CN103282735A - 制冷剂散热器 - Google Patents

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Abstract

一种用于热泵循环的制冷剂散热器(12)，包括多个管道(121)。管道(121)布置成满足下面的关系式：Re≥A×X6+B×X5+C×X4+D×X3+E×X2+F×X+G其中，θ是由流过所述管道(121)的制冷剂的流动方向与水平方向形成的倾斜角(°)；X为预定位置处的所述制冷剂的干燥度，其中在所述预定位置处流过所述管道(121)的制冷剂为气液两相制冷剂；以及Re是根据流过所述管道(121)的制冷剂的平均流速(m/S)确定的所述预定位置处的所述制冷剂的雷诺数。A至G由θ的函数表示，其抑制相应管道(121)中的制冷剂的不均匀的压力损失，以减小制冷剂散热器中被吹送的空气的温差。

Description

制冷剂散热器
相关申请的相互参考
本申请基于2010年12月28日提交的第2010-292599号和2011年12月21日提交第2011-280337号日本专利申请，上述专利文件的公开内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于使蒸汽压缩制冷循环中的制冷剂散热的制冷剂散热器。
背景技术
通常，蒸汽压缩制冷循环中的制冷剂散热器是已知的，其通过与空气换热使压缩机排出的高温高压制冷剂散热。例如，在专利文件1中公开的制冷剂散热器应用于车辆空调器。制冷剂散热器用作加热器，通过在压缩机排出的制冷剂与吹送进入作为被调节空间的车厢的吹入空气之间换热而加热吹入车厢的空气。
具体地，专利文件1中公开的制冷剂循环是所谓的超临界制冷剂循环，其使用二氧化碳作为制冷剂并且其中该循环的高压侧(从压缩的排放侧到减压装置的入口侧)的制冷剂的压力等于或高于制冷剂的临界压力。专利文件1中公开的制冷剂散热器在制冷剂无相变的超临界状态下使制冷剂散热。
制冷剂散热器包括设置在吹入空气流向的上风侧的换热部分和设置在其下风侧的另一换热部分。下风侧的换热部分允许压缩机排出的制冷剂从散热器的一端流向另一端，并且上风侧的另一换热部分允许制冷剂从散热器的所述另一端流向所述一端。此外，下风侧换热部分的换热能力设定为低于上风侧换热部分的换热能力。
当从吹入空气的流动方向上看去时，具有这种结构的制冷剂散热器在允许具有相对较高温度的制冷剂流过的一个换热部分叠加在允许具有相对较低温度的制冷剂流过的另一个换热部分上。因此，制冷剂散热器能够抑制制冷剂在流入下风侧换热部分之后直接地大幅度降温，以减少来自制冷剂散热器的吹入空气的温度差。
相关技术文件
专利文件
专利文件1
日本未审专利公开号第2004-125346号
然而，当专利文件1公开的制冷剂散热器应用于所谓的次临界制冷剂循环(其中，高压侧的制冷剂压力小于制冷剂的临界压力)中时，上述抑制不均匀温度分布的效果将不能够有效地显现出来。这是因为，当制冷剂在次临界制冷剂循环中的制冷剂散热器处散热时，制冷剂从具有过热度的气相变为气-液两相，并进一步变为具有过冷度的液相。
更具体地，在超临界制冷剂循环中，制冷剂散热器使保持在超临界状态的制冷剂辐射热量。流过制冷剂散热器的制冷剂辐射热量，同时以基本上特定的速率降低其温度。从而，与专利文件1中描述的一样，上风侧换热部分中的制冷剂的流动方向与下风侧换热部分中的制冷剂的流动方向相反，并且阻止制冷剂在流入下风侧换热部分之后急剧地降低其温度，并且从而它能够减少散热器的两个换热部分之间的吹入空气的差异。
相反，在次临界制冷剂循环中，流过制冷剂散热器的气相或液相的制冷剂在那里散热，同时降低其温度(即，同时降低温度和焓)，但气液两相的制冷剂在那里散热而不降低其温度(即，只减少焓)。
在从吹入空气的流动方向看去时，当用于气液两相状态的制冷剂的换热部分在空气的流动方向上叠加到用于气相状态或液相状态的制冷剂的另外的换热部分时，在某些情况下，将不能充分地抑制来自散热器的空气的温度分布的不均匀性。
发明内容
考虑到上述问题做出本发明，并且本发明的目的是减少用于与制冷剂换热并且从制冷剂散热器方向吹入的空气的温差，以使流过制冷剂散热器的制冷剂的相态变为气相状态、气液两相状态和液相状态。
本发明的公开内容是基于通过下面的试验和发明人做出的思考所获得的发现而提出的。本申请的发明人研究了应用于车辆空调器的次临界制冷剂循环的制冷剂散热器，特别是从制冷剂散热器吹来的空气的温度分布，其中所述制冷剂散热器用作与专利文件1中的加热器类型相同的加热器。
在这种类型的车辆空调器(随后将参照图4加以说明)中，被制冷剂散热器的驾驶员座椅侧换热部分加热的吹入空气被主要吹向驾驶员座椅，而被前乘客座椅侧的换热部分加热的吹入空气被主要吹向前乘客座椅。因此，水平方向上的吹入空气的温度的降低能够减少被吹向驾驶员座椅的空气与吹向前乘客座椅的空气之间的温差。
从应用于次临界制冷剂循环的制冷剂散热器中流过的制冷剂，当从散热器的入口侧流向出口侧时，由过热的气相制冷剂变为气液两相的制冷剂，以及过冷的液相制冷剂，这增加了制冷剂的密度。当在所述循环中循环的制冷剂的流量恒定时，流过散热器的制冷剂的质量流量变得恒定，这在相变时降低了制冷剂的速度。
在应用于次临界制冷剂循环的制冷剂散热器中，用于在吹入空气与具有与所述空气的温度相对不同温度的气相制冷剂之间换热的换热部分的比率，在整个换热部分中，在理论上将变大，从而制冷剂散热器可在宽的换热部分中使气相制冷剂散热。
发明人所采用的制冷剂散热器，是全路径型箱和管式换热器(多流换热器)，具有与随后参照图3(a)和3(b)描述的第一实施例的散热器相同的结构。该制冷剂散热器设置成：管道的纵向方向具有至少一个垂直定向的分量。随后，发明人研究了制冷剂散热器中的吹入空气的温度分布。本发明中使用的术语“具有至少一个垂直定向的分量的方向”意味着管道在与水平方向垂直的方向上延伸，或者相对于水平方向成角度。
管道的纵向方向具有至少一个垂直定向的分量的原因在于：当压缩机排出的制冷剂从用于制冷剂分布的集箱流入所有管道时，将在垂直方向上产生吹入空气的不均匀的温度分布，但能够抑制水平方向上的吹入空气的温差。在制冷剂散热器中，设有制冷剂入口的用于分布的集箱设置在下侧，并且设有制冷剂出口的用于收集的集箱设置在上侧。
接下来，将参照图8和9描述考虑的结果。如图8所示，发明人已经检查了制冷剂散热器的散热性能的变化，其中，所述变化是通过改变循环流过使用所述制冷剂散热器的制冷剂循环的制冷剂的流量Gr(即，流过制冷剂散热器的制冷剂的流量(kg/h))而获得的。
图8示出了相对于制冷剂流量Gr和吹入空气流量Va(m3/h)的变化的散热性能的变化。图8的水平轴中的制冷剂流量Gr的标度与吹入空气流量Va的标度代表了相应的流量，相应的流量平衡制冷剂散热器中的制冷剂的散热量和吹入空气的热吸收量。Gr和Va的关系可由下面的公式1近似地表示。
[公式1]
Gr＝-0.0002Va+0.1997Va+5.4994
图8示出了当流过管道的制冷剂的流动方向与从与吹入空气的方向垂直的方向看去的水平方向形成90°、60°和30°倾斜角θ(以度为单位)时每一个倾斜角的散热性能。同样，图8绘制了倾斜角θ为-90°时所获得的散热性能，其中分布集箱设置在上侧，收集集箱设置在下侧。倾斜角θ的定义将在下面的实施例中详细地提及。
从图8中可以看出，在所研究的制冷剂散热器中，随着制冷剂流量Gr的减少，散热性能极大地降低。为了确定散热性能降低的原因，如图9所示，发明人检查了在改变制冷剂流量Gr时从散热器吹来的吹入空气的温度分布。
在温度分布的检查中，制冷剂散热器的换热部分划分为16个区域(部分)。从每个划分的区域吹送来的吹入空气的平均温度被确定。此外，水平方向上一侧(图所在纸面的右侧)上的换热部分的8个区域的平均温度与水平方向上另一侧(图所在纸面的左侧)上的另外八个区域的平均温度之间的温差表示为左侧和右侧之间的平均温度的差ΔT。该左侧和右侧之间的平均温度的差ΔT可用作表示水平方向上吹入空气的温度分布的指标(index)。
在图9的例子(a)至(d)中，空气流量Va、制冷剂流量Gr、散热器12出口处的制冷剂的过热度SH、散热器12出口处的制冷剂的过冷度SC和流入散热器12的空气的温度Tain分别用参考字符Va、Gr、SH、SC和Tain简化表示。
图9示出：随着制冷剂流量Gr降低，换热部分中具有相对较低温度的区域的面积增大(见图9的例子(b)和(c)所示的换热部分中的被虚线包围的大致中间区域)。当制冷剂流量Gr进一步降低时，换热部分中具有相对较低温度的区域的面积增大(见图9的例子(d)所示的换热部分中的被虚线包围的纸面左侧的部分及大致中间区域)。
也就是说，随着流量Gr降低，换热部分中具有相对较低温度的区域，即，换热部分中不能充分加热吹入空气的区域的面积增大，导致整个制冷剂散热器的散热性能降低。如图9的例子(d)所示，换热部分中具有相对较低温度的区域的形成增加了左侧和右侧之间的平均温度的差ΔT，从而使水平方向上吹入空气的温度分布的均匀性恶化。
发明人还进一步研究并发现：制冷剂散热器的整个换热部分中形成具有相对较低温度的区域是由各个管道之间的制冷剂的冷凝度的差异导致的。
更具体地，气相制冷剂流入制冷剂散热器的每条管道，因此流入管道的制冷剂的分布是相对较好的，但由于包括集箱中的压力损失、流入制冷剂的惯性力等的影响，难以完全均匀地向所有管道分布制冷剂。即使空气相对均匀地流入散热器的所有换热部分，某些管道也会只会让较少的制冷剂流过。
在这种由允许较少制冷剂流过的管道组成的特定的换热区域中，流过管道的制冷剂相比于流过形成其他换热区域的管道的制冷剂更可能被冷凝。此时，当管道入口和出口之间的制冷剂的压力差随着制冷剂流量Gr的减少而减小时，冷凝的制冷剂的流量和速度进一步降低，导致冷凝的制冷剂难以从管道中流出。
因此，当冷凝的制冷剂附着在制冷剂通道的壁上或通过类似方式留在管道中时，形成所述特定的换热部分的管道的每个管道的制冷剂通道的面积相比于其他区域中的管道的制冷剂通道的面积将变窄，这增加了附着有制冷剂的管道中的制冷剂的压力损失。结果，与形成其他区域的管道相比，形成所述特定换热部分的管道较少可能允许压缩机排出的高温制冷剂流入，这样可能形成具有相对较低温度的特定的换热部分(下文中称为“低温区域”)。
发明人还检查了形成低温区域的管道中的制冷剂的压力损失，并发现：形成低温区域的管道的压力损失是由留在管道中的冷凝的制冷剂导致的。接下来，发明人注意到了除用作将制冷剂推送出来的能量源的制冷剂流速U之外的以下因素：
(1)压力损失的增加归因于冷凝的制冷剂导致的粘度μ的增加；和
(2)压力损失的减少归因于冷凝的制冷剂导致的密度ρ的减小。
此外，发明人还注意到了在允许制冷剂在管道中从下侧流向上侧的制冷剂散热器中的下述因素：
(3)基于作用在冷凝的制冷剂上的重力计算的压力损失的增加。
也就是说，通过考虑和控制作为用于计算制冷剂的流速U、粘度μ、密度ρ和作用在冷凝的制冷剂上的重力所需参数的倾斜角θ，可将形成低温区域的管道121中的制冷剂压力的损失设定为等于形成其他区域的管道中的压力损失，以抑制具有相对较低温度的特定换热部分的形成。
基于上述发现，通过使用倾斜角θ和雷诺数(其被定义为用制冷剂的流速U、粘度μ、密度ρ表示的惯性力与粘性力之比)进行模拟计算，发明人已经计算出了能够抑制具有相对较低温度的特定换热部分形成的制冷剂散热器的配置条件，并随后用近似公式表达了结果。
制冷剂散热器配置条件的计算采用流过管道的制冷剂的平均流速作为制冷剂流速U。流入制冷剂散热器的制冷剂是在2MPa压力下具有45℃过冷度的气相制冷剂，并且流入散热器的空气的流量在20℃下为200m3/h。用于确定上述公式(1)中的压力损失的增加所需的气液两相流体的粘度μm可通过使用由下述公式(2)表述的泰勒公式(Taylor formula)确定：
[公式2]
μ＝μ1{1+2.5αg(ρ1-ρg)/ρ1}
μm：气液两相流体的粘度
μ1：液相流体的粘度
αg：空隙率
ρ1：液相流体的密度
ρg：气相流体的密度
用于泰勒公式的气液两相流体的空隙率αg可通过使用由下述公式3表达的利维公式(Levy formula)(利维动量最小模型)确定：
[公式3]
(1-αg)/αg·x/(1-x)＝(ρg/ρ1)1/2
x：干燥度
αg：空隙率
ρ1：液相流体的密度
ρg：气相流体的密度
结果，在倾斜角(θ)为0＜θ≤90°时，也就是说，在允许制冷剂从管道的下侧流向上侧的制冷剂散热器中，由下述公式4表达的配置条件被设定，从而，形成低温区域的管道中的制冷剂的压力损失等于形成其他区域的管道中的制冷剂的压力损失，这样可在换热部分中抑制具有相对较低温度的区域的形成。
[公式4]
Re≥A×X6+B×X5+C×X4+D×X3+E×X2+F×X+G
A＝-0.0537×θ2+9.7222×θ+407.19
B＝-(-0.2093×θ2+37.88×θ+1586.3)
C＝-0.3348×θ2+60.592×θ+2538.1
D＝-(-0.2848×θ2+51.53×θ+2158.2)
E＝-0.1402×θ2+25.365×θ+1062.8
F＝-(-0.0418×θ2+7.5557×θ+316.46)
G＝-0.0132×θ2+2.3807×θ+99.73
基于上述发现，根据本发明的第一方面，一种用于蒸汽压缩制冷循环的制冷剂散热器，该制冷剂散热器适于在被蒸汽压缩制冷循环的压缩机压缩的高温高压制冷剂与吹入空气调节空间中的空气之间换热，藉此使具有过热度的气相制冷剂散热，以将所述气相制冷剂转化为具有过冷度的液相制冷剂。所述制冷剂散热器包括：多条管道，其允许所述制冷剂由上侧向下侧流过；第一集箱，其连接到所述管道的端部以分布所述制冷剂使之流入至少一部分所述管道中；和第二集箱，其连接到所述管道的另外端部以用于收集从至少一部分所述管道流出的制冷剂。当制冷剂的相变在制冷剂散热器的允许所述制冷剂由上侧向下侧流过的管道中发生时，本发明的制冷剂散热器能够抑制管道中的制冷剂的不均匀的压力损失。因此，本发明的制冷剂散热器能够防止在制冷剂散热器的整个换热部分中形成具有相对较低温度的特定换热部分。
例如，根据本发明的第二方面，在满足关系式62.42≤Re≤1234的区域(其中流过管道的制冷剂流变为强制对流)中使用的制冷剂散热器理想地为允许制冷剂从上侧向下侧流过管道且不需要考虑基于作用在冷凝的制冷剂上的重力计算的压力损失的增加的制冷剂蒸发器。
根据本发明的第三方面，一种制冷剂散热器用于蒸汽压缩制冷循环，并且适于在被蒸汽压缩制冷循环的压缩机压缩的高温高压制冷剂与吹入空气调节空间中的空气之间换热，藉此使具有过热度的气相制冷剂散热，以将所述气相制冷剂转化为具有过冷度的液相制冷剂。所述制冷剂散热器包括允许制冷剂流过的多条管道，并且所述管道在垂直于水平方向或者相对于水平方向成角度的方向上延伸。此外，所述管道设置成满足以下关系式：
Re≥A×X6+B×X5+C×X4+D×X3+E×X2+F×X+G
A＝-0.0537×θ2+9.7222×θ+407.19
B＝-(-0.2093×θ2+37.88×θ+1586.3)
C＝-0.3348×θ2+60.592×θ+2538.1
D＝-(-0.2848×θ2+51.53×θ+2158.2)
E＝-0.1402×θ2+25.365×θ+1062.8
F＝-(-0.0418×θ2+7.5557×θ+316.46)
G＝-0.0132×θ2+2.3807×θ+99.73
其中θ(°)是流过所述管道的制冷剂的流动方向与水平方向形成的倾斜角；X为预定位置处的所述制冷剂的干燥度，其中在所述预定位置处流过所述管道的制冷剂为气液两相制冷剂；Re是根据流过所述管道的制冷剂的平均流速(m/S)确定的所述预定位置处的所述制冷剂的雷诺数，并且
其中随着流过所述管道的制冷剂的流动方向由垂直向下变为垂直向上，所述倾斜角(θ)在大于0°并且不大于90°的范围内变化(0＜θ≤90°)。
因此，对于0＜θ≤90°的倾斜角(θ)而言，即，在允许制冷剂在管道中由下侧向上侧流过的制冷剂散热器中，即使流过管道的制冷剂发生相变，也能够通过考虑包括制冷剂的流速、粘度、密度和倾斜角(θ)的参数抑制各个管道中的制冷剂的不均匀的压力损失。本发明的制冷剂散热器能够在制冷剂散热器的整个换热部分中抑制形成具有相对较低温度的特定换热部分。
结果，即使在制冷循环中循环的制冷剂的流量改变以及流过管道的制冷剂的流速改变，这种配置也能够抑制制冷剂散热器的散热性能的降低，并且还能够抑制被制冷剂散热器加热和吹送的空气在水平方向上温度分布的不均匀性。
这里使用的术语“预定位置”可以是任意位置，只要流过管道的制冷剂在该位置为气液两相制冷剂。也就是说，甚至流过管道的制冷剂的干燥度(X)发生变化，也使用干燥度(X)计算雷诺数(Re)，其即使使用任意位置作为所述预定位置，也能够防止形成具有相对较低温度的特定换热部分。
这里使用的术语“管道在具有至少一个被垂直地定向的分量的方向上延伸”，指的不仅仅是整个管道垂直地延伸，也包括管道的一部分垂直地延伸。
根据本发明第四方面的制冷剂散热器还可包括设置在每个所述管道的至少一端侧的集箱，所述集箱在管道的叠置方向上延伸，并且适于接收或分布所述制冷剂。
在使用集箱收集或分布流过管道的制冷剂的多流换热器结构中，流过每个管道的制冷剂的流量趋向于根据设置在集箱中的制冷剂的入口和出口的位置变化，并且从而它将引起吹入空气的温度分布。因此能够降低吹入空气温度差异的配置条件被应用于这种制冷剂散热器结构，并且它是非常有效的。
根据本发明的第五方面，管道包括允许制冷剂从下侧向上侧流过的第一管道组，和允许所述制冷剂由上侧向下流过的第二管道组。
在本发明第六方面的制冷剂散热器中，所述集箱的内部空间分隔成多个空间，并且一个分隔的空间设有制冷剂入口以允许气相制冷剂流入所述一个分隔的空间，以及另一分隔的空间设有制冷剂出口以允许液相制冷剂从该另一分隔的空间流出。
在本发明第七方面的制冷剂散热器中，管道沿空气的流动方向布置。上风侧和下风侧的一个换热部分定义为允许具有过热度的制冷剂流过的区域(过热区域)，下风侧的另一换热部分定义为允许具有过冷度的制冷剂流过的区域(过冷区域)。当从吹入空气的流动方向看去时，过热区域和过冷区域彼此叠置，这可减小垂直方向上的吹入空气的温差。
在本发明第八方面的制冷剂散热器中，流过所述管道的制冷剂的流动方向可以相同。
在本发明第九方面的制冷剂散热器中，所述制冷循环可以用于车辆空调器，并且所述空气调节空间可以是车辆的内部。
因此，本发明的散热器可减少吹入空气的水平方向上的温差，尤其是，吹向驾驶员座椅的空气与吹向前乘客座椅的空气之间的温差。
附图说明
通过结合附图阅读下面本发明的详细说明，本发明的上述和其他目的、结构和优点将变得显而易见，其中所述附图分别为：
图1是整体结构示意图，示出了根据第一实施例的加热操作的热泵循环的制冷剂流路；
图2是整体结构示意图，示出了根据第一实施例的冷却操作的热泵循环的制冷剂流路；
图3(a)是第一实施例中制冷剂散热器的前视图，图3(b)是图3(a)中所示的制冷剂散热器的侧视图；
图4是第一实施例中的制冷剂散热器的配置状态的示意图；
图5(a)是第二实施例中制冷剂散热器的前视图，图5(b)是图5(a)中所示的制冷剂散热器的侧视图；
图6(a)是第三实施例中制冷剂散热器的前视图，图6(b)是图6(a)中所示的制冷剂散热器的侧视图；
图7(a)是第四实施例中制冷剂散热器的前视图，图7(b)是图7(a)中所示的制冷剂散热器的侧视图；
图8是供申请人考虑的、示出散热性能相对于制冷剂散热器的制冷剂流量和空气流量的变化的变化的曲线图；
图9是供申请人考虑的、示出在制冷剂散热器中温度分布的试验的结果的示意图；以及
图10是供申请人考虑的、示出雷诺数(Reynolds number)或格兰晓夫数(Grashof number)相对于制冷剂散热器中的制冷剂流量的变化的曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图描述实施本发明的一些实施例。与在先实施例中所描述的构件相对应的每个实施例中的相同或等同部分用相同的附图标记表示，并且关于它的重复的说明将被省略。当每个实施例中只有一部分结构被说明时，该结构的其他部分可适用在先实施例的描述。部件的组合不限于每个实施例中所特别描述的那些。即便是在说明书中未明确建议的组合，只要这些组合不会导致问题产生，实施例就可以被部分地结合起来。
第一实施例
本发明的第一实施例将参照图1-4加以描述。在本实施例中，本发明的具有制冷剂散热器12的热泵循环10(蒸汽压缩制冷循环)被应用于车辆空调器1。图1是本实施例中车辆空调器1的整体结构示意图。车辆空调器1不仅可应用于通常的从发动机(内燃机)获取行进驱动力的发动机车辆，还可应用于其他各种类型的车辆，例如混和动力车辆或电动车。
车辆空调器1中的热泵循环10用于加热或冷却车厢中的吹入空气，其中所述吹入空气将被吹送进入作为空气调节空间的车辆内部。即，热泵循环10可在制冷剂路径之间切换，藉此执行加热操作(加热器操作)和冷却操作(冷却器操作)。通过加热车厢中作为换热流体的吹入空气执行所述加热操作以加热车辆内部。通过冷却车厢中的吹入空气执行冷却操作以冷却车辆内部。
在示出了热泵循环10的图1和2的整体结构示意图中，加热操作中的制冷剂流和冷却操作中的制冷剂流分别由实线表示。
本实施例中的热泵循环10采用基于HFC的制冷剂(尤其是，R134a)作为制冷剂，并形成高压侧制冷剂压力不超过制冷剂临界压力的次临界制冷循环。也可以采用基于HFO的制冷剂(尤其是，R1234yf)，只要制冷剂能够形成次临界制冷循环。用于润滑压缩机11的制冷剂机油被混入制冷剂，并且制冷剂机油的一部分与制冷剂一起在制冷循环中循环。
压缩机11设置在发动机舱中，并且用于在热泵循环10中吸入、压缩和排出制冷剂。压缩机是电动压缩机，其使用电动机11b驱动具有固定排量的定容压缩机11a。特别地，各种类似的压缩机构，例如螺旋式压缩机构或叶片式压缩机构，都可用作定容压缩机11a。
电动机11b可以是交流电机或直流电机，其操作(转数)可由之后加以描述的空气调节控制器输出的控制信号控制。控制电动机11b的转数，可以改变压缩机11的制冷剂排量。因此，在当前实施例中，电动机11b用作压缩机11的排量变化部分。
压缩机11的制冷剂排出口连接到制冷剂散热器12的制冷剂入口侧。制冷剂散热器12设置在随后描述的车辆空调器1的室内空气调节单元30的外壳31中。制冷剂散热器是用于加热的换热器，其在流过它的高温高压制冷剂与已经流过制冷剂蒸发器20(将随后加以描述)的车厢内的吹入空气之间换热。制冷剂散热器12和室内空气调节单元20的具体结构将随后加以描述。
加热用固定节流阀13连接到制冷剂散热器12的制冷剂出口侧。固定节流阀13用作加热操作的减压部分，在加热操作中用于减压和膨胀来自制冷剂散热器12的制冷剂。加热用固定节流阀13可使用孔板、毛细管等。加热用固定节流阀13的出口侧连接到室外换热器16的制冷剂入口侧。
用于固定节流阀的旁通通道14连接到制冷剂散热器12的制冷剂入口侧。旁通通道14使来自制冷剂散热器12的制冷剂绕过加热用固定节流阀13并引导制冷剂进入室外换热器16。用于打开和关闭所述固定节流阀的旁通通道14的开/关阀15a设置在固定节流阀的旁通通道14中。开/关阀15a是电磁阀，它的开关操作由空气调节控制器输出的控制电压控制。
与制冷剂流过加热用固定节流阀13导致的压力损失相比，制冷剂流过开/关阀15a所导致的压力损失极小。因此，当开/关阀15a打开时，制冷剂从制冷剂散热器12经由固定节流阀的旁通通道14流入室外换热器16。相反，当开/关阀15a关闭时，制冷剂经由加热用固定节流阀13流入室外换热器16。
因此，开/关阀15a可在热泵循环10的制冷剂流路之间切换。本实施例中的开/关阀15a用作制冷剂流路切换部分。可替换地，作为制冷剂流路切换部分，电动三通阀或类似物也可用于在将制冷剂散热器12的出口侧连接到加热用固定节流阀13的入口侧的制冷剂回路与将制冷剂散热器12的出口侧连接到固定节流阀的旁通通道14的入口侧的另一制冷剂回路之间切换。
室外换热器16用于在流过它的低压制冷剂与由鼓风机17吹送的外部空气之间换热。此外，室外换热器16设置在发动机舱中，并且是用作蒸发器的换热器，用于蒸发所述低压制冷剂以在加热操作中展现出热吸收效果，并且还作为散热器，用于在冷却操作中辐射高压制冷剂的热量。
鼓风机17是电力鼓风机，其运行率，即其转数(吹入空气的量)可由空气调节控制器输出的控制电压控制。室外换热器16具有连接到电力三通阀15b的出口侧。三通阀15b的操作被空气调节控制器输出的控制电压控制，并且与上述开/关阀15a一起用于制冷剂流路切换。
更具体地，在加热操作中，三通阀15b执行制冷剂流路的切换以将室外换热器16的出口侧连接到随后将描述的聚积器(accumulator)18的入口侧。相反，在冷却操作中，三通阀15b执行制冷剂流路的切换以将室外换热器16的出口侧连接到冷却用固定节流阀19的入口侧。
冷却用固定节流阀19用作冷却操作的减压部分，用于在冷却操作中减压和膨胀来自室外换热器16的制冷剂。固定节流阀19具有与上述加热用固定节流阀13相同的基本结构。冷却用固定节流阀19的出口侧连接到作为室内蒸发器的制冷剂蒸发器20的制冷剂入口侧。
制冷剂蒸发器20在室内空气调节单元30的外壳31中相对于制冷剂散热器12设置在空气流的上游侧。制冷剂蒸发器20是用于冷却的换热器，其在车厢内的吹入空气与流过它的制冷剂之间换热，藉此冷却车辆内部的吹入空气。蒸发器20的制冷剂出口侧连接到聚积器18的入口侧。
聚积器18是用于低压侧制冷剂的气液分离器，其将流入它的制冷剂分离成液相和气相，并在其中储存循环中的过量制冷剂。聚积器18的蒸汽相制冷剂出口连接到压缩机11的吸入侧。因此，聚积器18用于抑制压缩机11对于液相制冷剂的吸入，从而防止压缩机11的液体压缩。
接下来参照图3(a)和3(b)描述制冷剂散热器12的详细结构。图3(a)是制冷剂散热器12的前视图，图3(b)是图3(a)的示例性的侧视图。为便于理解，图3(b)省略了对于随后将要描述的入口侧连接器122a和出口侧连接器123a的图示。
图3(a)所示的垂直箭头指示了安装在室内空气调节单元30的外壳31内的制冷剂散热器12的相应的向上和向下的方向。之后的附图也具有相同的设定。
具体地，如图3(a)和3(b)所示，制冷剂散热器12包括多条管道121和一对集箱122和123，从压缩机11排出的高温高压制冷剂流过所述多条管道121，一对集箱122和123设置在管道121的纵向方向上的两侧上用于收集和分布流过管道121的制冷剂。制冷剂散热器12是全路径型多流换热器，其中流过每个管道121的制冷剂的流动方向是相同的。
管道121由具有优异传导性的金属(例如铝合金)制成，并且是在与流过它的制冷剂的流动方向垂直的方向上具有平坦横截面的平坦管道。此外，管道121的平坦外表面(平面)设置成与车厢内的吹入空气的流动方向X平行。管道121还可由具有单个或多个孔的平坦管道形成。管道121理想地由具有以圆直径计为0.5至1.5mm的直径de(4×流路截面积×流动路径湿侧的长度)的制冷剂流路构成。
管道121在水平方向上叠置，从而管道121的平坦表面彼此平行。用于供车厢内的吹入空气从中流过的空气通道形成在相邻的管道121之间。同样，用于促进制冷剂与车厢中的吹入空气之间的换热的散热片124设置在相邻管道121之间。
每个散热片124是波状散热片，通过将由与管道121相同材料制成的薄板弯曲成波状而制成。散热片124的顶部焊接到管道121的平坦表面。尽管为了便于理解，图3(a)只示出了散热片124的一部分，但每个散热片124都设置成遍及相邻管道121之间的基本整个区域。
集箱122和123是在管道121的叠置方向(在本实施例中为水平方向)上延伸的圆柱形元件。在本实施例中，在将制冷剂散热器12安装在室内空气调节单元30的外壳31的内侧的情况下，下集箱用作分布制冷剂的集箱122，上集箱用作收集制冷剂的集箱123。
每个集箱122和123由分离型集箱构成，并且所述分离型集箱由与管道121相同的材料形成。集箱形成为圆柱形形状，并且包括沿纵向方向焊接到每个管道121的端部的板，和与所述板结合在一起的箱元件。可替换地，集箱122和123可由圆柱形元件或类似物形成。
入口侧连接器122a设置在用于分布制冷剂的下集箱122的一端。连接器122a用作与压缩机11的排出口连接的部分。连接器122a设有允许制冷剂流入集箱122的制冷剂入口。集箱122的另一端用作封闭元件的箱盖122b封闭。
出口侧连接器123a设置在用于收集制冷剂的上集箱123的一端。连接器123a用作与加热用固定节流阀13的入口侧以及固定节流阀的旁通通道14的入口侧连接的连接部分。连接器123a设有允许制冷剂从集箱123流出的制冷剂出口。集箱123的另一端被用作封闭元件的箱盖123b封闭。
从而，在制冷剂散热器12中，如图3(a)的粗箭头所示，压缩机11排出的制冷剂经由入口侧连接器122a流入用于制冷剂分布的集箱122，并且随后被分布进入管道121。进入每个管道121的制冷剂在流过管道121的同时与车厢中的吹入空气换热，并随后从管道121流出。从管道121流出的制冷剂经由出口侧连接器123a汇集到用于制冷剂收集的集箱123。即，制冷剂通过管道121从下侧流向上侧。
此时，如上所述，本实施例的热泵循环10形成次临界制冷循环，从而流过每条管道121的制冷剂在管道121内与车辆内部的吹入空气换热的同时，从具有过热度的气相制冷剂依次变为气液两相制冷剂和具有过冷度的液相制冷剂。
在本实施例的制冷剂散热器12中，如图3(b)所示，管道121设置成：管道的纵向方向相对于水平方向倾斜。即，管道121的纵向方向具有垂直地定向(沿上-下方向)的至少一个分量。简言之，流过每个管道121的制冷剂的流向相对于水平方向是倾斜的或垂直的。
本实施例定义了倾斜角θ(-90°≤θ≤90°)，作为形成于以制冷剂散热器12的制冷剂流上游侧(在本实施例中为用于制冷剂分布的集箱122)为起点朝向制冷剂流下游侧(在本实施例为用于制冷剂收集的集箱123)的延长线与在水平方向上以散热器12的制冷剂流上游侧作为起点的另一条延长线之间形成的角度。
即，随着流过管道121的制冷剂从水平方向变为垂直向上的方向，倾斜角θ从0至90°变化。例如，当流过管道121的制冷剂的流动方向定向在水平方向上时，倾斜角变为零(倾斜角θ＝0°)。当制冷剂的流动方向垂直向上定向时，倾斜角变为90°(倾斜角θ＝90°)。此外，当制冷剂的流动方向垂直向下定向时，倾斜角变为-90°(倾斜角θ＝-90°)。
在本实施例中，当X为预定位置(在该位置上，流过管道121的制冷剂为气液两相制冷剂)中的制冷剂的干燥度时，制冷剂散热器12设置成满足上述公式4，并且Re为根据流过管道121的制冷剂的平均流速(以m/S为单位)确定的制冷剂的雷诺数。
本实施例中的制冷剂散热器12的上述预定位置可以是任意的，只要在该预定位置处流过管道121的制冷剂为气液两相制冷剂。例如，该预定位置可以是管道121的制冷剂流的下游侧的部分，或管道121的更加靠近用于收集制冷剂的集箱123而非用于分布制冷剂的集箱122的部分。
接下来描述室内空气调节单元30。室内空气调节单元30设置在车厢的前部的仪表板(仪表盘)内侧。单元30在形成外围的外壳31中容纳鼓风机32、前述制冷剂散热器12和制冷剂蒸发器20。
外壳31形成空气通道，供车厢内的吹入空气吹送进入车辆内部。外壳31由具有一定弹性度和优秀强度的树脂(例如聚丙烯)制成。用于在车厢中的空气(内部空气)与外部空气之间切换的内部/外部空气开关33设置在外壳31中的车辆内部吹送空气流的最上游侧。
内部/外部空气开关33设有用于引导内部空气进入外壳31的内部空气入口，和用于引导外部进入那里的外部空气入口。内部/外部空气切换门设置在内部/外部空气开关33内，以持续地调节内部空气入口和外部空气入口的开口面积，从而改变内部空气与外部空气量之比。
用于吹送经由内部/外部空气开关33吸入的空气的鼓风机32设置在内部/外部空气开关33的空气流的下游侧上。鼓风机32是电动鼓风机，其包括电动机驱动的离心式多叶片风扇(西罗克风扇)，并且其转数(吹入空气的量)由空气调节控制器输出的控制电压控制。
制冷剂蒸发器20和制冷剂散热器12相对于车厢中的吹入空气流按照该次序设置在鼓风机32的空气流的下游侧。简言之，制冷剂蒸发器20相对于制冷剂蒸发器12设置在车厢中的吹送空气的流动方向的上游侧。
空气混和门34设置在制冷剂蒸发器20的空气流的下游侧和制冷剂散热器12的空气流的上游侧。空气混和门34调节已经流过制冷剂蒸发器20的吹入空气中流过制冷剂散热器12的空气量的比率。混和空间35设置在制冷剂散热器12的空气流的下游侧，以将与制冷剂换热并被制冷剂散热器12加热的吹入空气与绕过制冷剂散热器12而未被加热的吹入空气混和起来。
用于将在混和空间35中混和的调节空气吹送进入作为待冷却空间的车辆内部的开孔设置在外壳31的空气流的最下游侧。特别地，所述开孔(未示出)包括用于将调节空气吹向车厢中的乘客的上半身的面部开孔，用于将调节空气吹向车厢中的乘客的脚部的脚部开孔，和用于将调节空气吹向车辆的挡风玻璃内侧的除雾器开孔。
空气混和门34调节流过制冷剂散热器12的空气的流量，藉此调节在混和空间35中混和的调节空气的温度，从而控制吹向每个开孔的调节空气的温度。即，空气混和门34用作温度调节部分，用于调节吹送进入车辆内部的调节空气的温度。
简言之，空气混和门34用作换热量调节部分，用于调节制冷剂散热器12中在车厢中的吹入空气与由压缩机11排出的制冷剂之间交换的热量。空气混和门34由伺服电机(未示出)驱动，该电机的操作可基于空气调节控制器输出的控制信号加以控制。
面部开孔、脚部开孔和除雾器开孔，在其相应的空气流上游侧，分别具有用于调节面部开孔的开口面积的面部门、用于调节脚部开孔的开口面积的脚部门和用于调节除雾器开孔的开口面积的除雾器门(所有门均未示出)。
所述面部门、脚部门和除雾器门用作开孔模式切换部分，用于在开孔模式之间切换。由伺服电机(未示出)驱动的门的操作可基于空气调节控制器示出的控制信号通过使用连杆机构或类似物加以控制。
相反，面部开孔、脚部开孔和除雾器开孔的空气流的下游侧，通过形成相应空气通道的风道分别连接到位于车厢中的面部空气出口、脚部空气出口和除雾器空气出口。例如，如图4所示，面部开孔通向在水平方向上位于仪表盘P的中间位置的前方面部空气出口P1，以及通向在水平方向上的设置在仪表盘P的两个端部的侧方面部空气出口P2。
从图4中可以看出，前方面部空气出口P1和侧方面部空气出口P2分别设置在驾驶员座位和前乘客座位的位置。例如，在加热操作中，被制冷剂散热器12的驾驶员座椅侧上的换热部分加热的吹入空气主要吹向驾驶员座椅，而被乘客座椅侧上的换热区域加热的吹入空气主要吹向前乘客座椅。
接下来描述本实施例的电子控制器。空气调节控制器由已知的包括CPU、ROM和RAM及其外围电路的微型计算机构成。控制器控制通过基于存储在ROM中的空气调节控制程序执行各种操作和处理每个连接到其输出端的各种空气调节控制器11、15a、15b、17和32的操作。
用于空气调节控制的各种传感器构成的组连接到空气调节控制器的输入侧。所述传感器包括用于检测车辆内部温度的内部空气传感器、用于检测外部空气温度的外部空气传感器、用于检测车辆内部中的太阳辐射量的太阳辐射传感器、和用于检测来自制冷剂蒸发器20的空气的温度(蒸发器温度)的蒸发器温度传感器。并且，所述传感器还可包括用于检测压缩机11排出的制冷剂的温度的泄放制冷剂温度传感器，和用于检测室外换热器16的出口侧上的制冷剂温度的出口制冷剂温度传感器。
在车厢前部设置在仪表板附近的操作面板(未示出)连接到空气调节控制器的输入侧。操作信号由位于操作面板上的各种类型的空气调节操作开关输入。位于操作面板上的各种类型的空气调节操作开关包括车辆空调器的操作开关，用于设定车辆内部温度的车辆内部温度设定开关，和用于选择操作模式的选择开关。
空气调节控制器包括彼此集成在一起的用于控制压缩机11的电动机11b的控制部分、开关阀15a、三通阀15b和其他类似物，并且该空气调节控制器设计成控制这些构件的操作。在本实施例的空气调节控制器中，用于控制压缩机11的操作的结构(硬件和软件)用作制冷剂排量控制部分。用于控制形成制冷剂流路切换部分的装置15a和16b的操作的结构用作制冷剂流路控制部分。
接下来描述本实施例中具有上述结构的车辆空调器1的操作。如上所述，本实施例的车辆空调器1可执行用于加热车辆内部空间的加热操作和用于冷却车辆内部空间的冷却操作。现在将在下文中说明每种操作。
(a)加热操作当在操作面板的操作开关打开(ON)的情况下通过选择开关选择加热操作模式时，加热操作启动。在加热操作中，空气调节控制器关闭开/关阀15a，并且将三通阀15b切换至将室外换热器16的出口侧连接到聚积器18的入口侧的制冷剂流路。从而，热泵循环10切换至允许制冷剂如图1中的实线箭头所示流动的制冷剂流路。
具有上述制冷剂流路的空气调节控制器读取用于空气调节控制的上述传感器组的信号和来自操作面板的操作信号。基于检测信号和操作信号，计算出目标出口空气温度TAO，作为吹送进入车辆内部的空气的目标温度。此外，基于计算出的目标出口空气温度TAO和来自传感器组的检测信号，连接到空气调节控制器的各种空气调节控制构件的操作状态被确定。
例如，压缩机11的制冷剂排量，即向压缩机11的电动机输出的控制信号按照下述方式确定。首先，基于目标出口空气温度TAO并参照预先储存在空气调节控制器中的控制图确定制冷剂蒸发器20的目标蒸发器出口空气温度TEO。
基于目标蒸发器出口空气温度TEO和由蒸发器温度传感器检测到的来自蒸发器传感器20的被吹送的空气的温度之间的偏差，被输出至压缩机11的电动机的控制信号确定，从而通过使用反馈控制方法，使来自蒸发器传感器20的被吹送的空气的温度接近目标蒸发器出口空气温度TEO。
被输出至空气混和门34的伺服电机的控制信号是基于目标出口空气温度TAO、来自蒸发器传感器20的被吹送的空气的温度、和由制冷剂温度传感器检测的压缩机11排出的制冷剂的温度确定的，从而吹送进入车辆内部的空气的温度变成乘客通过使用车辆内部温度设定开关设定的理想温度。
如图1所示，在加热操作过程中，空气混和门34的开度可以被控制，从而由鼓风机32吹送的车辆内部吹入空气流过制冷剂散热器12。
接下来，按照上述方式确定的控制信号输出至各种空气调节控制构件。其后，控制程序在每个预定的控制循环重复执行，直到通过操作面板发出车辆空调器的停止请求。控制程序包括一系列处理操作：上述检测信号和操作信号的读取、目标出口空气温度TAO的计算、各种空气调节控制构件的操作状态的确定、和按照上述次序的控制电压和控制信号的输出。控制程序的这种重复在冷却操作中基本上是以相同的方式执行的。
在加热操作的热泵循环10中，压缩机11排出的高压制冷剂流入制冷剂散热器12。流入制冷剂散热器12的制冷剂与由鼓风机32吹送的车辆内部吹入空气通过制冷剂蒸发器20换热，以在那里散热，从而车厢中的吹入空气被加热。
因为开/关阀15a关闭，从制冷剂散热器12流出的高压制冷剂流入加热用固定节流阀13，以通过该节流阀减压和膨胀。被加热用固定节流阀13减压和膨胀的低压制冷剂流入室外换热器16。流入室外换热器16的低压制冷剂从由鼓风机17吹送的外部空气中吸收热量，以使其自身蒸发。
三通阀15b切换至将室外换热器16的出口连接到聚积器18的入口的制冷剂流路，从而从户外换热器16流出的制冷剂流入聚积器18以分离为气相和液相。聚积器18分离出来的气相制冷剂被压缩机11再次吸入和压缩。
如上所述，在加热操作中，车厢中的吹入空气被制冷剂散热器12用压缩机11排出的制冷剂中所包含的热量加热，这样能够对作为空气调节空间的车辆内部执行加热操作。
冷却操作
当在操作面板的操作开关打开(ON)的情况下由选择开关选择冷却操作模式时，冷却操作启动。在冷却操作中，空气调节控制器打开开/关阀15a，并且将三通阀15b切换至将室外换热器16的出口侧连接到冷却用固定节流阀19入口侧的制冷剂流路。从而，热泵循环10切换至使制冷剂按照图2中的实线箭头所示流动的制冷剂流路。
在冷却操作的热泵循环10中，压缩机11排出的高压制冷剂流入制冷剂散热器12并且与被鼓风机32吹送并已经流过制冷剂蒸发器20的车厢内吹入空气换热，以在那里散热。由于开关阀15a打开，因此流出制冷剂散热器12的高压制冷剂经由固定节流阀的旁通通道14流入室外换热器16。
流入室外换热器16的低压制冷剂还向由鼓风机17吹送的外部空气散热。三通阀15b切换至将室外换热器16的出口侧连接到冷却用固定节流阀19的入口侧的制冷剂流路，从而流出室外换热器16的制冷剂被冷却用固定节流阀19减压和膨胀。
从冷却用固定节流阀19流出的制冷剂流入制冷剂蒸发器20，并从由鼓风机32吹送的车厢内吹入空气中吸收热量，以蒸发其自身。通过这种方式，车厢内的吹入空气可以被冷却。从制冷剂蒸发器20流出的制冷剂流入聚积器18，并随后被聚积器18分离成液相和气相。
被聚积器18分离出来的气相制冷剂被压缩机11再次吸入和压缩。如上所述，在冷却操作中，低压制冷剂从车厢内的吹入空气中吸收热量并在制冷剂蒸发器20中蒸发其自身，从而冷却车厢内的吹入空气，这样即可实现车辆内部的冷却。
在冷却操作过程中，当乘客通过使用车辆内部温度设定开关将温度设定为高于车辆内部温度，空气混和门34的开度被调节，从而车厢内的吹入空气的温度比车辆内部温度高。在这种情况下，制冷剂蒸发器20可冷却车厢内的吹入空气并减少绝对湿度以实现车辆内部的减湿和加热。
如上所述，本实施例的车辆空调器1可在热泵循环10的制冷剂流路之间执行切换，以执行加热操作、冷却操作、以及减湿和加热操作。
在本实施例中，制冷剂散热器12布置在室内空气调节单元30中，以满足上述公式4所表达的关系。这种将参数(包括制冷剂的流速U、粘度μ和密度ρ，以及倾斜角θ)考虑进去的配置能够防止冷凝的制冷剂停留在特定的管道121甚至制冷剂散热器12中，停留导致流过管道121的制冷剂发生相变。
因此，本实施例能够抑制由流过管道121的制冷剂导致的不均匀的压力损失，从而防止在制冷剂散热器的换热部分中形成具有相对较低温度的特定换热部分。结果，即使热泵循环10的空气调节载荷等改变流过管道121的流速，也能够抑制制冷剂散热器12的散热性能的降低，以减少被制冷剂散热器12加热和吹送的空气沿水平方向上的温度分布的不均匀性。
如上所述，在本实施例的车辆空调器1中，被制冷剂散热器12的驾驶员座椅侧换热部分加热的空气主要吹向驾驶员座椅，而被前乘客座椅侧换热部分加热的空气主要吹向前乘客座椅。因此，本实施例能够提供制冷剂散热器12用于减少来自制冷剂散热器12的吹入空气在水平方向上的温差，其在减少吹向驾驶员座椅的吹入空气与吹向前乘客座椅的吹入空气之间的温差方面非常有效。
在多流换热器中，与本实施例的制冷剂散热器12类似，流过每条管道121的制冷剂的流量更可能根据分别设置在集箱122和123中的入口侧连接器122a的制冷剂入口和出口侧连接器123a的制冷剂出口的位置而变化，这导致吹入空气的不均匀的温度分布。因此，能够减小制冷剂散热器12中的吹入空气的温差的配置条件的应用是非常有效的。
在制冷剂散热器允许制冷剂从下侧到上侧流过管道121的情况下，制冷剂散热器121理想地设置为满足上述公式4。
因此，如上述公式4所示，参数A至G由倾斜角θ的函数表示，当流过管道121的制冷剂的流向向上定向时，其能够抑制被制冷剂散热器以任何倾斜角θ吹送的空气的水平方向上的温度分布的不均匀性。
第二实施例
在本实施例中，如图5(a)和5(b)所示，通过举例的方式对第一实施例的入口侧连接器122a和出口侧连接器123a的位置做了一些改变。图5(a)和5(b)分别对应于图3(a)和3(b)，并且与图3(a)和3(b)中的部件相同或等同的部件用相同的附图标记表示。之后的附图也具有相同的设定。
在本实施例的制冷剂散热器12中，入口侧连接器122a设置在上侧，出口侧连接器123a设置在下侧，从而制冷剂从上侧向下侧流过管道121。
允许制冷剂从上侧向下侧流过管道121的制冷剂散热器不需要考虑由作用在冷凝的制冷剂上的重力导致的压力损失，并且能够抑制因制冷剂流过管道121所导致的不均匀的压力损失，而无需考虑倾斜角θ，因此能够阻止在制冷剂散热器的换热部分中形成具有相对较低温度的特定的换热区域。
因此，不需要设置管道121使管道121的纵向方向相对于水平方向倾斜。简言之，管道121设置成使其纵向方向基本垂直地定向，使制冷剂基本垂直地流过管道121。
如图10所示，类似的用于表示制冷剂流的流动状态(重力影响)的参数包括格拉晓夫数Gras，它是用重力加速度g、体积膨胀力β、粘度μ、密度ρ等计算出来的。在满足流过管道121的制冷剂的雷诺数Re和格拉晓夫数Gras之间的关系Re2＞Gras的区域中，即在满足公式62.42≤Re的区域中，流过管道121的制冷剂流变为强制对流，这导致流过管道121的制冷剂变为大流速，从而使得管道121中的制冷剂的流速不均匀，导致各个换热部分的温度分布不均匀。
如图8所示，在制冷剂流量Gr为47kg/h或更少的区域中，换言之，在Re≤1234的区域中，与制冷剂从上侧向下侧流过管道121的情况相比，无论管道121的倾斜角θ如何，允许制冷剂从下侧至上侧流过管道121的制冷剂蒸发器都将降低其散热性能。
因此，满足公式62.42≤Re≤1234的区域中，流入管道121的制冷剂流理想地定向为从上游侧通向下游侧，且冷凝的制冷剂受到较少的重力影响。
第三实施例
在本实施例中，如图6(a)和6(b)所示，对第一实施例的制冷剂散热器12的结构做了一些改变。在本实施例的制冷剂散热器12中，分离器123c设置在上集箱123中，以沿纵向方向将集箱123的内部空间分隔为两个部分，即，分布空间123d和收集空间123e。图6(a)和6(b)分别对应于第一实施例的图3(a)和3(b)，以及图5(a)和5(b)。
本实施例的管道121分类为：连接到上集箱123的收集空间123e的第一管道组121a和连接到上集箱123的分布空间123d的第二管道组121b。上集箱123还连接到入口侧连接器123f以允许压缩机11排出的制冷剂流入分布空间123d，并且连接到出口侧连接器123a以允许制冷剂从收集空间123e的内部流出。
因此，在本实施例的制冷剂散热器12中，如图6中的粗箭头所示，从压缩机11中排出的制冷剂经由入口侧连接器123f流入上集箱123的分布空间123d，以分布给形成第二管道组121b的管道121。
接下来，流入形成第二管道组121b的管道中的制冷剂在流过管道121并从管道121中流出的过程中与车厢内的吹入空气换热。从形成第二管道组121b的管道121中流出的制冷剂被收集到下集箱122中，并随后分布给形成第一管道组121a的管道121。
此外，流入形成第一管道组121a的管道121的制冷剂在流过管道121并从管道121流出的过程中与车厢内的吹入空气换热。从形成第一管道组121b的管道121中流出的制冷剂被收集到上集箱122的收集空间123e中，并随后经由出口侧连接器123a从空间123e中流出。
即，在本实施例的制冷剂散热器12中，流过第二管道组121b的制冷剂从上侧流向下侧，而流过第一管道组121a的制冷剂从下侧流向上侧。
在本实施例的制冷剂散热器12中，气相状态的制冷剂在流过第二管道组121b的过程中换热，并在沿制冷剂流动方向从第一管道组121a的中部向下游部(如图6中的虚线所示的被圆形包围的部分)流动的过程中变为气液两相制冷剂。接下来，制冷剂在第一管道组的下游侧变为液相制冷剂。
因此，在本实施例中，所述预定位置可以是在制冷剂流动方向上从第一管道组121a的中部至下游部之间的任意位置。在上述位置中，制冷剂从下侧流向上侧，并且因此本实施例的制冷剂散热器的倾斜角θ设定为与第一实施例相同。车辆空调器1的其他构件的结构和操作与第一实施例中那些相同。
在本实施例的制冷剂散热器12中，在由第二管道组121b形成的换热部分中，制冷剂以其气相状态在那里散热，这几乎不会导致由于管道121之间的制冷剂的凝结状况不同而引起的散热性能的下降。结果，从由第二管道组121b形成的换热部分吹来的车厢中吹入空气的温度不太可能在管道之间彼此不同。
相反，在由第一管道组121a形成的换热部分中，由上述公式4表达的配置条件满足，这样就能够提供与第一实施例相同的效果。
结果，即使流过管道121的制冷剂的流速根据热泵循环10的空气调节载荷的波动变化，整个制冷剂散热器12也能够抑制散热性能的降低并且同样可减小被制冷剂散热器12加热和吹送的空气的水平方向上的温度差异。
同样，在本实施例的制冷剂散热器12中，即使制冷剂的流向在流过管道121的制冷剂变为气液两相制冷剂的预定位置处定向为从上侧到下侧，制冷剂散热器12也能布置得满足由上述公式4表达的关系，从而能够提供相同的效果。
第四实施例
在本实施例中，如图7(a)和7(b)所示，通过举例的方式对第一实施例的制冷剂散热器12的结构做了一些改变。在本实施例的制冷剂散热器12中，上集箱123的内部空间沿吹入空气的流动方向分隔为分布空间123d和收集空间123e。图7(a)和7(b)分别对应于前述实施例的图3(a)和3(b)，以及图5(a)和5(b)。
与第二实施例类似，本实施例的管道121也分类为连接到收集空间123e的第一管道组121a和连接到分布空间123d的第二管道组121b。此外，第一管道组121a沿车厢内吹入空气的流动方向X设置在第二管道组121b的下游侧。简言之，管道121沿车厢内吹入空气的流动方向X布置成多个管线(在本实施例中，为两条管线)。
集箱123设有允许压缩机11排出的制冷剂流入分布空间123d的入口侧连接器123f，和允许制冷剂从收集空间123e的内部流出的出口侧连接器123a。
同样，在本实施例的制冷剂散热器12中，如图7(a)的粗箭头所示，压缩机11排出的制冷剂从上集箱123的分布空间123d依次流向包含在第二管道组121b中的空气流上游侧的管道121、下集箱122、包含在第一管道组121a中的空气流下游侧的管道121、和上集箱122的收集空间123e，并随后经由出口侧连接器123a从散热器流出。
在本实施例的制冷剂散热器12中，制冷剂在从空气流的上游侧的第二管道组121b中流过的过程中以气相状态换热，并在位于空气流的下游侧的第一管道组121a的制冷剂流动方向上从中间部分流向下游部分的过程中变为气液两相制冷剂。随后，制冷剂在第一管道组的下游侧变为液相制冷剂。
因此，在本实施例中，所述预定位置可以是在制冷剂流动方向上从第一管道组121a的中部至下游部之间的任意位置。本实施例中的制冷剂散热器12的倾斜角θ设定为与第一实施例相同。车辆空调器1的其他构件的结构和操作与第一实施例中那些相同。
本实施例的制冷剂散热器12按照上文所述加以构造。在由第二管道组121b形成的空气流上游侧的换热部分中，制冷剂以气相状态在那里散热，这几乎不会导致由于制冷剂的凝结状况不同所引起的散热性能的下降，从而从所述换热部分吹来的车辆内部吹入空气的温度分布的不均匀性较低。
相反，在第一管道组121a的空气流下游侧的换热部分中，由上述公式表达的配置条件满足，这样能够提供与第一实施例相同的效果。因此，整个制冷剂散热器能够抑制散热器的散热性能的降低，并且还能够在水平方向上抑制被制冷剂散热器12加热和吹送的空气的不均匀温度分布的形成。
在本实施例的制冷剂散热器中，如图7(b)所示，被上集箱123的分布空间123d分布的制冷剂经由下集箱122转向返回到上集箱123的收集空间123e。
因此，具有相对较高过热度的气相制冷剂所流过的区域(过热区域)可形成在上风侧换热部分中的上侧，具有相对较低过冷度的液相制冷剂所流过的区域(过冷区域)可以形成在下风侧换热部分的上侧。因此，当沿吹入空气的流动方向X看去时，过热区域和过冷区域可彼此叠加，这样也可以抑制垂直方向上的吹入空气的温度分布的不均匀性。
举例来说，本实施例的制冷剂散热器12允许制冷剂从吹入空气流的上游侧的管道121开始流动，并且转向返回下游侧管道121。可替换地，来自下游侧管道121的制冷剂可转向返回进入上游侧管道121。
同样，即使以气液两相状态流过管道121的制冷剂在预定位置上的流动方向定向为从上侧到下侧，本实施例的制冷剂散热器12也能够布置成满足由公式4表达的上述关系，以提供相同的效果。
其他实施例
本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下，可对所公开的实施例作出各种修改和变化。
(1)尽管在上述实施例中，在一个方向上延伸的管道121以举例的方式用作制冷剂散热器12的管道121，然而可应用于本发明的制冷剂散热器12的管道121并不仅限于此。即，具有至少一个垂直延伸部件的任意其他管道都可使用，即使该管道形成为蜿蜒曲折的形状或其他类似形状。
例如，管道121可以弯曲成U形，并且管道121的入口和出口可以设置管道121的沿纵向方向的同一侧上。使用这种管道可以获得与第三实施例基本相同的制冷剂散热器12，其可以移除设置在下侧的集箱122。
(2)上述实施例中的制冷剂散热器12例如适于在制冷剂与车厢内的吹入空气之间换热，然而本发明的散热器12并不仅限于此。例如，该散热器可用于在多种类型的流体(包括制冷剂、车厢内的吹入空气、其它热介质等)之间换热。
可以在多种流体之间换热的换热器包括允许制冷剂流过的制冷剂管道，和允许热介质流过的热介质管道，制冷剂管道和热介质管道二者可交替地彼此叠置。供吹入空气流过的空气通道形成在相邻的制冷剂管道和热介质管道之间。空气通道中的散热片可同时连接到制冷剂管道和热介质管道，以促进制冷剂与吹入空气之间，以及热介质与吹入空气之间的换热，同时实现制冷剂与热介质之间的换热。
(3)在上述实施例中，例如制冷剂散热器12连接到车辆空调器。在整个车辆在加速或减速、左转或右转，停止或在上坡路上停车时，安装在车辆上的某些装置可能会改变其相对于水平方向的位置。因此，在倾斜角θ的基础上考虑由于上述整车倾斜导致的变化Δθ的整个范围θ±Δθ内，上述每个实施例都能理想地满足上述公式4所表达的关系。
(4)尽管上述实施例已经通过举例的方式描述了具有本发明的制冷剂散热器12的热泵循环10在车辆空调器中的应用，然而具有本发明的制冷剂散热器12的热泵循环10的应用并不仅限于此。例如，具有制冷剂散热器12的热泵循环10可应用于固定空调器，自动售货机的低温储存、冷却和加热装置等。
已参照优选实施例公开本发明。然而，应当理解，本发明不仅限于上述优选实施例和结构。本发明意图覆盖各种修改和等同配置。此外，相对于所公开的实施例而言，包括一个额外的元件或去除一个元件的其他优选实施例、或者实施例之间的各种其他组合也同样落入本发明的范围和实质之内。

Claims (9)

1.一种制冷剂散热器，用于蒸汽压缩制冷循环(10)，该制冷剂散热器适于在被蒸汽压缩制冷循环(10)的压缩机(11)压缩的高温高压制冷剂与吹入空气调节空间中的空气之间换热，藉此使具有过热度的气相制冷剂散热，以将所述气相制冷剂转化为具有过冷度的液相制冷剂，所述制冷剂散热器包括：
多条管道(121)，允许所述制冷剂由上侧向下侧流过所述多条管道；
第一集箱，连接到所述管道(121)的端部以分布所述制冷剂使之流入至少一部分所述管道(121)中；和
第二集箱，连接到所述管道(121)的另一端部以收集从至少一部分所述管道(121)中流出的制冷剂。
2.根据权利要求1所述的制冷剂散热器，其中所述管道设置成满足下述关系式：
62.42≤Re≤1234
其中，X为预定位置处的所述制冷剂的干燥度，其中在所述预定位置处流过所述管道(121)的制冷剂为气液两相制冷剂；Re是根据流过所述管道(121)的制冷剂的平均流速(m/S)确定的所述预定位置处的所述制冷剂的雷诺数。
3.一种制冷剂散热器，用于蒸汽压缩制冷循环(10)，该制冷剂散热器适于在被蒸汽压缩制冷循环(10)的压缩机(11)压缩的高温高压制冷剂与吹入空气调节空间中的空气之间换热，藉此使具有过热度的气相制冷剂散热，以将所述气相制冷剂转化为具有过冷度的液相制冷剂，所述制冷剂散热器包括：
多条管道(121)，允许所述制冷剂流过所述多条管道；
其中所述管道(121)在垂直于水平方向或者相对于水平方向成角度的方向上延伸，
其中所述管道(121)设置成满足以下关系式：
Re≥A×X6+B×X5+C×X4+D×X3+E×X2+F×X+G
A＝-0.0537×θ2+9.7222×θ+40719
B＝-(-0.2093×θ2+37.88×θ+1586.3)
C＝-0.3348×θ2+60.592×θ+2538.1
D＝-(-0.2848×θ2+51.53×θ+2158.2)
E＝-0.1402×θ2+25.365×θ+1062.8
F＝-(-0.0418×θ2+7.5557×θ+316.46)
G＝-0.0132×θ2+2.3807×θ+99.73
其中θ(°)是流过所述管道(121)的制冷剂的流动方向与水平方向形成的倾斜角；X为预定位置处的所述制冷剂的干燥度，其中在所述预定位置处流过所述管道(121)的制冷剂为气液两相制冷剂；Re是根据流过所述管道(121)的制冷剂的平均流速(m/S)确定的所述预定位置处的所述制冷剂的雷诺数，并且
其中随着流过所述管道(121)的制冷剂的流动方向由垂直向下变为垂直向上，所述倾斜角(θ)在大于0°并且不大于90°的范围内变化(0＜θ≤90°)。
4.根据权利要求1所述的制冷剂散热器，还包括设置在每个所述管道(121)的至少一侧端部上的集箱(122，123)，所述集箱在管道的叠置方向上延伸，用于接收或分布所述制冷剂。
5.根据权利要求3或4所述的制冷剂散热器，其中所述管道(121)包括允许所述制冷剂从下侧向上侧流过的第一管道组(121a)，和允许所述制冷剂从上侧向向下侧流过的第二管道组(121b)。
6.根据权利要求1，2和4中任一项所述的制冷剂散热器，其中
所述集箱(123)的内部空间分隔成多个空间(123d，123e)，
一个分隔空间(123d)设有制冷剂入口，以允许气相制冷剂流入所述一个分隔空间，以及
另一分隔空间(123e)设有制冷剂出口，以允许液相制冷剂从那里流出。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制冷剂散热器，其中所述管道(121)沿空气的流动方向布置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制冷剂散热器，其中流过所述管道(121)的制冷剂的流动方向处于相同的方向上。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制冷剂散热器，其中
所述制冷循环(10)用于车辆空调器，并且
所述空气调节空间是车辆的内部。
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