４６）とによって冷媒回路（１０）のアキュムレータ（２８）から液状冷媒を吸い出して、エバポレータ（２４）に供給する、請求項９または１０記載の方法。
【請求項１２】
エバポレータ（２４）における過熱に対応する作動量により、前記ドレーン弁（４６）を開ループ式および／または閉ループ式に制御する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
液状冷媒をコンプレッサ（１２）の手前で熱交換器（１８）、特に内部の熱交換器を通じて案内する、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に用いられる空調装置、つまりエアコンディショナ、特に内燃機関により駆動される車両に用いられるＣＯ２エアコンディショナであって、少なくとも１つのエバポレータと圧縮機とガスクーラもしくはコンデンサと膨張機構とを備えた冷媒回路が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
さらに本発明は、エアコンディショナの冷媒回路に配置されている、少なくとも１つのエバポレータと圧縮機とガスクーラと制御可能な膨張機構とを備えたエアコンディショナ、特に内燃機関により駆動される車両に用いられるＣＯ２エアコンディショナを運転するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近では、ハイクラスの自動車だけでなくミドルクラスの自動車にも、暖房装置もしくはヒータの他に空調装置、つまりエアコンディショナが標準装備される傾向にある。このようなヒータおよび／またはエアコンディショナ（以下、単に「エアコンディショナ」と呼ぶ）は冷媒回路を有しており、この冷媒回路は少なくとも１つの蒸発器、つまりエバポレータと、コンプレッサと、コンデンサもしくはガスクーラと、膨張弁と、液状冷媒のためのアキュムレータ（Sammler）と、さらに場合によってはオイルセパレータとを有している。
【０００４】
公知のエアコンディショナ、特に圧縮式エアコンディショナでは、一般にまず冷媒の圧縮が圧縮機、つまり「エアコンコンプレッサ」または単純に「コンプレッサ」と呼ばれている圧縮機により実施され、これにより冷媒の内部エネルギが高められる。圧縮された冷媒は引き続き、凝縮器もしくはコンデンサにおいて熱交換により冷却される。このときに冷媒は、熱交換に伴う放熱に基づいて液化する。引き続き、液化された冷媒は絞り部、たとえば膨張機構を通って案内される。冷媒が膨張機構を通過する際に、冷媒は膨張する。膨張機構には、一般にエバポレータが後置されており、このエバポレータは熱交換器として運転され、これにより自由となった冷熱は別の媒体へ引き渡される。この別の媒体とは、たとえば車両の暖房システムもしくは冷房システムに供給され得る空気であってよい。
【０００５】
公知先行技術に基づき、エアコンディショナの熱効率を改善するために、閉じた冷媒回路の高圧側で、コンデンサ内に存在する冷媒を超臨界的な状態にもたらし、これによりエアコンディショナの熱交換能力を改善することを可能にする冷媒を使用することが知られている。コンデンサはこの場合にはガスクーラと呼ばれる。なぜならば、もはや凝縮は行われず、超臨界的なガスの冷却しか生ぜしめられないからである。さらに、超臨界的な圧縮機型冷凍機械により、より小さな圧縮比を有する冷媒を使用することができるようになる。冷媒としてＣＯ２が使用されると、冷凍ユニットの超臨界的な運転形式が必要となる。すなわち、コンデンサ内では冷媒が凝縮されるのではなく、ガスが超臨界的な状態で冷却されるだけとなる。
【０００６】
部分的に、冷媒回路に設けられた膨張機構としてオリフィスが使用される。このような形式の冷媒回路では、アキュムレータ、つまり液体分離器・蓄え器が、冷媒の流れ方向で見てエバポレータの下流側で冷媒回路に組み込まれなければならない。膨張機構として膨張弁が使用され、しかもエバポレータの充填が制御されない場合には、同じく流れ方向で見てエバポレータの下流側にアキュムレータが設けられなければならない。
【０００７】
冷媒回路の膨張機構に設けられた絞り部を制御することにより、熱力学的な循環プロセスの高圧側における圧力を開ループ式もしくは閉ループ式に制御することができる。こうして、エアコンディショナの固有冷凍能力を変化させることが可能となる。すなわち、熱力学的な冷媒回路の高圧側の圧力を、たとえばガスクーラ出口の温度または周辺温度に関連して調節することにより、最大有効成績係数を得ることが可能となる。
【０００８】
特に、その熱力学的な特性に基づいて超臨界的な領域において熱を放出する冷媒を有する冷凍装置では、放熱時に温度は無関係に圧力を調節することができる。湿り蒸気領域での放熱を有する冷媒に比べてこのような付加的な自由度を有利に利用できるようにするために、膨張機構として開ループ式および／または閉ループ式に制御可能な膨張弁を使用することが知られている。
【０００９】
特に冷媒としてＣＯ２が使用される場合には、膨張弁によって冷凍回路内の高圧の閉ループ式制御（Regelung）が行われるので、エバポレータの充填は制御され得ない。
【００１０】
このような場合には、エバポレータの背後に配置されたアキュムレータが冷媒の質量流量の不均一性を補償しなければならない。このような不均一性は、たとえば車両加速に基づいたコンプレッサの回転数増大時に生じる。このときに冷媒質量流量は増大するが、増大した冷媒量を最初にエバポレータにより蒸発させることはできない。エバポレータの下流側でまだ液状の冷媒、つまり蒸発されなかった冷媒は、アキュムレータにおいて分離されかつ蓄えられる。次いで、回転数が減少すると、この液状冷媒はアキュムレータから再びエバポレータへ搬送されなければならない。このことは、たとえば液状冷媒をコンプレッサによってアキュムレータから吸い出し、かつ回路内へ搬送することにより行われる。この効果を改善するためには、公知先行技術に基づき、アキュムレータ内に配置されているＵ字形管の下面に開口を設けることが知られている。この開口を用いて一層多くの液状冷媒をアキュムレータから吸い出すことができる。しかし、この効果は制限されている。なぜならば、アキュムレータに設けられた開口が大き過ぎると、圧縮機における液体衝撃を招いてしまうからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、公知先行技術から出発して、特に動的な運転形式において高い効率および信頼性の良い機能が補償され得るような冷媒回路を備えたエアコンディショナを提供することである。
【００１２】
さらに本発明の課題は、このようなエアコンディショナを運転するために適した方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題を解決するために本発明のエアコンディショナの構成では、冷媒回路に、設定可能なパラメータに相応してエバポレータが充填可能となることを可能にする別の調整可能もしくは作動可能な手段が設けられているようにした。
【００１４】
さらに上記課題を解決するために本発明の方法では、エバポレータの充填が調節可能であるようにした。
【発明の効果】
【００１５】
エアコンディショナ、特に内燃機関により駆動される車両に用いられるＣＯ２エアコンディショナの本発明による冷媒回路は、少なくとも１つのエバポレータと圧縮機とガスクーラもしくはコンデンサと膨張機構とを有しており、これらのコンポーネントは互いに接続されて１つの回路を成している。さらに、本発明による冷媒回路は、エバポレータがエアコンディショナの全ての運転点において十分に充填されることを可能にする別の調整可能もしくは作動可能な手段を有している。
【００１６】
本発明による手段は、たとえばコンプレッサの回転数減少時に液状冷媒を冷媒回路のアキュムレータ（液体分離・蓄え器）から必要に応じて再びエバポレータ内へ搬送することを可能にする。このことは、液状冷媒をコンプレッサによりアキュムレータから吸い出しかつ回路内へ搬送することにより行われる。この制御可能な手段は有利には、コンプレッサによりアキュムレータから吸い出された冷媒の量を変化させ、ひいては要求に応じて冷媒の量を最適化することを可能にする。こうして、たとえば液状冷媒の過剰吸出しにより生ぜしめられる恐れのある、圧縮機における液体衝撃を回避することが可能となる。
【００１７】
本発明による冷媒回路は有利には、自動車のその都度の運転状態に対応した液状冷媒の量をエバポレータに供給することを可能にする。こうして、液状冷媒があらかじめエバポレータにおいて冷熱形成のために利用されることなしに液状冷媒が吸い出されてしまうことを回避することが可能となる。もしも自動車の全ての運転状態においてアキュムレータから液状冷媒が吸い出されてしまうと、回転数低減が実施されてからある程度の時間が経過した後に、エバポレータが十分に充填されて、過剰の冷媒が再びエバポレータからアキュムレータ内へ流入してしまう結果となる。このことは冷媒回路の冷凍能力の損失となる。なぜならば、この相応する冷媒成分はたしかに圧縮されなければならないが、しかしこの冷媒成分は、エバポレータにおいて蒸発されなかったので冷凍能力のためには役立たなかったからである。
【００１８】
ＣＯ２エアコンディショナ、特に自動車に用いられるＣＯ２エアコンディショナを運転するための本発明による方法は、有利にはエバポレータの充填の閉ループ制御を有している。こうして、エアコンディショナの運転条件にエバポレータの充填度を最適化して適合させることが可能となる。エアコンディショナを運転するための本発明による方法では、エバポレータの充填が冷媒回路のアキュムレータからの液状冷媒の排出により開ループ式および／または閉ループ式に制御されると有利である。
【００１９】
請求項２〜請求項８もしくは請求項１０〜請求項１３にそれぞれ記載の手段および特徴により、請求項１に記載の装置もしくは請求項９に記載の本発明による方法の有利な改良および改善が可能になる。
【００２０】
本発明による冷媒回路は、エバポレータを充填するための調整可能もしくは作動可能な手段として、開ループ式および／または閉ループ式に制御可能な弁を有していると有利である。この弁は、冷媒回路のアキュムレータから液状冷媒を的確にコンプレッサにより吸い出すことを可能にする。
【００２１】
本発明による冷媒回路の１実施態様では、前記弁が、相応する接続手段を介して冷媒回路のアキュムレータに接続可能である。本発明による冷媒回路の別の実施例もしくは別の実施態様では、前記弁が直接に冷媒回路のアキュムレータ内に組み込まれている。アキュムレータの下面に設けられたドレーン弁により、液体の一部がアキュムレータからコンプレッサによって的確に吸い出される。
【００２２】
液体はコンプレッサ内への吸込み前にガス状冷媒と共に内部の熱交換器を通じて案内されると有利である。中間接続されたこの内部熱交換器により、液体が蒸発し得ることが可能になる。こうして、コンプレッサ内での液体衝撃の危険は減じられる。
【００２３】
本発明による冷媒回路もしくはエバポレータを充填するための本発明による調整可能もしくは作動可能な手段は、液状冷媒がアキュムレータから一層迅速に搬送され得ることを可能にする。なぜならば、損失出力が著しく増大することなしに、吸出しのための開放横断面がほぼ任意の大きさに設定され得るからである。これによって、たとえば自動車エアコンディショナにおいて生じるような動的な運転形式では、エバポレータの完全な充填を常に保証することができる。これによって、冷媒回路もしくはこれに所属のエアコンディショナの最大可能な冷凍能力が常に提供されるようになる。
【００２４】
本発明による冷媒回路では、必要に応じてのみドレーン弁の起動制御によって液体が吸い出されるので有利である。これにより、必要とされる場合にしか液体を吸い出さないことが可能になる。したがって、本発明による冷媒回路に関しては冷凍能力の損失を最小限に抑えることができる。
【００２５】
本発明によるエアコンディショナの特に有利な実施例もしくは実施態様では、このような充填弁が、電気的に制御可能な弁もしくはサーモスタット式の弁として形成されている。このためには、たとえば自動車のＡＢＳ制御（アンチロックシステム）において汎用的に使用される弁が適している（たとえばＢＯＳＣＨ−ＡＶ弁、Ｄ２６５２５０３７５；ＢＯＳＣＨ−ＨＳＶ弁、Ｄ２６５２５５４４８）。
【００２６】
エバポレータの規定された充填、ひいてはこのエアコンコンポーネントの規定された過熱を可能にするためには、択一的にサーモスタット式の弁を使用することができる。
【００２７】
このサーモスタット式の弁は、冷媒で満たされた空間では、存在する温度に相応して圧力が形成されることを利用している。ダイヤフラムまたはこれに類似した手段により、この圧力と別の圧力とからの差圧が、弁を機械的に制御するために利用される。これによって、本発明による使用のためには、たとえばエバポレータを挟んで上流側と下流側との温度差をダイヤフラムの運動へ変換することができる。これによって、ドレーン弁を直接に制御することができ、ひいてはエバポレータの過熱をも抑制制御することができる。
【００２８】
このような充填弁はエバポレータにおける過熱に相応して調節され得るか、もしくは制御され得ることが有利である。この原理により形成されている弁は、アキュムレータからの液状冷媒の排出を制御することによりエバポレータの過熱を制御するために使用され得る。
【００２９】
本発明によるドレーン弁の位置は、エバポレータにおける過熱の測定により閉ループ式に制御され得る。過熱は、エバポレータからの冷媒の流出温度Ｔ０２から、エバポレータからの冷媒の流出圧Ｐ０２に相当する相平衡温度Ｔ０２ｉｄｅａｌを差し引いた分の温度差である。過熱が規定の値、たとえば５ケルビンを超えるときは常にドレーン弁は開放される。本発明による弁の開放時間もしくは開放度は、この値からの偏差に対して比例して決定することができる。すなわち、過熱はエバポレータにおける冷媒の温度差（流出温度Ｔ０２−流入温度Ｔ０１）の測定により求めることができる。同じく、エバポレータからの冷媒の流出圧Ｐ０２を測定し、相応する相平衡温度Ｔ０２ｉｄｅａｌを計算により決定し、そしてエバポレータからの冷媒の流出温度Ｔ０２を測定することにより、エバポレータにおける過熱を求めることも可能である。
【００３０】
相応する圧力降下が特性線により計算により補償される場合には、択一的に膨張機構とコンプレッサとの間の低圧側における別の圧力を利用することもできる。
【００３１】
エアコンディショナの特別な運転点、たとえばエアコンディショナの始動時では、過熱に関連して必要とされる開放量よりも大きく弁を開放することができる。これにより、一層迅速な圧力形成を達成することができる。このことは特に本発明によるエアコンディショナの熱ポンプモードにおける極めて低い温度において重要となる。
【００３２】
さらに、常にある程度のオイル含量を有している液状冷媒がアキュムレータから搬送され、これにより冷媒回路のアキュムレータ内の過剰のオイル濃度増大が阻止されるように前記弁を制御することもできる。
【００３３】
この付加機能は、たとえばエアコンディショナ制御装置を介してエンジン制御装置とネットワーク化することができ、ひいては自動車の特別な走行機能において呼び出すことができる。
【００３４】
本発明による冷媒回路もしくは本発明によるエアコンディショナを用いると、エアコンディショナのエバポレータがエアコンディショナの全ての運転点において十分にかつ最適に充填されることが可能となる。本発明はとりわけ動的に運転される冷房装置、特に車両エアコンディショナにおける冷房装置に関するが、ただし本発明はこれに限定されるものではない。
【００３５】
ＣＯ２エアコンディショナ、特に自動車に用いられるＣＯ２エアコンディショナを運転するための本発明による方法は、有利にはエバポレータの充填の制御を有している。こうして、エバポレータの充填度をエアコンディショナの運転条件に合わせて最適化することが可能になる。エアコンディショナを運転するための本発明による方法では、冷媒回路のアキュムレータからの液状冷媒の排出によりエバポレータの充填が開ループ式もしくは閉ループ式に制御されると有利である。
【００３６】
この場合、液状冷媒は、冷媒回路内に配置されたコンプレッサと、制御可能なドレーン弁とによって冷媒回路の液体アキュムレータから吸い出されて、直接に圧縮機に供給される。液体はコンプレッサの手前で内部熱交換器を通って吸い出されると有利である。これにより、液体は蒸発することができる。これにより、コンプレッサ内の液体衝撃の危険は減じられる。エアコンディショナを運転するための本発明による方法は、エバポレータにおける過熱に関連する測定量によりドレーン弁を開ループ式もしくは閉ループ式に制御することが可能となる。こうして、エバポレータ内へ導入されるべき冷媒の量をエアコンディショナのその都度の運転条件に個別に適合させることが可能になる。このことは、エアコンディショナを用いて達成可能な冷凍能力の有効な利用を意味する。したがって、ＣＯ２エアコンディショナを運転するための本発明による方法は、特にエアコンディショナの動的な運転形式における最適化された運転を可能にする。
【００３７】
本発明による装置もしくは本発明による方法のさらに別の利点は、以下に記載の本発明を実施するための最良の形態に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００３９】
図１には、公知先行技術によるＣＯ２エアコンディショナの冷媒回路が示されている。この冷媒回路１０はコンプレッサ１２を有しており、このコンプレッサ１２は、たとえば電気的に駆動されるか、あるいはまた相応するクラッチエレメントを介して自動車の内燃機関によって駆動されてもよい。コンプレッサ１２では、まず冷媒の圧縮が実施され、これにより冷媒の内部エネルギが高められる。圧縮された冷媒はコンデンサまたはガスクーラ１４内で熱交換により冷却され、このときにその内部熱エネルギの一部を放出するので、冷媒は液化する。
【００４０】
コンプレッサ１２とコンデンサまたはガスクーラ１４との間には、オイルセパレータ１６が設けられていてよい。このオイルセパレータ１６は、ガス状の冷媒中に含まれているオイル残分を分離し、相応する接続手段を介して前記オイル残分を、たとえばコンプレッサ１２に潤滑のために提供する。
【００４１】
冷媒として遷臨界的（transkritisch）な冷媒、たとえばＣＯ２が使用されると、この冷媒はガスクーラ１４内で凝縮されるのではなく、冷却されるに過ぎない。これにより、この場合には、コンデンサではなくガスクーラと呼ばれる。オプショナルには、このような冷媒回路において、冷媒の温度をさらに低下させるために内部の熱交換器１８が設けられていてよい。
【００４２】
冷媒は膨張機構２０、たとえば制御可能な膨張弁を介して膨張され、冷却され、ひいては液化される。膨張機構２０には、一般にエバポレータ２４が後置されている。すなわち、膨張機構２０の下流側にはエバポレータ２４が配置されている。このエバポレータ２４は熱交換器として運転され、これにより自由となった冷熱は別の媒体へ引き渡される。この別の媒体は、たとえば車両暖房システムもしくは車両冷房システム（図１には図示しない）に供給される空気であってよい。
【００４３】
膨張機構２０として膨張弁が使用され、そして後置されたエバポレータ２４の充填が制御されないようにこの膨張弁が運転される場合、アキュムレータ２８、つまり液体分離・蓄え器が必要となる。部分的に、公知先行技術による冷凍装置では膨張機構としてオリフィスも使用される。その場合でも、流れ方向で見て冷媒回路の下流側で冷媒回路にアキュムレータ２８が組み込まれなければならない。特に公知先行技術によるＣＯ２−冷凍回路を用いると、膨張弁２２によって高圧レベルの制御が行われるので、この場合にはエバポレータの充填は制御され得ない。アキュムレータ２８は第１に、エバポレータの下流側でまだ冷媒中に存在している液状成分を分離し、この液状成分を、たとえばアキュムレータの下側の範囲に集める。アキュムレータはさらに、冷媒の質量流量の不均一性を補償する役目をも有している。
【００４４】
さらに、図１に示した公知先行技術によるエアコンディショナのアキュムレータは、冷媒の質量流量の不均一性を補償する役目を有している。このような不均一性は、たとえばコンプレッサの回転数増大時に発生する。このときに、冷媒の質量流量は増大するが、この場合、エバポレータが最初に冷媒増大分を蒸発させ得ることなしに増大する。エバポレータの下流側でまだ液状の、つまり蒸発されなかった冷媒は、アキュムレータ内で分離されかつ蓄えられる。次いで、コンプレッサのあとからの回転数減少時に、液状冷媒はアキュムレータから再びエバポレータ内へ搬送されなければならない。このことは、液状冷媒をコンプレッサによってアキュムレータから吸い出して、冷媒回路１０内へ搬送することにより行われる。
【００４５】
したがって、この効果を改善するためには、公知先行技術に基づき、アキュムレータ２８内に配置されたＵ字形管３０の下面に開口３２を設け、この開口３２によってより多くの液状冷媒を吸い出すことができるようにすることが知られている。これに関連した構成は図２に示したアキュムレータ２８の詳細図に図示されている。冷媒は接続手段３４を介して到来してアキュムレータ２８に供給され、そしてたとえばバッフルプレート３６によって分散される。冷媒の液状成分３８はアキュムレータ２８の下側の範囲に溜まり、それに対してガス状成分４０は液面レベル４２よりも上方に認められる。
【００４６】
アキュムレータ２８の内部に配置されたＵ字形管３０は第１の開口４４を有している。この第１の開口４４はアキュムレータ２８のガス状成分４０が存在するガス室に突入している。Ｕ字形管３０の下側の範囲には、付加的な開口３２が設けられていると有利であり、この場合、この付加的な開口３２は液体の範囲に位置する。
【００４７】
回転数減少時では、冷媒がアキュムレータ２８からエバポレータ２４に再び供給されなければならない。このことは、冷媒をコンプレッサ１２によってアキュムレータ２８から吸い出して、冷媒回路１０内へ搬送することにより行われる。この効果を改善するために、Ｕ字形管３０の下面に前記開口３２が設けられており、この開口３２によって液状冷媒を吸い出すことができる。
【００４８】
このような配置形式において不都合となるのは、第１に開口３２の寸法が大き過ぎると、過度に強力な液体吸出しが行なわれ、このことがその後に圧縮機もしくはコンプレッサ１２における液体衝撃を招く恐れがあることである。第２に開口３２が過度に大きく設定されていると、エアコンディショナの全ての運転状態において液状冷媒は、この液状冷媒があらかじめエバポレータ２４において冷熱形成のために使用され得ることなしに吸い出される。このことは冷凍能力の損失となる。なぜならば、この冷媒成分はたしかにあとから圧縮されなければならないが、しかしその前に冷凍能力のために寄与していなかったからである。それというのは、この冷媒成分はエバポレータ内で蒸発されなかったからである。これによって、このシステムの、可能となる十分な冷凍能力が提供されなくなっている。
【００４９】
公知先行技術の上記欠点を取り除く、エアコンディショナの本発明による冷媒回路もしくはエアコンディショナを運転するための本発明による方法は、図３に概略的に図示されている。図３には、ＣＯ２冷凍回路につき、このような冷媒回路のための実施例が示されている。提案された冷媒回路は同じくコンプレッサ１２と、このコンプレッサ１２の下流側に配置されたオイルセパレータ１６と、ガスクーラ１４と、内部の熱交換器１８と、制御可能な膨張機構２０と、エバポレータ２４と、アキュムレータ２８とを有しており、これらの構成要素は公知の形式で互いに接続されている。
【００５０】
本発明の重要な要旨は、開ループ式もしくは閉ループ式に制御可能な弁４６を使用することである。この弁４６は接続手段４８を介してアキュムレータ２８に接続されており、この場合、アキュムレータ２８から意図的に液体が冷媒回路１０に導入されかつコンプレッサ１２によって吸い出され得るようになる。このためには、アキュムレータ２８の、冷媒の液体により満たされた下側の範囲が開口を有しており、この開口に接続手段４８が通じている。アキュムレータ２８の下面に設けられたこのようなドレーン弁４６により、規定された形式で、つまり設定可能な形式で、コンプレッサ１２により吸い出された液状冷媒量を調節することができるので、エバポレータ２４はエアコンディショナの全ての運転点において、特に動的な運転形式において、常に十分に充填されている。
【００５１】
この場合、アキュムレータ２８のＵ字形管３０は、ガス状冷媒の範囲に突入している開口４４しか有していない。本発明による方法もしくは本発明による冷媒回路では、Ｕ字形管３０を通じて液状冷媒を吸い出すための付加的な開口３２は設けられていない。液状冷媒は、アキュムレータ２８の、液状冷媒により負荷された下側の範囲の壁に設けられた開口と、接続手段４８と、ドレーン弁４６とを通じて冷媒回路１０に供給され得る。
【００５２】
有利には液体はアキュムレータ２８からの吸出し後でかつコンプレッサ１２への流入前に内部の熱交換器１８を通って案内されるので、この液体はガスクーラ１４から流出した冷媒の規定の熱量の吸収によって蒸発することができる。こうして、コンプレッサ１２における液体衝撃の危険は減じられる。
【００５３】
アキュムレータ２８のＵ字形管３０に開口３２（図２参照）しか有しないような、公知先行技術に基づき知られているシステムと比較して、本発明による冷媒回路もしくは本発明による方法には、液状冷媒がアキュムレータ２８から従来よりも迅速に搬送され得るという利点がある。なぜならば、開放横断面、つまり吸出しのために提供されている横断面が、冷凍回路における損失出力が著しく増大することなしに、ほぼ任意の大きさに設定され得るからである。このことは、ドレーン弁４６の相応する制御により実現され得る。これによって、たとえば自動車エアコンディショナにおいて発生するような冷媒回路の動的な運転形式では、エバポレータ２４の完全な充填が常に保証され得るので、冷媒回路の最大可能な冷凍能力が常に提供され得る。
【００５４】
さらに、本発明による方法を用いると、必要に応じてのみエバポレータ２４から液体を吸い出すことが可能となる。ドレーン弁４６の相応する制御により、たとえば液状冷媒がコンプレッサ１２に供給されないようにすることも可能となる。
【００５５】
ドレーン弁４６は、電気的に制御可能な弁であると有利である。このためには、たとえば自動車のＡＢＳ制御（アンチロックシステム）からの弁、たとえばＢＯＳＣＨ−ＡＶ弁（Ｄ２６５２５０３７５）またはＢＯＳＣＨ−ＨＳＶ弁（Ｄ２６５２５５４４８）もしくはこれに類する弁が適している。また、「ＢＯＳＣＨ  ＺＭＥ（調量ユニット）Ｎｒ．０９２８４００ＸＸＸ」タイプのディーゼル高圧ポンプのための弁に類似した弁も使用され得る。
【００５６】
択一的には、弁４６のためにサーモスタット式の弁を使用することも可能である。これにより、アキュムレータ２８からの液状冷媒の排出を規定して制御することにより、エバポレータ２４の過熱が閉ループ式に制御される。このサーモスタット式の弁は、冷媒、有利には冷媒回路内の冷媒と同じ冷媒で満たされた空間には、存在する温度に相応した圧力が形成されることを利用している。ダイヤフラムにより、この圧力と別の圧力とからの差圧を利用して、弁を機械的に制御することができる。すなわち、たとえば本発明による方法のためには、エバポレータ２４からの流出温度Ｔ０２と、エバポレータ２４からの冷媒の流出圧Ｐ０２に相応する相平衡温度Ｔ０２ｉｄｅａｌとからの温度差を、ダイヤフラムの運動へ変換することができる。これによって、ドレーン弁４６を直接に制御することができ、ひいてはエバポレータ２４における過熱を調和可能な形式で抑制制御することができる。
【００５７】
ドレーン弁４６の制御は、エバポレータ２４における過熱によりコントロールされ得る。エバポレータ２４の過熱はエバポレータ２４からの冷媒の流出温度（Ｔ０２）から、エバポレータ２４からの冷媒の流出圧に相当する相平衡温度（Ｔ０２ｉｄｅａｌ）を差し引いた分の温度差である。こうして規定された過熱が規定の値、たとえば５ケルビン（Kelvin）を超えると、ドレーン弁４６は、相応する温度データおよび圧力データを処理する制御装置によって開放される。この場合、ドレーン弁４６の開放時間もしくは開放度は、たとえば目下存在する過熱の、予め規定された限界値もしくは設定可能な限界値からの偏差に対して比例して決定され得る。
【００５８】
過熱は、たとえば以下の可能性により実際に決定することができる。本発明による冷媒回路では、エバポレータ２４の上流側と下流側とに、冷媒の温度および圧力を測定するための温度センサおよび圧力センサが設けられている。すなわち、センサ５０によりエバポレータ２４上流側の温度測定が可能となり、相応するセンサ５２によりエバポレータ２４下流側の冷媒温度Ｔ０２の検出が可能となる。相応する圧力センサ５４；５６により、エバポレータ２４の上流側もしくは下流側における圧力レベルの測定が可能となる。
【００５９】
エバポレータ２４の過熱を測定するためには、エバポレータ２４における冷媒の温度差、つまり流出温度から流入温度を差し引いた値（Ｔ０２−Ｔ０１）を測定することができる。択一的には、エバポレータ２４からの冷媒の流出圧Ｐ０２を測定し、かつ相応する相平衡温度Ｔ０２ｉｄｅａｌを計算により求め、そしてエバポレータ２４からの冷媒の流出温度Ｔ０２の直接的な測定を行うことが可能である。各コンポーネントの間の相応する圧力降下が既知の特性線に基づいて制御装置において計算により補償され得る場合には、択一的に低圧側における別の圧力、つまり膨張機構２０とコンプレッサ１２との間の圧力を利用することもできる。
【００６０】
図３に示したセンサのデータならびに本実施例には明確に記載されていないセンサのデータは、エアコンディショナの制御装置に供給される。この制御装置は、エバポレータ２４の過熱度を求めかつ、たとえば所定の特性線に相応してドレーン弁４６を制御することを可能にする。この制御装置は、たとえばエアコンディショナのエアコン制御装置の構成要素であってよい。
【００６１】
さらに、たとえばエアコンディショナの特定の運転点、たとえばエアコンディショナの始動時において、エバポレータ２４の実際の過熱により必要とされるよりも大きく弁を開放することも考えられる。こうして、一層迅速な圧力形成を達成することが可能となる。このことは、特に極めて低い温度の場合や、冷媒回路が熱ポンプモードで運転される場合に重要となる。
【００６２】
さらに、ドレーン弁４６は有利には、常にある程度のオイル含量を有している液状冷媒がアキュムレータから規則的に搬送されて、アキュムレータ内のオイル濃度増大が回避され得るように制御することもできる。
【００６３】
本発明による冷媒回路の択一的な実施例では、ドレーン弁４６が直接にアキュムレータ２８内に組み込まれているか、または１つの構成ユニットにまとめられていてもよい。この択一的な実施例では、アキュムレータ外部の付加的な接続管路もしくは接続手段４８が不要となる。
【００６４】
本発明による方法もしくは本発明による冷媒回路は、図示の実施例に限定されるものではない。
【００６５】
特に、エアコンディショナの本発明による冷媒回路もしくはエアコンディショナを運転するための本発明による方法は、冷媒としてのＣＯ２の使用に限定されるものではない。別の冷媒、たとえばＲ１３４ａも同じく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】公知先行技術による冷媒回路を示す概略図である。
【００６７】
【図２】図１に示した冷媒回路の液体分離器（アキュムレータ）を拡大して示す図である。
【００６８】
【図３】エアコンディショナの本発明による冷媒回路を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  冷媒回路
１２  コンプレッサ
１４  ガスクーラ
１６  オイルセパレータ
１８  熱交換器
２０  膨張機構
２２  膨張弁
２４  エバポレータ
２８  アキュムレータ
３０  Ｕ字形管
３２  開口
３４  接続手段
３６  バッフルプレート
３８  液状成分
４０  ガス状成分
４２  液面レベル
４４  開口
４６  弁
４８  接続手段
５０，５２  センサ
５４，５６  圧力センサ
【図１】
2005098691.tif 000003
【図２】
2005098691.tif 000004
【図３】
2005098691.tif 000005