DE102006028936A1

DE102006028936A1 - Kältespeicherbehältereinheit und Kühlkreisvorrichtung mit dieser

Info

Publication number: DE102006028936A1
Application number: DE102006028936A
Authority: DE
Inventors: Yasukazu Kariya Aikawa; Yasushi Kariya Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2007-03-22
Also published as: KR100778795B1; KR20060135563A; FR2893398A1; US7891211B2; US20060288727A1

Abstract

Eine Kältespeicherbehältereinheit für eine Kühlkreisvorrichtung enthält einen Kältespeicher-Wärmetauscher (161) mit mehreren Rohren (161) und einem Paar eines ersten und eines zweiten Behälters (164, 165), die mit den Längsenden der Rohre verbunden sind, einen Kältespeichermaterialbehälter (170), der wenigstens die Rohre des Kältespeicher-Wärmetauschers aufnimmt, und ein in den Kältespeichermaterialbehälter gefülltes Kältespeichermaterial. Das Kältespeichermaterial speichert Kälte durch das Kältemittel oder gibt Kälte frei, um ein im Verdampfapparat verdampftes gasförmiges Kältemittel zu kühlen. Ferner hat der zweite Behälter (165) einen unteren Endabschnitt, der niedriger als ein unterer Endabschnitt des ersten Behälters (164) positioniert ist, und der zweite Behälter (165) besitzt eine Behälterkapazität, die eine vorbestimmte Menge eines flüssigen Kältemittels, das durch die Kältespeicherwärme des Kältespeichermaterials kondensiert, zu speichern. Die Kältespeicherbehältereinheit kann zwischen einem Verdampfapparat (150) und einem Kompressor (110) in der Kühlkreisvorrichtung angeordnet werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältespeicherbehältereinheit und eine Kühlkreisvorrichtung mit dieser.

Beschreibung anderer Bauformen

In einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, die z.B. in der JP-A-2004-51077 (entspricht dem US-Patent Nr. 6,701,731) offenbart ist, kann eine Kühlleistung in einem Verdampfapparat selbst nach Abschalten eines Kühlkreises erzielt werden. Das heißt, diese Klimaanlage ist mit einem Kältespeicher-Wärmetauscher, der ein Kältespeichermaterial besitzt und in Reihe mit einem Verdampfapparat eines Kühlkreises angeordnet ist, und einer Behältereinheit, in der dieser Kältespeicher-Wärmetauscher und eine Pumpeneinrichtung zum Zirkulieren eines flüssigen Kältemittels integral eingebaut sind, versehen. Ferner ist ein Flüssigkältemittelbehälterteil zum Speichern von flüssigem Kältemittel integral unter der Behältereinheit ausgebildet. Diesbezüglich wird als der oben genannte Kältespeicher-Wärmetauscher ein Wärmetauscher, in welchem mehrere Kältemittelrohre in einer solchen Weise angeordnet sind, dass sie durch einen mit einem Kältespeichermaterial gefüllten Behälter (z.B. einen Kasten) erreichen, oder ein Wärmetauscher, in dem mehrere Kältespeicherbehälter, die jeweils wie ein Zylinder, eine Kugel oder eine Kapsel geformt und mit einem Kältespeichermaterial gefüllt sind, gebündelt sind und in dem Zwischenräumen zwischen den jeweiligen Kältespeicherbehältern als Durchgänge für das Kältemittel benutzt werden, verwendet.

Wenn ein Motor eines Fahrzeugs in Betrieb ist, wird ein Kompressor des Kühlkreises betrieben, und das Kältespeichermaterial in dem Kältespeicher-Wärmetauscher wird durch ein Niederdruckkältemittel mit einem durch ein Expansionsventil reduzierten Druck gekühlt, wodurch Kälte gespeichert wird. Wenn dagegen der Motor des Fahrzeugs abgeschaltet und der Kompressor abgeschaltet wird, wird das in dem Flüssigkältemittelbehälterteil gespeicherte flüssige Kältemittel durch die Pumpeneinrichtung zum Zirkulieren des flüssigen Kältemittels in den Verdampfapparat eingeleitet und durch den Verdampfapparat verdampft. Weiter wird das verdampfte Dampfphasenkältemittel in den Kältespeicher-Wärmetauscher eingeleitet und durch die Kälte (Kältefreigabe) des Kältespeichermaterials gekühlt und kondensiert und im Flüssigkältemittelbehälterteil gespeichert. Dieser Kreislauf wird wiederholt, um eine Klimatisierung fortzusetzen, während der Motor des Fahrzeugs abgeschaltet ist.

Der obige Kältespeicher-Wärmetauscher hat jedoch eine Konstruktion, bei welcher der Kasten oder der Kältespeicherbehälter, der mit dem Kältespeichermaterial gefüllt ist, dem Kältemittel ausgesetzt ist und den Druck des Kältemittels empfängt. Daher muss der Kasten oder der Kältespeicherbehälter so konstruiert sein, dass er dem Druck des Kältemittels Stand hält, weshalb seine Dicke vergrößert wird, um so die Festigkeit zu sichern. Daher behindert dies eine Größenverringerung und verursacht einen Anstieg der Materialkosten, weil ein hochfestes Material ausgewählt werden muss.

In einer Fahrzeug-Klimaanlage mit einem Kühlkreis, die in der JP-A-2002-274165 (entspricht den US-Patenten Nr. 6,854,286, Nr. 6,691,527 und Nr. 6,568,205) beschrieben ist, sind ein erster Verdampfapparat zum normalen Kühlen von in einen Fahrgastraum zu blasender Luft und ein mit einem Kältespeichermaterial versehener zweiter Verdampfapparat vorgesehen. In diesem Fall kühlt der erste Verdampfapparat, wenn ein Fahrzeugmotor in Betrieb ist, die in den Fahrzeugraum zu blasende Luft, und das Kältespeichermaterial wird in dem zweiten Verdampfapparat gefroren. Ferner wird in einem maximalen Kühlmodus (Abkühlmodus) die in den Fahrgastraum zu blasende Luft durch sowohl den ersten als auch den zweiten Verdampfapparat gekühlt. Wenn dagegen ein Kompressor des Kühlkreises durch ein Abschalten des Fahrzeugmotors abgeschaltet wird, wird die in den Fahrgastraum zu blasende Luft durch eine Kältefreigabe des Kältespeichermaterials im zweiten Verdampfapparat gekühlt.

Weil jedoch sowohl der erste als auch der zweite Verdampfapparat in einem im Fahrgastraum angeordneten Luftleitgehäuse angeordnet sind, wird das Luftleitgehäuse wegen sowohl des ersten als auch des zweiten Verdampfapparats größer. Wenn die Größen des ersten und des zweiten Verdampfapparats klein gemacht werden, werden die Kühlleistungen des ersten und des zweiten Verdampfapparats verschlechtert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kältespeicherbehältereinheit vorzusehen, die eine gewünschte Wärmeübertragungsleistung in Bezug auf Kältespeicherung und Kältefreigabe erzielen kann sowie Größe und Kosten reduzieren kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlkreisvorrichtung mit einer Kältespeicherbehältereinheit vorzusehen.

Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlkreisvorrichtung mit einem einzelnen, in einem Fahrgastraum angeordneten Verdampfapparat vorzusehen, die einen Kühlbetrieb kontinuierlich durchführen kann, selbst wenn ein Kompressor abgeschaltet wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine in Reihe mit einem Verdampfapparat auf einer Niederdruckseite nach einer Druckverringerung in einer Kühlkreisvorrichtung angeordnete Kältespeicherbehältereinheit einen Kältespeicher-Wärmetauscher mit mehreren, sich in einer Rohrlängsrichtung erstreckenden Rohren, in denen ein Kältemittel strömt, und einem Paar eines ersten und eines zweiten Behälters, die mit den Längsenden der Rohre an den zwei Stirnseiten in der Längsrichtung verbunden sind, um mit den Rohren in Verbindung zu stehen; einen Kältespeichermaterialbehälter, der wenigstens die Rohre des Kältespeicher-Wärmetauschers aufnimmt; und ein in dem Kältespeichermaterialbehälter eingeschlossenes Kältespeichermaterial. Das Kältespeichermaterial speichert durch das Kältemittel Kälte oder seine Kälte wird freigegeben, um das im Verdampfapparat verdampfte gasförmige Kältemittel zu kühlen. In dieser Kältespeicherbehältereinheit hat der zweite Behälter einen unteren Endabschnitt, der unter einem unteren Endabschnitt des ersten Behälters angeordnet ist, und der zweite Behälter hat eine Behälterkapazität, die ein vorbestimmtes flüssiges Kältemittel speichern kann, das durch die Kältespeicherwärme des Kältespeichermaterials kondensiert.

Demgemäß kann durch geeignetes Auswählen des Kältespeichermaterials und des Kältemittels das Kältemittel durch die von dem Kältespeichermaterial freigegebene Kälte geeignet gekühlt und kondensiert werden, und das kondensierte Kältemittel kann im unteren Endabschnitt des zweiten Behälters gespeichert werden. Ferner kann die Kältespeicherbehältereinheit durch geeignetes Einstellen der Anzahl und der Länge der Rohre und der eingeschlossenen Menge des Kältespeichermaterials eine gewünschte Wärmeübertragungsleistung in Bezug auf die Kältespeicherung und die Kältefreigabe erzielen. Außerdem kann, weil das Kältemittel in den Rohren des Kältespeicher-Wärmetauschers strömt und der Atmosphärendruck auf den mit dem Kältespeichermaterial gefüllten Kältespeichermaterialbehälter ausgeübt wird, die Dicke des Kältespeichermaterialbehälters dünn gemacht werden oder ein wenig festes Material kann für den Kältespeichermaterialbehälter benutzt werden. Ferner kann der Kältespeichermaterialbehälter in irgendeine geeignete Form geformt sein.

Zum Beispiel enthält der Kältespeicher-Wärmetauscher ein erstes Trennelement, das einen Innenraum des ersten Behälters in einen ersten Raum und einen zweiten Raum trennt, einen mit dem ersten Raum in Verbindung stehenden Einströmabschnitt zum Einleiten des Kältemittels in den ersten Raum, und einen mit dem zweiten Raum in Verbindung stehenden Ausströmabschnitt zum Ausströmen des Kältemittels. Ferner kann das erste Trennelement mit einem Öffnungsabschnitt mit einer vorbestimmten Öffnungsfläche, durch welche der erste Raum und der zweite Raum miteinander in Verbindung stehen, versehen sein. Alternativ können die mehreren Rohre ein mit dem zweiten Raum des ersten Behälters in Verbindung stehendes Rohr enthalten. In diesem Fall hat das eine Rohr eine Durchgangsquerschnittsfläche etwa entsprechend einem mit dem Verdampfapparat verbundenen Kältemittelrohr. Weiter kann sich das eine Rohr in dem zweiten Behälter erstrecken und kann mit einem Innern des zweiten Behälters an einer Position nahe dem unteren Endabschnitt des zweiten Behälters in Verbindung stehen.

Der Kältespeicher-Wärmetauscher kann ferner ein zweites Trennelement enthalten, das einen Innenraum des zweiten Behälters in einen mit den Rohren außer dem einen Rohr in Verbindung stehenden ersten Raum und einen mit dem einen Rohr in Verbindung stehenden zweiten Raum trennt. In diesem Fall kann das zweite Trennelement einen Öffnungsabschnitt an einer unteren Seite haben, und das eine Rohr kann sich zu einem Abschnitt angrenzend an den unteren Endabschnitt des zweiten Behälters erstrecken.

Zum Beispiel ist der Kältespeichermaterialbehälter ein an einem Ende geöffneter Behälter, der auf einer Seite des ersten Behälters geöffnet ist. In diesem Fall kann der gesamte Kältespeicher-Wärmetauscher etwa in den an einem Ende geöffneten Behälter aufgenommen werden, und der Kältespeicher-Wärmetauscher kann ein Dichtungselement enthalten, durch welches eine Außenumfangsfläche des ersten Behälters luftdicht mit einer Innenumfangsfläche des Kältespeichermaterialbehälters verbunden ist. Alternativ ist der Kältespeichermaterialbehälter ein den Kältespeicher-Wärmetauscher ganz umschließender Behälter und hat einen Einlassabschnitt an einer Position entsprechend dem Einströmabschnitt und einen Auslassabschnitt an einer Position entsprechend dem Ausströmabschnitt. In diesem Fall kann die Kältespeicherbehältereinheit ein zwischen den Einströmabschnitt des Kältespeicher-Wärmetauschers und den Einlassabschnitt des Kältespeichermaterialbehälters gesetztes und zwischen den Ausströmabschnitt des Kältespeicher-Wärmetauschers und den Auslassabschnitt des Kältespeichermaterialbehälters gesetztes Dichtungselement enthalten. Ferner kann der Kältespeicher-Wärmetauscher mehrere Rippen enthalten, die so angeordnet sind, dass sie die Rohre thermisch kontaktieren.

Die Kältespeicherbehältereinheit kann mit einem ersten Verbindungsabschnitt, durch den der zweite Behälter mit einem Außenteil in Verbindung steht, und einem Verbindungsabschnitt, der sich von dem Außenteil zum zweiten Behälter erstreckt, versehen sein. In diesem Fall sind die mehreren Rohre aus einer ersten Rohrgruppe, die mit dem ersten Raum des ersten Behälters in Verbindung steht, und einer zweiten Rohrgruppe, die mit dem zweiten Raum des ersten Behälters in Verbindung steht, aufgebaut. Ferner kann der zweite Verbindungsabschnitt mit der zweiten Rohrgruppe in Verbindung stehen, und ein Rückschlagventil kann im zweiten Behälter angeordnet sein, um einen Kältemittelstrom vom zweiten Behälter zur zweiten Rohrgruppe zu erlauben.

Der zweite Behälter kann mit einem oberen Behälterteil mit einer Spezifikation etwa gleich dem ersten Behälter und einem unteren Behälterteil, der an einer unteren Seite des oberen Behälterteils im zweiten Behälter angeordnet ist, um direkt mit dem oberen Behälterteil in Verbindung zu stehen, versehen sein. Weiter kann der untere Behälterteil im zweiten Behälter in etwa eine zylindrische Form geformt sein.

Ferner kann die Kältespeicherbehältereinheit zwischen dem Verdampfapparat und einem Kompressor in einer Kühlkreisvorrichtung angeordnet werden, sodass das Kältemittel aus dem Verdampfapparat in den Kältespeicher-Wärmetauscher strömt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Kühlkreisvorrichtung für ein Fahrzeug einen Kompressor zum Komprimieren eines Kältemittels; einen Kondensator zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittels aus dem Kompressor; eine Druckverminderungseinheit zum Dekomprimieren des Kältemittels aus dem Kondensator; einen Verdampfapparat zum Verdampfen des Kältemittels aus der Druckverminderungseinheit, wobei der Verdampfapparat in einem Klimagehäuse zum Definieren eines Luftkanals, durch welchen Luft in einen Fahrgastraum strömt, angeordnet ist; und einen Kältespeicher-Wärmetauscher, der zwischen dem Verdampfapparat und dem Kompressor angeordnet ist und einen Kältemittelkanal aufweist, durch den das Kältemittel strömt. In der Kühlkreisvorrichtung ist der Kältespeicher-Wärmetauscher außerhalb des Klimagehäuses angeordnet, das Kältespeichermaterial speichert Kälte durch das durch den Kältemittelkanal im Kältespeicher-Wärmetauscher strömende Kältemittel, wenn der Kompressor in Betrieb ist, und das Kältespeichermaterial gibt Kälte an das Kältemittel frei, wenn der Kompressor abgeschaltet wird.

Demgemäß absorbiert das Kältemittel, wenn das Kältemittel durch den Betrieb des Kompressors zirkuliert, im Verdampfapparat Wärme aus der Luft, um die Luft zu kühlen, und das Kältespeichermaterial speichert Kälte durch das aus dem Verdampfapparat strömende Niedertemperaturkältemittel. Wenn dagegen der Kompressor abgeschaltet wird, wird das im Verdampfapparat durch Absorbieren von Wärme aus der Luft verdampfte Kältemittel durch die Kälte aus dem Kältespeichermaterial des Kältespeicher-Wärmetauschers gekühlt und kondensiert. Demgemäß kann das Kältemittel, selbst wenn der Kompressor abgeschaltet wird, wenn die im Kältespeichermaterial gespeicherte Kälte gehalten wird, durch den verbleibenden Druck zwischen dem Kondensator und dem Verdampfapparat kontinuierlich in den Verdampfapparat strömen und kann durch den Verdampfapparat kontinuierlich die Luft kühlen. Dies bezüglich wird die Wärmeübertragungsleistung in Bezug auf die Kältespeicherung und die Kältefreigabe der obigen Kältespeicherbehältereinheit durch die Einstellungen der Anzahl und der Länge der Kältemittelrohre und der Menge des im Kältespeichermaterialbehälter gefüllten Kältespeichermaterials gesichert.

Zum Beispiel kann ein Behälter zum Speichern eines flüssigen Kältemittels, das kondensiert, wenn das Kältespeichermaterial Kälte freigibt, zwischen dem Kältespeicher-Wärmetauscher und dem Kompressor positioniert werden. Ferner kann der Behälter wenigstens an einer unteren Seite des Kältespeicher-Wärmetauschers vorgesehen sein. Alternativ kann der Kältespeicher-Wärmetauscher in dem Behälter positioniert sein, um einen oberen Raum und einen unteren Raum in dem Behälter durch den Kältespeicher-Wärmetauscher zu definieren. In diesem Fall enthält die Vorrichtung ein an den Kompressor angeschlossenes Rohr. Hierbei ist das Rohr mit dem Behälter verbunden und hat einen zum oberen Raum des Behälters offenen Öffnungsabschnitt. Ferner kann das Rohr einen zum unteren Raum in dem Behälter offenen Flüssigkältemitteleinleitungsabschnitt haben, um das flüssige Kältemittel einzuleiten, oder der Kältespeicher-Wärmetauscher und der Behälter können eine kombinierte Einheit sein.

In der Kühlkreisvorrichtung kann ein Innenwärmetauscher angeordnet werden, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel zwischen dem Kältespeicher-Wärmetauscher und dem Kompressor und dem Kältemittel zwischen dem Kondensator und der Druckverminderungseinheit durchzuführen, oder kann angeordnet sein, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel zwischen dem Behälter und dem Kompressor und dem Kältemittel zwischen dem Kondensator und der Druckverminderungseinheit durchzuführen. Zum Beispiel kann der Innenwärmetauscher ein Doppelrohr sein.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Kühlkreisvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine perspektivische Explosionsansicht einer Kältespeicherbehältereinheit im ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine Querschnittsansicht eines Rückführrohrs und eines unteren Behälters eines Kältespeicher-Wärmetauschers im ersten Ausführungsbeispiel;
4. eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Kühlkreisvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
5. eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Kühlkreisvorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel;
6. eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Kühlkreisvorrichtung in einem vierten Ausführungsbeispiel;
7 eine Querschnittsansicht einer Kältespeicherbehältereinheit im vierten Ausführungsbeispiel;
8 eine Vorderansicht von Rippen eines Kältespeicher-Wärmetauschers in einem fünften Ausführungsbeispiel;
9. eine Querschnittsansicht eines Rückführrohrs und eines unteren Behälters eines Kältespeicher-Wärmetauschers im fünften Ausführungsbeispiel;
10 eine Querschnittsansicht eines Rückführrohrs und eines unteren Behälters eines Kältespeicher-Wärmetauschers in einer Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels;
11 eine perspektivische Explosionsansicht einer Kältespeicherbehältereinheit in einem sechsten Ausführungsbeispiel;
12 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts nahe einem Auslassanschluss in 11;
13 eine Querschnittsansicht einer Stirnseite eines unteren Behälters in 11;
14 eine schematische Darstellung eines Kältemittelstroms in einem Kältespeicher-Wärmetauscher während eines Kältespeichermodus im sechsten Ausführungsbeispiel;
15 eine schematische Darstellung eines Kältemittelstroms im Kältespeicher-Wärmetauscher während eines Kältefreigabemodus im sechsten Ausführungsbeispiel;
16 eine Perspektivansicht eines Kältespeicher-Wärmetauschers in einem siebten Ausführungsbeispiel;
17 eine schematische Darstellung eines Kältemittelstroms im Kältespeicher-Wärmetauscher während eines Kältespeichermodus im siebten Ausführungsbeispiel;
18 eine schematische Darstellung eines Kältemittelstroms im Kältespeicher-Wärmetauscher während eines Kältefreigabemodus im siebten Ausführungsbeispiel;
19 eine Perspektivansicht eines Kältespeicher-Wärmetauschers in einem achten Ausführungsbeispiel;
20 eine Perspektivansicht eines Kältespeicher-Wärmetauschers in einem neunten Ausführungsbeispiel;
21 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Kühlkreisvorrichtung in einem zehnten Ausführungsbeispiel;
22 eine Perspektivansicht eines Kältespeicher-Wärmetauschers des zehnten Ausführungsbeispiels;
23 eine Querschnittsansicht des Kältespeicher-Wärmetauschers und eines Kältespeichermaterialbehälters des zehnten Ausführungsbeispiels;
24 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Kühlkreisvorrichtung in einem elften Ausführungsbeispiel;
25 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus einer Kühlkreisvorrichtung in einem zwölften Ausführungsbeispiel; und
26A bis 26C Perspektivansichten von Kältespeicher-Wärmetauschern (Kältespeicherkapseln) in weiteren Ausführungsbeispielen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine Kühlkreisvorrichtung 100 eines ersten Ausführungsbeispiels ist typischerweise auf ein so genanntes Fahrzeug mit Leerlaufabschaltung angewendet, bei welchem ein Motor abgeschaltet wird, wenn das Fahrzeug von einem Fahrzustand zu einem Anhaltezustand, in dem der Motor in Leerlauf ist, wenn zum Beispiel das Fahrzeug an einer Verkehrsampel wartet, gesetzt wird. Der Grundaufbau der Kühlkreisvorrichtung 100 wird unter Verwendung von 1 bis 3 beschrieben. Hierbei ist 1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus der Kühlkreisvorrichtung 100. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Kältespeicherbehältereinheit 160A. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Rückführrohrs 162 und eines unteren Behälters 165 eines Kältespeicher-Wärmetauschers 160.
Die Kühlkreisvorrichtung 100 überträgt Wärme auf einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite, um Kälte und Wärme für eine Klimatisierung zu nutzen. Wie in 1 dargestellt, ist die Kühlkreisvorrichtung 100 mit einem Kreis, in dem ein üblicher Kompressor 110, ein Kondensator 120 (Kühler), ein Flüssigkeitsauffangbehälter 130, ein Expansionsventil des Temperaturtyps 140 (thermisches Ex pansionsventil) und ein Verdampfapparat 150 in Reihe in der Form eines Rings durch Rohrleitungen 101 verbunden sind, sowie mit einer Kältespeicherbehältereinheit 160A aufgebaut, die zu dem Kreis hinzugefügt ist.
Der Kompressor 110 ist eine Fluidmaschine, die durch eine Antriebskraft von einem Motor (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs betrieben wird, um ein Kältemittel (z.B. HFC134a) in der Kühlkreisvorrichtung 100 auf einen Hochtemperatur- und Hochdruck-Zustand zu komprimieren und das Kältemittel auszugeben. Der Kondensator 120 ist ein Wärmetauscher, der auf einer Kältemittelausgabeseite des Kompressors 110 angeordnet ist und das auf den Hochtemperatur- und Hochdruckzustand komprimierte Kältemittel kühlt, um dadurch das Kältemittel zu kondensieren und zu verflüssigen. Der Flüssigkeitsauffangbehälter 130 ist ein Auffanggefäß, das das durch den Kondensator 120 kondensierte Kältemittel in ein Dampfphasenkältemittel und ein Flüssigphasenkältemittel trennt und das Flüssigphasenkältemittel ausgibt.
Das Expansionsventil des Temperaturtyps (entspricht einer Druckverminderungseinheit und wird nachfolgend als „Expansionsventil" bezeichnet) 140 reduziert den Druck des durch den Flüssigkeitsauffangbehälter 130 getrennten Flüssigphasenkältemittels, um das Flüssigphasenkältemittel in einer isenthalpischen Weise auszudehnen, und enthält ein Ventilteil 141 und ein Temperaturmessteil 142, das auf der Kältemittelausströmseite des Verdampfapparats 140 angeordnet ist. Das heißt, das Temperaturmessteil 142 ist zwischen dem Verdampfapparat 150 und der Kältespeicherbehältereinheit 160a positioniert. Im Expansionsventil 140 wird die Drosselöffnung des Ventilteils 141 entsprechend einer durch das Temperaturmessteil 142 gemessenen Kältemitteltemperatur gesteuert, um den Überhitzungsgrad des aus dem Verdampfapparat 150 ausströmenden Kältemittels auf einen bestimmten Wert (z.B. von 5°C bis 10°C) zu bringen.
Der Verdampfapparat 150 ist ein Wärmetauscher, der das durch das Expansionsventil 140 im Druck reduzierte Kältemittel verdampft, um die Wärmeabsorptionswirkung zu entwickeln, und ist in einem Klimagehäuse 151 angeordnet und kühlt in dieses Klimagehäuse 151 geleitete Klimaluft (absorbiert Wärme von ihr). Außerdem sind ein Gebläse zum Blasen der Klimaluft, ein Wärmetauscher zum Heizen der Klimaluft und ein Luftmischklappenmechanismus zum Einstellen des Mischungs verhältnisses zwischen Kühlluft und Heizluft, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, in dem Klimagehäuse 151 angeordnet und bilden eine Inneneinheit 150A. Diese Inneneinheit 150A ist in einer Instrumententafel in einem Fahrgastraum angeordnet.
Die Kältespeicherbehältereinheit 160A ist zwischen dem Verdampfapparat 150 und dem Kompressor 110 in einer solchen Weise angeordnet, dass sie in Reihe zum Verdampfapparat 150 ist. In der Kältespeicherbehältereinheit 160A hat, wie in 2 und 3 dargestellt, ein Kältespeichermaterialbehälter 170 ein darin gefülltes Kältespeichermaterial und hat einen darin angeordneten Kältespeicher-Wärmetauscher 160, und eine Dichtung 180 als ein Dichtungselement ist zwischen diesem Kältespeicher-Wärmetauscher 160 und diesem Kältespeichermaterialbehälter 170 angeordnet.
Der Kältespeicher-Wärmetauscher 160 ist ein Wärmetauscher, der ein Einleiten des aus dem Verdampfapparat 150 ausströmenden Kältemittels bewirkt und Wärme zwischen diesem Kältemittel und dem Kältespeichermaterial in dem Kältespeichermaterialbehälter 170 austauscht. Insbesondere ist der Kältespeicher-Wärmetauscher 160 ein Mehrstrom-Wärmetauscher und ist aus einem Paar Behälter 164, 165 gebildet, die mit beiden Endabschnitten in der Längsrichtung der mehreren in einer Linie geschichteten (angeordneten) Kältemittelrohre 161 verbunden sind. Die Kältemittelrohre 161 werden in einer solchen Weise benutzt, dass die Längsrichtung beinahe in einer vertikalen Richtung liegt. Außerdem wird das Paar Behälter 164, 165 in einer solchen Weise benutzt, dass die Längsrichtung beinahe in einer horizontalen Richtung liegt. Das Paar Behälter 164, 165 ist ein oberer Behälter 164 und ein unterer Behälter 165, die an einer oberen Position bzw. einer unteren Position angeordnet sind.
Hierbei sind die jeweiligen Teile (die nachfolgend im Detail beschrieben werden), die den Kältespeicher-Wärmetauscher 160 bilden, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gemacht und durch ein auf gegeneinander stoßende Abschnitte gesetztes Lötmaterial integral verlötet.
Das Kältemittelrohr 161 wird durch einen Extrusionsprozess geformt und in einen flachen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung geformt, und sein Innendurchgang ist durch mehrere, die langen Seiten der flachen Querschnittsform verbindende Trennwände in mehrere Abschnitte getrennt. Mehrere Kältemittelrohre 161 sind in der Links/Rechts-Richtung in 2 angeordnet (geschichtet). Wellrippen 163, die jeweils durch eine Walzbearbeitung aus einem Streifen dünner als das Kältemittelrohr 161 geformt sind und in ihrem ebenen Abschnitt in mehrere Luftklappen geformt sind, sind zwischen den Kältemittelrohren 161 angeordnet (durch Löten thermisch mit ihnen verbunden). Ein Wärmetauschteil ist aus den Kältemittelrohren 161 und den Rippen 163 aufgebaut.
Jeder des oberen Behälters 140 und des unteren Behälters 165 ist ein schlanker rechteckiger Behälter, der durch Biegen einer flachen Platte oder Verbinden von flachen Platten gebildet ist. In den Behältern 164, 165 sind an Positionen entsprechend den Kältemittelrohren 161 Rohrlöcher ausgebildet, und beide Enden in der Längsrichtung der jeweiligen Kältemittelrohre 161 sind in die Rohrlöcher eingesetzt und mit den Behältern 164, 165 verbunden, wodurch die beiden Behälter 164, 165 mit den jeweiligen Kältemittelrohren 161 in Verbindung stehen.
Ein Rückführrohr 162 ist in einem Außenabschnitt (rechte Seite in 2) in der Richtung, in welcher die Kältemittelrohre 161 geschichtet sind, angeordnet und steht mit dem oberen Behälter 164 und dem unteren Behälter 165 in Verbindung. Das Rückführrohr 162 ist als ein zylindrisches großes Rohr gesetzt und die Querschnittsfläche seines Durchgangs entspricht der Querschnittsfläche der zwischen dem Verdampfapparat 150 und dem Kompressor 110 verbundenen Rohrleitung (Einströmrohr 101a und Ausströmrohr 101b, die später beschrieben werden) der Rohrleitung 101 der Kühlkreisvorrichtung 100.
Der untere Endabschnitt des Rückführrohrs 162 erstreckt sich, wie in 3 dargestellt, nahe zur Unterseite des unteren Behälters 165, und das Rückführrohr 162 steht mit dem unteren Behälter 165 an einem Abschnitt nahe seinem unteren Ende in Verbindung. Das Rückführrohr 162 kann durch mehrere Kältemittelrohre 161 ersetzt werden, die sich nahe zur Unterseite des unteren Behälters 165 erstrecken.
Im oberen Behälter 164 ist eine Trennvorrichtung 164a als ein Trennteil an einer Position zwischen den mehreren Kältemittelrohren 161 und dem Rückführrohr 162 befestigt. Das Innere des oberen Behälters 164 ist in einen ersten Raum 164c auf der Seite der Kältemittelrohre 161 und einen zweiten Raum 164d auf der Seite des Rückführrohrs 162 geteilt. Eine kreisförmige Öffnung 164b mit einer bestimmten Öffnungsfläche ist im Mittelabschnitt der Trennvorrichtung 164a ausgebildet, und eine bestimmte Menge wenigstens eines Teils des in den ersten Raum 164c strömenden Kältemittels (Dampfphasenkältemittel) kann direkt in den zweiten Raum 164c strömen.
Ein mit dem ersten Raum 164c in Verbindung stehender Einlassanschluss 166a (Einströmteil) ist mit einem Ende in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 verbunden. Ein mit dem zweiten Raum 164d in Verbindung stehender Auslassanschluss (Ausströmteil) 166b ist mit einem anderen Ende in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 verbunden.
Um den unteren Behälter 165 mit der Funktion des Sammelns des Kältemittels und des Speichern des Kältemittels zu versehen, ist der untere Behälter 165 so eingestellt, dass er eine größere Größe in der vertikalen Richtung und eine größere innere Kapazität als der obere Behälter 164 aufweist. Wie später beschrieben, wird, wenn das in den Kältespeicher-Wärmetauscher 160 strömende überhitzte gasförmige Kältemittel durch das Kältespeichermaterial gekühlt wird, das gasförmige Kältemittel kondensiert und in ein flüssiges Kältemittel umgewandelt. Diese innere Kapazität ist groß genug gemacht, um eine bestimmte Menge des flüssigen Kältemittels zu speichern.
Die Kapazität des unteren Behälters 165 ist so eingestellt, um eine Luftkühlung für eine vorbestimmte Zeit vorzusehen, während der Kompressor 110 abgeschaltet ist. Zum Beispiel ist die Kapazität so eingestellt, um eine vergleichsweise schwache Luftkühlung für eine kurze Zeit vorzusehen, während der Kompressor 110 abgeschaltet ist. Zum Beispiel kann im Fahrzeug mit Leerlaufabschaltung die Kapazität auf eine Kapazität gesetzt werden, die eine vergleichsweise schwache Luftkühlung auf einem Niveau halten kann, das die Verschlechterung des Komforts der Insassen während der Leerlaufabschaltung verhindern kann oder die Insassen (Fahrgäste) die Fortdauer einer Luftkühlung fühlen lassen kann, oder auf eine Kapazität größer als diese Kapazität. Daher wird diese Kapazität entsprechend der Nutzung der Kühlkreisvorrichtung, bei welcher die Kältespeicherbehältereinheit angewendet wird, eingestellt. Es gibt Fälle, wo die Kapazität dieses unteren Behälters 165 entsprechend der Kältespeicherkapazität des Kältespeichermaterials so eingestellt wird, um die Menge des durch das Kältespeichermaterial zu verflüssigenden Kältemittels zu speichern. Es gibt Fälle, wo die Kapazität dieses unteren Behälters 165 auf eine größere Kapazität gesetzt wird, als sie zum Strömen des Kältemittels benötigt wird, wenn der Kompressor 110 in Betrieb ist.
Der untere Behälter 165 ist im Bereich einer Seitenwand in der Längsrichtung der obigen Einstellung der Kapazität groß gemacht und wird daher leicht durch den Innendruck des Kältemittels verformt. Daher ist in der waagerechten Richtung eine Verstärkungsplatte 165a zum Verbinden der gegenüberliegenden Seitenwände in der Längsrichtung angeordnet. Hierbei können mehrere in der vertikalen Richtung hindurch laufende Löcher in der Verstärkungsplatte 165a ausgebildet sein. Alternativ können die mehreren Verstärkungsplatten 165a jeweils mit einer Öffnung wie die obige Trennvorrichtung 164a in der Längsrichtung im unteren Behälter 165 angeordnet sein.
Der Kältespeichermaterialbehälter 170 ist ein flacher Halbbehälter, bei dem Montageklammern 171 von Teilen, durch welche der Kältespeichermaterialbehälter 170 am Fahrzeug befestigt wird, integral ausgebildet sind, und ist aus einem dünnen Kunstharzmaterial durch Einspritzformen gebildet. Der Behälter ist beinahe groß genug, um den gesamten Kältespeicher-Wärmetauscher 160 zu enthalten. Der Kältespeichermaterialbehälter 170 hat eine bestimmte darin aus seiner Öffnung eingeführte Menge des Kältespeichermaterials (z.B. Paraffin, Eis) und hat den Kältespeicher-Wärmetauscher 160 darin angeordnet.
Eine ringförmige Dichtung 180 als ein Dichtungsteil ist zwischen der Seitenwandfläche (Außenumfangsfläche) des oberen Behälters 164 und der Innenwandfläche (Innenumfangsfläche) auf der Öffnungsseite des Kältespeichermaterialbehälters 170 angeordnet, um einen Austritt des Kältespeichermaterials aus dem Kältespeichermaterialbehälter 170 zu verhindern. Auf diese Weise ist die Kältespeicherbehälter einheit 160A gebildet, in welcher das Kältespeichermaterial die Kältemittelrohre 161 und die Rippen 163 des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 in dem Kältespeichermaterialbehälter 170 kontaktiert, um dadurch Wärme zwischen dem Kältespeichermaterial und den Kältemittelrohren 161 und den Rippen 163 hauptsächlich durch Wärmeleitung hinein und heraus bewegen zu lassen.
Die Einströmrohrleitung 101a, die sich von der Kältemittelausströmseite des Verdampfapparats 150 erstreckt, ist mit dem Einlassanschluss 166a der Kältespeicherbehältereinheit 160A verbunden, und die mit der Ansaugseite des Kompressors 110 verbundene Ausströmrohrleitung 101b ist mit dem Auslassanschluss 166b der Kältespeicherbehältereinheit 160A verbunden.
Als nächstes werden die Funktionsweise und die Wirkungen der Kühlkreisvorrichtung 100 basierend auf dem oben erläuterten Aufbau beschrieben.
1. Kältespeichermodus
Wenn das Fahrzeug fährt, wird der Kompressor 110 durch den Motor angetrieben, um die Kühlkreisvorrichtung 100 zu betätigen. Das durch den Kompressor 110 komprimierte und durch ihn ausgegebene Kältemittel wird durch den Kondensator 120 kondensiert und verflüssigt und gelangt durch den Flüssigkeitsauffangbehälter 130 und wird durch das Expansionsventil 140 im Druck vermindert. Dann absorbiert das Kältemittel Wärme aus der Klimaluft und verdampft im Verdampfapparat 150, um dadurch die Klimaluft zu kühlen (Durchführung der Klimatisierung).
Das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende Kältemittel gelangt durch die Einströmrohrleitung 101a und strömt in die Kältespeicherbehältereinheit 160A. Insbesondere gelangt das Kältemittel durch den Einlassanschluss 166a des Kältespeicher-Wärmetauschers 160, den ersten Raum 164c des oberen Behälters 164 und die Kältemittelrohre 161. Das Kältespeichermaterial ändert sich durch das Kältemittel mit einer Temperatur niedriger als der Schmelzpunkt des Kältespeichermaterials von einer flüssigen Phase zu einer festen Phase, um dadurch die latente Erstarrungswärme zu speichern. Das heißt, das Kältemittel kühlt das Kältespeichermaterial in dem Kältespeichermaterialbehälter 170, um Kälte zu speichern.
Das Wärme aus der Klimaluft und dem Kältespeichermaterial im Verdampfapparat 150 und im Kältespeicher-Wärmetauscher 160 (Kältemittelrohre 161) absorbierende Kältemittel wird zu einem überhitzten gasförmigen Kältemittel und strömt in den unteren Behälter 165 und gelangt durch das untere Ende des Rückführrohrs 162, den zweiten Raum 164d des oberen Behälters 164, den Auslassanschluss 166b, die Ausströmrohrleitung 101b und kehrt dann zum Kompressor 110 zurück. Hierbei werden die Wärmelast im Fahrgastraum und die Wärmelast zum Kühlen dieses Kältespeichermaterials zur Gesamtkühllast der Kühlkreisvorrichtung 100. Wenn die Kältespeicherung durch das Kältespeichermaterial beendet ist, wird die Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kältespeichermaterial in der Kältespeicherbehältereinheit 160 gestoppt.
2. Kältefreigabemodus
Wenn das Fahrzeug angehalten und der Motor abgeschaltet wird, wird auch der Kompressor 110 abgeschaltet. Hierbei wird das Kältemittel in der Kühlkreisvorrichtung 100 durch seinen Restdruck vom Kondensator 120 und vom Flüssigkeitsauffangbehälter 130, die auf der Hochdruckseite sind, durch das Expansionsventil 140 in den Verdampfapparat 150 und die Kältespeicherbehältereinheit 160A, die auf der Niederdruckseite sind, geleitet.
Das in den Verdampfapparat 150 strömende Kältemittel tauscht Wärme mit der Klimaluft aus, um die Klimaluft zu kühlen, wodurch es zu einem überhitzten gasförmigen Kältemittel mit einer Temperatur höher als der Schmelzpunkt des Kältespeichermaterials wird. Das überhitzte gasförmige Kältemittel strömt von der Einströmrohrleitung 101a in die Kältespeicherbehältereinheit 160A, um dem Kältespeichermaterial die latente Schmelzwärme zu geben, wodurch es gekühlt wird. Mit anderen Worten wird das überhitzte gasförmige Kältemittel durch die in dem Kältespeichermaterial gespeicherte Kälte gekühlt, wodurch es kondensiert und verflüssigt und mittels Schwerkraft als flüssiges Kältemittel in dem unteren Behälter gespeichert wird.
Das heißt, das überhitzte gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat 150 wird durch die Kältemittelrohre 161 des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 kondensiert und im Volumen reduziert und als flüssiges Kältemittel im unteren Behälter 165 gespeichert, um seinen Druck auf einen niedrigen Druck zu halten. Daher kann, selbst wenn der Kompressor 110 abgeschaltet wird, während die im Kältespeichermaterial gespeicherte Kälte gehalten wird, das Kältemittel durch den Restdruck zwischen dem Kondensator und dem Verdampfapparat 150 fortlaufend in den Verdampfapparat 150 strömen und kann durch den Verdampfapparat 150 fortlaufend die Klimaluft kühlen. Diesbezüglich wird die Wärmeübertragungsleistung betreffend die Kältespeicherung und die Kältefreigabe der obigen Kältespeicherbehältereinheit 160A durch die Einstellungen der Anzahl und der Länge der Kältemittelrohre 161 und der Menge des in dem Kältespeichermaterialbehälter 170 eingefüllten Kältespeichermaterials gesichert.
Hierbei ist in diesem Ausführungsbeispiel der Kältespeichermaterialbehälter 170 an der Außenseite des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 angeordnet, durch den das Kältemittel strömt, und der Kältespeichermaterialbehälter 170 ist mit dem Kältespeichermaterial gefüllt. Daher ist es möglich, den Druck des Kältemittels auf das Innere des Kältespeicher-Wärmetauscher 160 auszuüben und nicht den Druck des Kältemittels, sondern nur den Atmosphärendruck auf den Kältespeichermaterialbehälter 170 auszuüben. Daher ist es möglich, den Kältespeichermaterialbehälter 170 aus einer dünnen Platte zu machen oder ein Material geringer Festigkeit zu verwenden und so die Größe und die Kosten des Kältespeichermaterialbehälters 170 zu reduzieren. Der Kältespeichermaterialbehälter 170 muss keine Druckfestigkeit haben und kann daher in einer flachen rechteckigen Form mit einer breiten Ebene wie in diesem Ausführungsbeispiel anstelle einer sphärischen oder zylindrischen Form gebildet sein, was die Einfachheit verbessern kann, mit welcher der Kältespeichermaterialbehälter im Motorraum des Fahrzeugs montiert werden kann.
Weil das Paar Behälter 164 und 165 des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 als der obere Behälter 164 und der untere Behälter 165 ausgebildet sind, strömt ferner das durch das Kältespeichermaterial kondensierte flüssige Kältemittel durch die Schwerkraft nach unten in den unteren Behälter. Daher kann dies verhindern, dass das flüssige Kältemittel in den Kältemittelrohren 161 des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 bleibt, und es kann Wärme zwischen dem Kältemittel im Kältespeicher-Wärmetauscher 160 und dem Kältespeichermaterial im Kältespeichermaterialbehälter 170 mit hoher Effizienz ausgetauscht werden. Das heißt, das kondensierte flüssige Kälte mittel bleibt nicht als dicker Film an den Innenwandflächen der Kältemittelrohre 161, was in einer Sicherung von Wärmeübertragungsflächen der Kältemittelrohre 161, durch welche Wärme auf das Kältespeichermaterial übertragen wird, in einem ausreichenden Maß und daher im Wärmeaustausch zwischen ihnen mit einer hohen Effizienz resultiert.
Weil der obere Behälter 164 in den ersten Raum 164c und den zweiten Raum 164d getrennt ist und der erste Raum 164c und der zweite Raum 164d mit dem Einlassanschluss 166a bzw. dem Auslassanschluss 166b versehen sind, kann ferner die Rohrleitung 101a und 101b an der Seite des oberen Behälters 164 zusammengesetzt werden, was in einer Verbesserung der Einfachheit resultiert, mit welcher die Rohrleitungen 101a und 101b angeordnet werden können.
Weil die im oberen Behälter 164 angeordnete Trennvorrichtung 164a die Öffnung 164b hat, kann ein Teil des aus dem Einlassanschluss 166a einströmenden Kältemittels direkt durch die Öffnung 164b aus dem Auslassanschluss 166b ausgeströmt werden. Das heißt, wenn das Fahrzeug nach dem obigen Kältefreigabemodus in den Fahrzustand gebracht wird, wird der Motor gestartet und der Kompressor 110 wird ebenfalls in Betrieb genommen. Der Kompressor 110 absorbiert das Kältemittel aus der Kältespeicherbehältereinheit 160A. Zu diesem Zeitpunkt absorbiert der Kompressor hauptsächlich das im unteren Behälter 165 durch das Kältespeichermaterial im Kältefreigabemodus kondensierte flüssige Kältemittel und komprimiert daher das flüssige Kältemittel. Ein Teil des durch den Verdampfapparat 150 verdampften, überhitzten gasförmigen Kältemittels kann jedoch durch den Einlassanschluss 166a und die Öffnung 164b geleitet werden, kann in den Auslassanschluss 166b geleitet werden und kann durch den Kompressor absorbiert werden. Hierdurch kann der Kompressionsgrad des flüssigen Kältemittels verringert werden.
Außerdem steht der untere Behälter 165 mit dem zweiten Raum 164d des oberen Behälters 164 durch das Rückführrohr 162 anstelle der Kältemittelrohre 161 in Verbindung. Daher kann dies den Widerstand des aus dem unteren Behälter 165 zum zweiten Raum 164d strömenden Kältemittels reduzieren.
Außerdem steht das Rückführrohr 162 mit dem unteren Behälter 165 an einer Position nahe seinem unteren Ende in Verbindung. Daher können, wenn das Kältemittel durch den Kältespeicher-Wärmetauscher 160 strömt, das flüssige Kältemittel des überhitzten gasförmigen Kältemittels und das in den unteren Behälter 165 strömende flüssige Kältemittel bevorzugt durch das Rückführrohr 162 und den zweiten Raum 164d geleitet und aus dem Auslassanschluss 166b ausgeströmt werden, was ein Speichern des flüssigen Kältemittels im unteren Behälter 165 verhindern kann. Das heißt, wenn das Kältemittel durch den Kompressor im Kältespeichermodus im Kühlkreis zirkuliert wird, wird ein Speichern des flüssigen Kältemittels im unteren Behälter 165 verhindert, um den Kältefreigabemodus vorzubereiten. Wenn der Kompressor 110 im Kältefreigabemodus abgeschaltet wird, kann das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende, überhitzte gasförmige Kältemittel durch das Kältespeichermaterial kondensiert und im unteren Behälter 165 gespeichert werden.
Außerdem ist der Kältespeichermaterialbehälter 170 aus einem halben Behälter gemacht und hat das Kältespeichermaterial und den Kältewärmetauscher 160 darin angeordnet, und dann werden der Kältespeichermaterialbehälter 170 und der Kältewärmetauscher 160 beide durch die Dichtung 180 abgedichtet. Daher kann ein Austreten des Kältespeichermaterials aus dem Kältespeichermaterialbehälter 170 durch eine einfache Konstruktion verhindert werden. Kurz gesagt ist es möglich, die Notwendigkeit zum periodischen Nachfüllen des Kältespeichermaterials zu beseitigen.
Außerdem sind die Rippen zwischen den mehreren Kältemittelrohren 161 angeordnet und verlötet. Daher kann dies die Wärmeübertragungsfläche des Kältespeichermaterials vergrößern und die Wärmetauschleistung zwischen dem Kältemittel und dem Kältespeichermaterial verbessern.
Diesbezüglich gibt es hinsichtlich des Kondensators 120 einen Fall, bei dem ein Flüssigkeitsauffangbehälter integral als ein Modulationsbehälter im Kondensator 120 des Typs, bei dem das Kältemittel auf einen Unterkühlungsbereich gekühlt wird (so genannter Unterkühlungskondensator), ausgebildet ist. In diesem Fall kann auf den Flüssigkeitsauffangbehälter 130 verzichtet werden.
Außerdem kann bei der Kühlkreisvorrichtung 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, da die Menge des Kältemittels auf der Hochdruckseite größer ist, eine längere Kältefreigabezeit sichergestellt werden. Daher ist es, falls die Zeit, während der der Kompressor abgeschaltet werden kann, länger als eine bestimmte Zeit gehalten werden muss, auch empfehlenswert, diesen zusätzlichen Flüssigkeitsauffangbehälter 130 anzuordnen oder die Kapazität des Flüssigkeitsauffangbehälters 130 oder den Durchmesser der Hochdruckrohrleitung zu vergrößern.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ein Innenwärmetauscher 200 zu einer Kühlkreisvorrichtung 100A hinzugefügt ist.
Der Innenwärmetauscher 200 tauscht Wärme zwischen einem hochdruckseitigen Kältemittel zwischen dem Kondensator 120 und dem Expansionsventil 140 (insbesondere dem Flüssigkeitsauffangbehälter 130 und dem Expansionsventil 140) und einem niederdruckseitigen Kältemittel zwischen der Kältespeicherbehältereinheit 160A und dem Kompressor aus. Der Innenwärmetauscher 200 ist als ein Wärmetauscher zum Beispiel einer Doppelrohrkonstruktion ausgebildet, bei welcher ein niederdruckseitiges Rohr, durch welches das obige niederdruckseitige Kältemittel strömt, in einem bestimmten Bereich (einer bestimmten Länge) eines hochdruckseitigen Rohrs, durch welches das obige hochdruckseitige Kältemittel strömt, angeordnet ist. Das heißt, das hochdruckseitige Kältemittel strömt zwischen dem hochdruckseitigen Rohr und dem niederdruckseitigen Rohr, um dadurch Wärme mit dem durch das niederdruckseitige Rohr strömenden niederdruckseitigen Kältemittel auszutauschen. Das hochdruckseitige Kältemittel wird durch das niederdruckseitige Kältemittel unterkühlt, und das niederdruckseitige Kältemittel wird durch das hochdruckseitige Kältemittel überhitzt.
Ferner wird das Kältemittel vor dem Strömen in den Kompressor wie oben beschrieben durch den Innenwärmetauscher 200 überhitzt, sodass das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende Kältemittel nicht überhitzt wird und im Über hitzungsgrad soviel wie möglich verringert wird. Insbesondere wird die Einstellung des Expansionsventils 140 eingestellt, d.h. die Einstellung der Drosselöffnung relativ zu einer Kältemitteltemperatur an dem Temperaturmessteil 142 weiter vergrößert, um so den Überhitzungsgrad in einen Bereich von 0°C bis 3°C zu bringen.
In dem auf diese Weise konstruierten zweiten Ausführungsbeispiel werden der gleiche Kältespeichermodus und Kältefreigabemodus wie im ersten Ausführungsbeispiel durch die Kältespeicherbehältereinheit 160A durchgeführt, um dadurch eine Kühlfunktion fortzusetzen, wenn der Kompressor abgeschaltet wird.
Weil das niederdruckseitige Kältemittel durch den Innenwärmetauscher 200 überhitzt werden kann, wird ferner das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende Kältemittel durch die Einstellung des Expansionsventils 140 nicht überhitzt. Daher wird die Temperatur des in die Kältespeicherbehältereinheit 160A strömenden Kältemittels ohne Verringern des Drucks des Kältemittels im Verdampfapparat 150, mit anderen Worten ohne Reduzieren des Wirkungsgrades (COP) eines Kühlers der Kühlkreisvorrichtung 100A, verringert, wodurch die Kälte sicher in dem Kältespeichermaterial gespeichert werden kann.
Ferner kann die Zugabe des Innenwärmetauscher 200 den Unterkühlungsgrad des aus dem Kondensator 120 in den Verdampfapparat 150 strömenden Kältemittels erhöhen und kann die Menge des aus dem Kondensator 120 ausströmenden Flüssigphasenkältemittels vergrößern, um dadurch den Verdampfapparat 150 mit der vergrößerten Menge des Flüssigphasenkältemittels zu versorgen. Daher wird in dem Verdampfapparat 150, wenn die Menge des Flüssigphasenkältemittels größer wird, der Strömungswiderstand für das Kältemittel verringert und die Kühlleistung der Klimaluft kann verbessert werden. Weiter kann der Überhitzungsgrad im Verdampfapparat 150 auf einen kleinen Wert gesetzt werden, und daher wird die Temperatur des Kältemittels verringert, um den Temperaturunterschied zwischen dem Kältemittel und der Klimaluft zu erhöhen, um dadurch die Kühlleistung für die Klimaluft zu verbessern. Das aus der Kältespeicherbehältereinheit 160A ausströmende Kältemittel wird durch den Innenwärmetauscher 200 überhitzt, wodurch es sicher zu einem Dampfphasenkältemittel wird. Daher ist es möglich, eine Flüssigkeitskompression im Kompressor zu verhindern.
Diesbezüglich liegt der Überhitzungsgrad im Verdampfapparat 150 in der obigen Beschreibung zum Beispiel im Bereich von 0°C bis 3°C. Wenn jedoch ein bestimmter Überhitzungsgrad in dem Innenwärmetauscher 200 realisiert wird (es wird ein Dampfphasenkältemittel erzeugt), ist es auch empfehlenswert, dass das Kältemittel niemals den Überhitzungsgrad im Verdampfapparat 150 hat, d.h. der Überhitzungsgrad nicht höher als 0°C gemacht ist, um dadurch das Kältemittel in den Zustand von zwei Phasen einer Dampfphase und einer Flüssigphase zu bringen.
Ferner ist der Innenwärmetauscher 200 nicht auf einen Wärmetauscher einer Doppelrohrkonstruktion beschränkt, sondern es ist auch empfehlenswert, einen Wärmetauscher der Konstruktion einzusetzen, bei dem zwei Durchgänge parallel angeordnet sind und bei dem Wärme zwischen einem durch einen Durchgang der zwei Durchgänge strömenden hochdruckseitigen Kältemittel und einem durch seinen anderen Durchgang strömenden niederdruckseitigen Kältemittel ausgetauscht wird.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt. Das dritte Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ein festes Drosselteil 191 parallel zum Expansionsventil 140 in einer Kühlkreisvorrichtung 100B angeordnet ist.
Insbesondere ist ein Bypasskanal 210 an dem Ventilteil 141 des Expansionsventils 140 vorbei vorgesehen, und dieser Bypasskanal 210 ist mit dem festen Drosselteil 211 versehen, dessen Öffnung auf eine bestimmte Öffnung fixiert ist.
Im Kältespeichermodus, während der Kompressor in Betrieb ist, öffnet das Expansionsventil 140 das Ventilteil 141 gemäß der Kältemitteltemperatur (Überhitzungsgrad des Kältemittels) des Temperaturmessteils 142 auf eine bestimmte Öffnung. Im Kältefreigabemodus gibt es jedoch einen Fall, bei dem der Kompressor abgeschaltet wird, um den niederdruckseitigen Druck zu erhöhen, während das Ventilteil 141 allmählich geschlossen wird, weil das Temperaturmessteil 142 gekühlt wird.
Auf diese Weise ist eine Luftkühlleistung im Kältefreigabemodus durch die Öffnung des Expansionsventils 140 zu dieser Zeit begrenzt. Weil jedoch dieses dritte Ausführungsbeispiel mit dem festen Drosselteil 211 versehen ist, kann das aus dem Kondensator 120 ausströmende Kältemittel durch das feste Drosselteil 211 unabhängig von der variablen Drosselöffnung des Expansionsventils 140 in den Verdampfapparat 150 geleitet werden. Daher kann die Luftkühlleistung bei Abschaltung des Kompressors gewährleistet werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 6 und 7 gezeigt. Das vierte Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel die Strömungsstruktur des Kältemittels einer Kältespeicherbehältereinheit 160B in einer Kühlkreisvorrichtung 1000 geändert ist, und dass eine Flüssigkältemittel-Umlaufpumpe (nachfolgend als „Pumpe" bezeichnet) 190 als Pumpeneinrichtung vorgesehen ist, um das Kältemittel im Kältefreigabemodus zwischen dem Verdampfapparat 150 und der Kältespeicherbehältereinheit 160B zu zirkulieren, um die Klimaluft fortlaufend durch den Verdampfapparat 150 zu kühlen.
In der Kältespeicherbehältereinheit 160B, wie sie in 7 dargestellt ist, hat der Kältespeichermaterialbehälter 170 Öffnungen 172, 173, die in der Unterseite ausgebildet sind. Die Kältespeicherbehältereinheit 160B ist mit einem Außenverbindungskanal 167a versehen, der durch die Öffnung 172 reicht und das Innere des unteren Behälters 165 und das Äußere des Kältespeichermaterialbehälters 170 verbindet. Der Außenverbindungskanal 167a und die Öffnung 172 sind durch ein Dichtungsmaterial (nicht dargestellt) abgedichtet, um ein Austreten des Kältespeichermaterials nach außen zu verhindern.
Ferner ist die Kältespeicherbehältereinheit 160B mit einem Verbindungskanal 167b versehen, der durch die Öffnung 173 reicht und das Äußere des Kältespeichermaterialbehälters 170 und das Rückführrohr 162 im unteren Behälter 165 verbindet. Der Verbindungskanal 167b und die Öffnung 173 sind durch ein Dichtungsmaterial (nicht dargestellt) abgedichtet, um ein Austreten des Kältespeichermaterials nach außen zu verhindern.
Ein Rückschlagventil 168 ist in der Seitenwand des Rückführrohrs 162 im unteren Behälter 165 angeordnet. Das Rückschlagventil 168 ist ein Ventil, das das Kältemittel nur in einer Richtung, d.h. vom unteren Behälter 165 zum Rückführrohr 162 strömen lässt.
Die Kältespeicherbehältereinheit 160B ist, wie in 6 dargestellt, zwischen dem Expansionsventil 140 und dem Verdampfapparat 150 angeordnet. Das heißt, der Einlassanschluss 166A ist mit der Kältemittelausströmseite des Expansionsventils 140 verbunden, und der Auslassanschluss 166b ist mit der Kältemitteleinströmseite des Verdampfapparats 150 verbunden. Weiter ist die Pumpe 190 zwischen dem Außenverbindungskanal 167a und dem Verbindungskanal 167b angeordnet, und das Kältemittel wird unter Druck vom Außenverbindungskanal 167a zum Verbindungskanal 167b geschickt.
Außerdem ist (zwischen dem Expansionsventil 140 und dem Einlassanschluss 166a) ein Kältemittelkanal 102 gebildet, der die Kältemittelausströmseite des Verdampfapparats 150 und die Kältemitteleinströmseite der Kältespeicherbehältereinheit 160B verbindet. Dieser Kältemittelkanal 102 ist mit einem Rückschlagventil 103 versehen, das das Kältemittel nur in einer Richtung, d.h. vom Verdampfapparat 150 zur Kältespeicherbehältereinheit 160B strömen lässt.
In der Kühlkreisvorrichtung 1000 dieses Ausführungsbeispiels öffnet das durch das Druckverminderungsteil 140 im Druck reduzierte Kältemittel mit niedriger Temperatur, wenn das Kältemittel im Kühlkreis durch den Betrieb des Kompressors 110 im Kältespeichermodus zirkuliert wird, das Rückschlagventil 168 in der Kältespeicherbehältereinheit 160B und strömt hindurch, wobei das Kältespeichermaterial in der Kältespeicherbehältereinheit 160B durch das Niedertemperaturkältemittel gekühlt wird. Das aus der Kältespeicherbehältereinheit 160B ausströmende Kältemittel absorbiert Wärme aus der Klimaluft im Verdampfapparat 150, um die Klimaluft zu kühlen.
Dagegen wird im Kältefreigabemodus, wenn der Kompressor abgeschaltet ist, die Pumpe 190 betrieben, um das Kältemittel vom Verbindungskanal 167b der Kältespeicherbehältereinheit 160B durch das Rückführrohr 162, den Auslass anschluss 166b, den Verdampfapparat 150, den Kältemittelkanal 102, das Rückschlagventil 103, den Einlassanschluss 166a der Kältespeicherbehältereinheit 160B, den oberen Behälter 164, die Rohre 161, den unteren Behälter 165 und den Außenverbindungskanal 167a in dieser Reihenfolge zur Pumpe 190 zu zirkulieren. Daher strömt das Kältemittel, das Wärme aus der Klimaluft im Verdampfapparat 150 absorbiert und verdampft wird, in die Kältespeicherbehältereinheit 160B und wird durch die Kältefreigabe von dem Kältespeichermaterial kondensiert und verflüssigt und wird als flüssiges Kältemittel im unteren Behälter 165 gespeichert. Dann wird das flüssige Kältemittel wieder zum Verdampfapparat 150 geschickt, um diesen Kreis zu wiederholen, sodass die Klimaluft durch den Verdampfapparat 150 fortlaufend gekühlt werden kann.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 8 und 9 dargestellt. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel die detaillierte Konstruktion des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 modifiziert ist.
Die das Wärmetauschteil des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 bildende Rippe 163 kann anstelle der gewellten Rippe des ersten Ausführungsbeispiels eine Rippe des Plattentyps 163a sein, wie in 8 dargestellt. Die Rippe 163a ist ein dünner Streifen und hat mehrere Stechlöcher oder Ausschnitte für die Kältemittelrohre 161, die an Positionen der Kältemittelrohre 161 in der Längsrichtung des Streifens ausgebildet sind. Hierbei kann die Rippe 163a Erhebungen und Senken oder Luftschlitze haben, die an der Oberfläche ausgebildet sind, um so die Effizienz des Wärmeaustausches zu verbessern.
Nachdem die mehreren Rippen 163a geschichtet sind, werden die Kältemittelrohre 161 durch die Stechlöcher oder die Ausschnitte für die jeweiligen Rohre gesteckt und dann geweitet, wodurch die Rippen 163 mit Druck an den Außenflächen der Rohre 161 befestigt werden. Weiter werden die Rippen 163a mit den Außenflächen der Rohre 161 verlötet. Die Rippe des Plattentyps 163a kann durch eine Pressverarbeitung geformt und kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
Ferner ist das untere Ende des Rückführrohrs 162, wie in 9 dargestellt, mit der Oberseite des unteren Behälters 165 verbunden. Der untere Behälter 165 ist mit der Trennvorrichtung 165b als eine Trennwand zum Trennen des Innenraums des unteren Behälters 165 in eine Seite des Rückführrohrs 162 und eine abgewandte Seite versehen, und die untere Seite der Trennvorrichtung 165b ist offen. Das heißt, die Trennvorrichtung 165b verläuft von der oberen Seite des unteren Behälters 165 zur unteren Seite, und ein Freiraum ist zwischen dem unteren Ende der Trennvorrichtung 165b und der unteren Seite des unteren Behälters 165 gebildet.
Daher steht das Rückführrohr 162 über die Trennvorrichtung 165b mit dem unteren Ende des unteren Behälters in Verbindung und führt die gleiche Funktion wie im ersten Ausführungsbeispiel durch.
Diesbezüglich kann das Rückführrohr 162 als Modifikation des fünften Ausführungsbeispiels in einer in 10 gezeigten Weise derart ausgebildet werden, dass ein Endabschnitt in der Längsrichtung geschlossen ist und dass ein Einströmloch 162a in einer Umfangsfläche am Endabschnitt, ausgebildet ist, um den Endabschnitt in der Längsrichtung des unteren Behälters 165 mit dem Innern des unteren Behälter 165 in Verbindung stehen zu lassen.
Außerdem hat die Dichtung 180 der Kältespeicherbehältereinheit 160A eine Konstruktion, bei welcher die Dichtung 180 unabhängig von dem Kältespeicher-Wärmetauscher 160 und dem Kältespeichermaterialbehälter 170 ist. Der Kältespeichermaterialbehälter 170 ist jedoch zum Beispiel aus einem gummiartigen Material mit Elastizität gemacht und die Dichtung 180 kann integral mit dem Kältespeichermaterialbehälter 170 ausgebildet sein.
Ferner ist es, wenn es keine Beschränkung zum Anordnen der jeweiligen Rohrleitungen 101a, 101b bezüglich der Kältespeicherbehältereinheit 160A gibt, auch empfehlenswert, das Rückführrohr 162 und die Trennvorrichtung 164b wegzulassen und den Auslassanschluss 166b am unteren Behälter 165 zu befestigen.
Außerdem kann die Öffnung 164b der Trennvorrichtung 164a entsprechend dem Wirkungsgrad der Flüssigkeitskompression am Kompressor weggelassen werden, wenn der Kältefreigabemodus in den Kältespeichermodus gesetzt wird.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 11 bis 15 gezeigt. Das sechste Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel die Konstruktionen des Kältespeicher-Wärmetauschers 160, des Kältespeichermaterialbehälters 170 und der Dichtung 180 jeweils geändert sind, um eine Kältespeicherbehältereinheit 160C zu bilden.
Wie in 11 bis 13 dargestellt, ist das Wärmetauschteil des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 aus mehreren, in zwei Reihen geschichteten (angeordneten) Rohren 161 aufgebaut. Hierbei wird der Einfachheit halber eine Gruppe von Rohren einer ersten Reihe auf der Rückseite des Papiers in 11 als Rohre des ersten Raums 161a bezeichnet, und eine Gruppe von Rohren einer zweiten Reihe an der Vorderseite des Papiers in 11 wird als Rohre des zweiten Raums 161b bezeichnet. Hierbei sind die Rippen 163 auf eine Größe entsprechend der Tiefe der zwei Reihen der Rohre 161 gesetzt und zwischen den jeweiligen Rohren 161 angeordnet (mit ihnen verbunden).
Der obere Behälter 164 ist aus zwei zylindrischen Teilen ausgebildet, die parallel zueinander angeordnet und an ihren Seitenwänden in der Längsrichtung miteinander verbunden sind, und hat die einen Endabschnitte in der Längsrichtung des Rohrs 161 damit verbunden. Genauer sind im oberen Behälter 164 ein erster Raum 164c und ein zweiter Raum 164d durch die zwei zylindrischen Teile gebildet. Die Rohre des ersten Raums 161a stehen mit dem ersten Raum 164c in Verbindung, und die Rohre des zweiten Raums 161b stehen mit dem zweiten Raum 164d in Verbindung. Eine Öffnung 164b ist etwa in der Mitte eines Abschnitts, in dem die zwei zylindrischen Teile miteinander verbunden sind (entspricht einem Trennteil in der vorliegenden Erfindung), ausgebildet, genau wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Flache Becherbehälter 164e, 164f sind mit beiden Enden in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 verbunden. Der erste Raum 164c des oberen Behälters 164 steht mit dem Innern des Becherbehälters 164e durch ein Verbindungsloch 164g in Verbindung, und der zweite Raum 164d des oberen Behälters 164 steht mit dem Innern des Becherbehälters 164f durch ein Verbindungsloch 164h in Verbindung.
Der untere Behälter 165 ist aus einem kleinen Behälter 165c, einem Flüssigkeitsbehälter 165h und Becherbehältern 165d, 165e gebildet. Der kleine Behälter 165c ist ein Behälter mit etwa der gleichen Spezifikation wie der obere Behälter 164 und hat einen ersten Raum 165c1 und einen zweiten Raum 165c2, die darin durch zwei zylindrische Teile gebildet sind. Die anderen Enden in der Längsrichtung der Rohre 161 sind mit diesem kleinen Behälter 165c verbunden. Das heißt, die Rohre des ersten Raums 161a stehen mit dem ersten Raum 165c1 in Verbindung, und die Rohre des zweiten Raums 161b stehen mit dem zweiten Raum 165c2 in Verbindung.
Der Flüssigkeitsbehälter 165h ist ein Behälter, der aus einem zylindrischen Teil mit großem Durchmesser gemacht ist, dessen Innendurchmesser größer als die jeweiligen zylindrischen Teile des kleinen Behälters 165c eingestellt ist, und er ist unter dem kleinen Behälter 165c angeordnet. Das gesamte Innenvolumen des kleinen Behälters 165c und des Flüssigkeitsbehälters 165h ist genau wie im ersten Ausführungsbeispiel groß genug, um eine bestimmte Menge des flüssigen Kältemittels zu speichern, das kondensiert, wenn das in den Kältespeicher-Wärmetauscher 160 strömende überhitzte gasförmige Kältemittel durch das Kältespeichermaterial gekühlt wird.
Die flachen Becherbehälter 165d, 165e sind mit beiden Enden in der Längsrichtung des kleinen Behälters 165c und des Flüssigkeitsbehälters 165h verbunden. Der erste Raum 165c1 des kleinen Behälters 165c steht mit dem Innern des Becherbehälters 165d durch ein Verbindungsloch 165f in Verbindung. Ferner steht der zweite Raum 165c2 des kleinen Behälters 165c mit dem Innern des Becherbehälters 165e durch ein Verbindungsloch 165g in Verbindung. Weiter steht ein Raum im Flüssigkeitsbehälter 165h mit den Becherbehältern 165d, 165e durch Verbindungslöcher 165i, 165j in Verbindung.
Ein Einlassanschluss 166a ist ein Blockteil, das in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und auf der Seite des Becherbehälters 164e des oberen Behälters 164 angeordnet ist und mit dem Becherbehälter 164e verbunden ist, um so mit dem Innern des Becherbehälters 164e in Verbindung zu stehen. Ein Auslassanschluss 166b ist ein Blockteil, das genau wie der Einlassanschluss 166a in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, und er ist auf der Seite des Becherbehälters 164f des oberen Behälters 164 angeordnet und ist mit dem Becherbehälter 164f verbunden, um so mit dem Innern des Becherbehälters 164f in Verbindung zu stehen.
Der Kältespeichermaterialbehälter 170 ist aus einem oberen Behälter 174 und einem unteren Behälter 175 gebildet. Jeder der Behälter 174, 175 ist genau wie im ersten Ausführungsbeispiel zum Beispiel aus einem dünnen Kunstharzmaterial durch Einspritzformen geformt.
Der obere Behälter 174 ist ein Behälter, der zum unteren Behälter 175 offen ist und in der Form einer Abdeckung ausgebildet ist und eine Größe einschließlich der beiden Anschlüsse 166a, 166b und des oberen Behälters 164 des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 besitzt. Eine Montageklammer 171, die ein Teil ist, das zum Befestigen der Kältespeicherbehältereinheit 160C am Fahrzeug benutzt wird, ist integral mit einem Abschnitt nahe der Mitte des oberen Behälters 174 ausgebildet. Kreisförmige Öffnungen 174a, 174b, die an Positionen entsprechend den beiden Anschlüssen 166a, 166b gemacht sind und an ihren Umfängen ausgebildete Flanschabschnitte haben, sind im oberen Behälter 174 ausgebildet.
Der untere Behälter 175 ist ein flacher Halbbehälter mit einer großen Tiefe und hat eine Größe einschließlich des unteren Behälters 165 und des Wärmetauschteils des Kältespeicher-Wärmetauschers 160. Der obere Behälter 174 und der untere Behälter 175 sind zum Beispiel durch Verbindungsmaßnahmen, wie beispielsweise Kunstharzverschmelzung, miteinander verbunden, um den Kältespeichermaterialbehälter 170 zu bilden.
Der Kältespeichermaterialbehälter 170 hat den Kältespeicher-Wärmetauscher 160 darin angeordnet und besitzt eine bestimmt Menge eingefüllten Kältespeichermaterials und hat eine Dichtung des O-Ring-Typs 180 (zwei Teile) zwischen den Außenumfangsabschnitten beider Anschlüsse 166a, 166b und den Innenumfangsabschnitten der Öffnungen 174a, 174b (Flanschabschnitte) angeordnet, um dadurch die Kältespeicherbehältereinheit 160C zu bilden.
Als nächstes wird die Funktionsweise einer Kühlkreisvorrichtung 100 mit der oben genannten Kältespeicherbehältereinheit 160C unter Bezug auf die Zeichnungen einschließlich außerdem 14 und 15 beschrieben. Die Kältespeicherbehältereinheit 160C im Kühlkreis ist genau wie im ersten Ausführungsbeispiel zwischen dem Verdampfapparat 150 und dem Kompressor angeordnet.
1. Kältespeichermodus
Wenn das Fahrzeug fährt und der Kompressor durch den Motor angetrieben wird, strömt das durch den Kompressor komprimierte und ausgegebene und aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende Kältemittel in die Kältespeicherbehältereinheit 160C. In der Kältespeicherbehältereinheit 160C strömt das Kältemittel, wie in 14 dargestellt, aus dem Einlassanschluss 166a der Kältespeicherbehältereinheit 160C durch den Becherbehälter 164e ⇒ den Verbindungskanal 164d ⇒ den ersten Raum 164c des oberen Behälters 164 zu den Rohren des ersten Raums 161a. Dann strömt das Kältemittel durch den ersten Raum 165c1 des kleinen Behälters 165c ⇒ die Verbindungslöcher 165f ⇒ den Becherbehälter 165d ⇒ das Verbindungsloch 165i ⇒ den Flüssigkeitsbehälter 165h ⇒ das Verbindungsloch 165j ⇒ den Becherbehälter 165e ⇒ das Verbindungsloch 165g ⇒ den zweiten Raum 165c2 des kleinen Behälters 165c zu den Rohren des zweiten Raums 161b. Weiter strömt das Kältemittel durch den zweiten Raum 164d des oberen Behälters 164 ⇒ das Verbindungsloch 164h ⇒ den Becherbehälter 164f und strömt aus dem Auslassanschluss 166b und kehrt zum Kompressor zurück.
Wenn das Kältemittel mit einer Temperatur niedriger als der Schmelzpunkt des Kältespeichermaterials durch die Rohre des ersten Raums 161a und die Rohre des zweiten Raums 161b in dem obigen Strom des Kältemittels strömt, ändert das Kältemittel das Kältespeichermaterial im Kältespeichermaterialbehälter 170 von einer flüssigen Phase zu einer festen Phase, um die latente Erstarrungswärme zu speichern. Das heißt, das Kältemittel kühlt das Kältespeichermaterial im Kältespeichermaterialbehälter 170, um Kälte zu speichern.
Im obigen Strom des Kältemittels strömt ein Teil des Kältemittels an dem Wärmetauschteil (den Rohren 161) vorbei und strömt aus der Öffnung 164b des oberen Behälters 164 zum Auslassanschluss 166b. Hierbei wird im obigen Kältespeichermodus durch den Strom des Kältemittels, der durch den Betrieb des Kompressors zu einer vergleichsweise großen Menge (50 kg/h bis 200 kg/h) erzwungen wird, die Geschwindigkeit des Kältemittelstroms erhöht und der Strömungswiderstand des Kältemittels an der Öffnung 164b wird erhöht und die Menge der Strömungsrate des an dem Wärmetauschteil vorbeiströmenden Kältemittels wird klein gehalten und daher strömt der größte Teil des Kältemittels durch den Wärmetauschteil. Deshalb findet virtuell kaum eine Reduzierung der Kältespeicherkapazität statt.
2. Kältefreigabemodus
Wenn das Fahrzeug angehalten und der Motor gestoppt und der Kompressor abgeschaltet wird, strömt das Kältemittel durch das Expansionsventil 140 in den Verdampfapparat 150 und die Kältespeicherbehältereinheit 160C, die durch den im Kühlkreis verbleibenden Druck auf eine Niederdruckseite gebracht werden.
Das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende, überhitzte gasförmige Kältemittel strömt in die Kältespeicherbehältereinheit 160C. In der Kältespeicherbehältereinheit 160C strömt das Kältemittel, wie in 15 dargestellt, aus dem Einlassanschluss 166a der Kältespeicherbehältereinheit 160C durch den Becherbehälter 164e ⇒ den Verbindungskanal 164g ⇒ den ersten Raum 164c des oberen Behälters 164 zu den Rohren des ersten Raums 161a. Ferner strömt das Kältemittel auch von dem ersten Raum 164c des oberen Behälters 164 durch die Öffnung 164b ⇒ den zweiten Raum 164d des oberen Behälters 164 zu den Rohren des zweiten Raums 161b.
Diesbezüglich wird im Kältefreigabemodus der Kompressor abgeschaltet, sodass die Strömungsrate des Kältemittels im Vergleich zum Kältespeichermodus verringert wird und die Strömungsrate des durch die Rohre des zweiten Raums 161b strömenden Kältemittels auf etwa ¼ oder weniger der Strömungsrate im Kältespeichermodus verringert wird, wobei die Öffnung 164b kaum einen Widerstand gegen den Kältemittelstrom aufbaut, sondern das Kältemittel strömen lässt.
Wenn das überhitzte gasförmige Kältemittel mit einer Temperatur höher als der Schmelzpunkt des Kältespeichermaterials im obigen Strom des Kältemittels durch die Rohre des ersten Raums 161a und die Rohre des zweiten Raums 161b strömt, gibt das überhitzte gasförmige Kältemittel dem Kältespeichermaterial die latente Schmelzwärme, wodurch es gekühlt wird. Das heißt, das überhitzte gasförmige Kältemittel wird durch die Kälte des Kältespeichermaterials gekühlt, kondensiert und verflüssigt und strömt als flüssiges Kältemittel durch die Schwerkraft nach unten und strömt vom ersten Raum 165c1 des kleinen Behälters 165c ⇒ das Verbindungsloch 165f ⇒ den Becherbehälter 165d ⇒ das Verbindungsloch 165i zum Flüssigkeitsbehälter 165h. Außerdem strömt das überhitzte gasförmige Kältemittel aus dem zweiten Raum 165c2 des kleinen Behälters 165c ⇒ dem Verbindungsloch 165d ⇒ dem Becherbehälter 165e ⇒ dem Verbindungsloch 165j zum Flüssigkeitsbehälter 165h.
Kurz gesagt wird das überhitzte gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat 150 durch alle Kältemittelrohre 161 (die Rohre des ersten und des zweiten Raums 161a, 161b) des Kältespeicher-Wärmetauschers 160 kondensiert und im Volumen reduziert und als flüssiges Kältemittel im unteren Behälter 165 gespeichert, um den Druck auf einem niedrigen Druck zu halten. Daher kann, selbst wenn der Kompressor abgeschaltet wird, während die in dem Kältespeichermaterial gespeicherte Kälte gehalten wird, der zwischen dem Kondensator 120 und dem Verdampfapparat 150 verbleibende Druck kontinuierlich das Kältemittel in den Verdampfapparat 150 strömen und daher kontinuierlich durch den Verdampfapparat 150 die Klimaluft kühlen.
3. Wechseln vom Kältefreigabemodus zum Kältespeichermodus
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel strömt, wenn der Kompressor zur Zeit des Wechselns des obigen Kältefreigabemodus zu einem Kältespeichermodus wieder gestartet wird, das in dem unteren Behälter 165 (dem Flüssigkeitsbehälter 165h, dem ersten und dem zweiten Raum 165c1, 165c2 des kleinen Behälters 165c) gespeicherte Kältemittel zuerst durch die Rohre des zweiten Raums 161b nach oben und strömt dann durch den zweiten Raum 164d des oberen Behälters 164 ⇒ das Verbindungsloch 164h ⇒ den Becherbehälter 164f ⇒ den Auslassanschluss 166b und wird dann durch den Kompressor aufgenommen. In diesem Modus wird ab diesem Zeitpunkt das Speichern von Kälte in dem Kältespeichermaterial im Kältespeichermaterialbehälter 170 durch das durch die Rohre des zweiten Raums 161b strömende Kältemittel gestartet, wenn der Kompressor gestartet wird.
Im ersten Ausführungsbeispiel strömt, wenn der Kältefreigabemodus zum Kältespeichermodus gewechselt wird, das im unteren Behälter 165 gespeicherte flüssige Kältemittel durch das Rückführrohr 162, das keine Grundwärmetauschfunktion durchführt, und speichert daher kaum Kälte im Kältespeichermaterial und kehrt zum Kompressor zurück. Dann strömt das flüssige Kältemittel durch den Kondensator 120 ⇒ das Flüssigkeitsauffanggefäß 130 ⇒ das Expansionsventil 140 ⇒ den Verdampfapparat 150 und kehrt dann zum Kältespeicher-Wärmetauscher 160 zurück und beginnt erst zu diesem Zeitpunkt, Kälte zu speichern. Daher ist die zum Speichern der Kälte erforderliche Zeit um die zum ersten Zirkulieren des Kältemittels benötigte Zeit verlängert.
In diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch, wenn der Kältefreigabemodus wie oben beschrieben zum Kältespeichermodus gewechselt wird, das im Kältefreigabemodus gespeicherte flüssige Kältemittel durch die Rohre des zweiten Raums 161b als der Wärmetauschteil geleitet werden und daher kann ein Speichern der Kälte durch diese Rohre 161b schnell gestartet werden. Deshalb ist es möglich, die zum Speichern der Kälte benötigte Zeit zu verkürzen und daher die Kältespeicherleistung zu verbessern.
Außerdem kann im Kältefreigabemodus die Strömungsrate des Kältemittels im Vergleich zum Kältespeichermodus verringert werden, sodass die Wirkung des Strömungswiderstandes der Öffnung 164b verringert werden kann und das Kältemittel im Wesentlichen durch sowohl die Rohre des ersten Raums 161a als auch die Rohre des zweiten Raums 161b durch die Öffnung 164 geleitet werden kann. So ist es möglich, die Kältefreigabeleistung zu verbessern.
Ferner ist der Kältespeicher-Wärmetauscher 160 grundsätzlich aus den Rohren 161 und dem oberen Behälter 164 und dem kleinen Behälter 165c von beinahe der gleichen Spezifikation gebildet, und der Flüssigkeitsbehälter 165h ausschließlich zum Speichern des flüssigen Kältemittels ist dem Boden des kleinen Behälters 165c hinzugefügt, um den unteren Behälter 165 zu bilden. Daher kann der Kältespeicher- Wärmetauscher 160 allein durch Hinzufügen des Flüssigkeitsbehälters 165h zu einem Standard-Wärmetauscher, der üblicherweise benutzt wird und aus den Rohren 161 und einem Paar Behälter (164, 165c) gebildet ist, gebildet werden.
Außerdem kann, weil der hinzugefügte Flüssigkeitsbehälter 165h im Vergleich zu einem aus mehreren Ebenen wie ein rechteckiger Körper gebildeter Behälter, wie er zum Beispiel im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, aus dem zylindrischen Teil geformt ist, die Druckfestigkeit des Flüssigkeitsbehälters 165h erhöht werden. Daher ist es möglich, selbst wenn das Volumen des Flüssigkeitsbehälters 165h vergrößert werden muss, um so eine bestimmte Menge flüssigen Kältemittels zu speichern, die Notwendigkeit zum Vorsehen einer Verstärkungskonstruktion und dergleichen zu beseitigen.
Außerdem ist der Kältespeichermaterialbehälter 170 ein Behälter, der den Kältespeicher-Wärmetauscher 160 insgesamt enthält, und die Öffnungen 174a, 174b sind an Positionen entsprechend dem Einlassanschluss 166a und dem Auslassanschluss 166b ausgebildet, und die O-Ring-Dichtungen 180 sind jeweils zwischen den Außenumfangsflächen der Anschlüsse 166a, 166b und den Innenumfangsflächen der Öffnungen 174a, 174b angeordnet. Daher können die jeweiligen Anschlüsse 166a, 166b im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel in dem Bereich einer kurzen Umfangslänge abgedichtet werden und können daher sicher stabil und einfach abgedichtet werden. Das heißt, die Auswirkungen von Größentoleranzen und Schwankungen tatsächlicher Größen der jeweiligen Teile können reduziert werden, und die Dichtung 180 kann entlang des gesamten Umfangs eine zuverlässige Kompressionsbreite gewährleisten und kann daher die jeweiligen Anschlüsse 166a, 166b stabil abdichten.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 16 bis 18 gezeigt. Das siebte Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum sechsten Ausführungsbeispiel der erste Raum 164c und der zweite Raum 164d des oberen Behälters 164c und der erste Raum 165c1 und der zweite Raum 165c2 des kleinen Behälters 165c durch unterschiedliche Bildungsverfahren gebildet sind. Hierbei sind in 16 bis 18 die gleichen Teile wie im sechsten Ausführungsbeispiel durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf ihre wiederholten Beschreibungen wird verzichtet und es werden nur unterschiedliche Punkte beschrieben.
In dem Kältespeicher-Wärmetauscher 160 dieses Ausführungsbeispiels ist eine Trennvorrichtung 164a etwa in der Mitte in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 angeordnet, um den ersten Raum 164c auf der linken Seite in 16 und den zweiten Raum 164d auf der rechten Seite zu bilden. Eine Öffnung 164b ist in der Trennvorrichtung 164a vorgesehen. Ferner ist eine Trennvorrichtung 165k auch etwa in der Mitte in der Längsrichtung des kleinen Behälters 165c an der unteren Seite angeordnet, um den ersten Raum 165c1 auf der linken Seite in 16 und den zweiten Raum 165c2 auf der rechten Seite zu bilden. Hierbei sind die Enden in der Längsrichtung der jeweiligen Behälter 164, 165c, die jeweils aus zwei parallel angeordneten zylindrischen Teilen gebildet sind, geöffnet, um Verbindungslöcher 164d, 164h, 165f und 165g zu bilden.
Daher wird von den in mehreren Reihen angeordneten Rohren 161 eine Gruppe von Rohren auf der linken Seite in 16 zu den Rohren des ersten Raums 161a, und eine Gruppe von Rohren auf der rechten Seite in 16 wird zu den Rohren des zweiten Raums 161b, entsprechend den obigen ersten Räumen 164c, 165c1 bzw. zweiten Räumen 164d, 165c2.
In dem Kältespeicher-Wärmetauscher 160 dieses Ausführungsbeispiels strömt, wie in 17 dargestellt, im Kältespeichermodus das Kältemittel in den Rohren des ersten Raums 161a auf der linken Seite nach unten und strömt durch den Flüssigkeitsbehälter 165h und strömt in den Rohren des zweiten Raums 161b auf der rechten Seite nach oben und speichert Kälte in dem Kältespeichermaterial im Kältespeichermaterialbehälter 170.
Ferner strömt, wie in 18 dargestellt, im Kältefreigabemodus das Kältemittel in den Rohren des ersten Raums 161a auf der linken Seite nach unten und strömt durch die Öffnung 164b und strömt in den Rohren des zweiten Raums 161b auf der rechten Seite nach unten und wird durch die Kälte des Kältespeichermaterials im Kältespeichermaterialbehälter 170 gekühlt, wodurch es kondensiert und verflüssigt und im Flüssigkeitsbehälter 165h gespeichert wird.
Wenn der Kältefreigabemodus in den Kältespeichermodus gewechselt wird, strömt das flüssige Kältemittel im Flüssigkeitsbehälter 165h durch die Rohre des zweiten Raums 161b auf der rechten Seite und wird durch den Kompressor angesaugt und beginnt das Speichern von Kälte in dem Kältespeichermaterial im Kältespeichermaterialbehälter 170.
Wie oben beschrieben, kann in diesem Ausführungsbeispiel der Kältemittelstrom zwischen den Rohren des ersten Raums 161a, den Rohren des zweiten Raums 161b und dem Flüssigkeitsbehälter 165h (dem unteren Behälter 165) in beiden Modi wie im sechsten Ausführungsbeispiel gleich gemacht werden. Daher kann dieses Ausführungsbeispiel den gleichen Effekt wie das sechste Ausführungsbeispiel erzeugen.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
Ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 19 dargestellt. Das achte Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum sechsten Ausführungsbeispiel der Einlassanschluss 166a mit dem Auslassanschluss 166b kombiniert ist.
Hierbei sind die in den Enden in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 vorgesehenen Verbindungslöcher 164g, 164h weggelassen und die Becherbehälter 164e, 164f sind weggelassen. Der Einlassanschluss (166a) und der Auslassanschluss (166b) sind in einem aus einem Block gefertigten Anschluss 166 ausgebildet. Das heißt, der Anschluss 166 ist ein rechteckiger Block und hat darin ausgebildet zwei Durchgänge (entsprechend dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss), die so hindurchgeschnitten sind, dass sie nahe beieinander sind. Der Anschluss 166 ist etwa in der Mitte in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 angeordnet, und einer der zwei Durchgänge steht mit dem Innern des ersten Raums 164c des oberen Behälters 164 in Verbindung und der andere steht mit dem Innern des zweiten Raums 164d in Verbindung.
Hierdurch können die Becherbehälter 164e, 164f weggelassen werden, und der Einlassanschluss 166a und der Auslassanschluss 166b sind in einem Anschluss 166 ausgebildet, was die Anzahl von Bauteilen reduzieren kann und die Kosten reduzieren kann.
(Neuntes Ausführungsbeispiel)
Ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 20 gezeigt. Das neunte Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum siebten Ausführungsbeispiel der Einlassanschluss 166a mit dem Auslassanschluss 166b kombiniert ist.
Hierbei sind die in den Enden in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 ausgebildeten Verbindungslöcher 164g, 164h weggelassen und die Becherbehälter 164e, 164f sind weggelassen. Ferner ist die Trennvorrichtung 164a etwa in der Mitte in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 angeordnet, um den ersten Raum 164c auf der linken Seite in 20 und den zweiten Raum 164d auf der rechten Seite zu bilden.
Der Einlassanschluss (166a) und der Auslassanschluss (166b) sind genau wie im obigen achten Ausführungsbeispiel in dem aus einem Block gefertigten Anschluss 166 ausgebildet. Das heißt, der Anschluss 166 als ein Block hat darin ausgebildete zwei Durchgänge (entsprechend einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss), die in der Form eines umgekehrten Y-Buchstaben hindurchgeschnitten sind, um sich so einander nahe zu sein. Der Anschluss 166 ist etwa in der Mitte in der Längsrichtung des oberen Behälters 164 angeordnet, und einer der zwei Durchgänge steht mit dem Innern des ersten Raums 164c des oberen Behälters 164 in Verbindung und der andere steht mit dem Innern des zweiten Raums 164d in Verbindung.
Hierdurch können genau wie im obigen achten Ausführungsbeispiel die Becherbehälter 164e, 164f weggelassen werden, und der Einlassanschluss 166a und der Auslassanschluss 166b sind in einem Anschluss 166 ausgebildet, was die Anzahl an Bauteilen verringern kann und die Kosten reduzieren kann.
(Zehntes Ausführungsbeispiel)
In einem zehnten Ausführungsbeispiel ist eine Kühlkreisvorrichtung 100 für ein Fahr zeug typischerweise auf ein so genanntes Fahrzeug mit Leerlaufabschaltung angewendet, bei dem ein Motor abgeschaltet wird, wenn ein Fahrzeug von einem Fahrzustand in einen Haltezustand wechselt, in dem der Motor in Leerlauf ist, wenn zum Beispiel das Fahrzeug an einer Verkehrsampel wartet. Der Grundaufbau der Kühlkreisvorrichtung 100 wird unter Verwendung von 21 bis 23 beschrieben. Hierbei ist 21 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus der Kühlkreisvorrichtung 100. 22 ist eine Perspektivansicht eines Kältespeicher-Wärmetauschers 1160. 23 ist eine Querschnittsansicht eines Kältespeicher-Wärmetauschers 1160 und eines Kältespeichermaterialbehälters 1170.
Die Kühlkreisvorrichtung 100 überträgt Wärme auf einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite, um Kälte und Wärme für eine Klimatisierung zu nutzen. Wie in 21 dargestellt, ist die Kühlkreisvorrichtung 100 aufgebaut aus einem Kreis, in dem ein üblicher Kompressor 110, ein Kondensator 120, ein Flüssigkeitsauffangbehälter 130, ein Expansionsventil des Temperaturtyps 140 und ein Verdampfapparat 150 in Reihe in der Form eines Rings verbunden sind; und einem Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und einem Kältespeichermaterialbehälter 1170, die beide dem Kreis hinzugefügt sind.
Der Kompressor 110 ist eine Fluidmaschine, die durch eine Antriebskraft eines Motors (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs angetrieben wird, um ein Kältemittel in der Kühlkreisvorrichtung 100 in einen Hochtemperatur- und Hochdruckzustand zu komprimieren, um dadurch das Kältemittel auszugeben. Der Kondensator 120 ist ein Wärmetauscher, der auf der Kältemittelausgabeseite des Kompressors angeordnet ist und das in den Hochtemperatur- und Hochdruckzustand komprimierte Kältemittel kühlt, um dadurch das Kältemittel zu kondensieren und zu verflüssigen. Der Flüssigkeitsauffangbehälter 130 ist ein Auffanggefäß, das das durch den Kondensator 120 kondensierte Kältemittel in ein Dampfphasenkältemittel und ein Flüssigphasenkältemittel trennt und das Flüssigphasenkältemittel ausgibt.
Das Expansionsventil des Temperaturtyps 140 reduziert den Druck des durch den Flüssigkeitsauffangbehälter 130 getrennten Flüssigphasenkältemittels, um das Flüssigphasenkältemittel in einer isenthalpischen Weise auszudehnen, und enthält ein Ventilteil 141 und ein auf der Kältemittelausströmseite des Verdampfapparats 150 angeordnetes Temperaturmessteil 142. Das heißt, das Temperaturmessteil 142 ist zwischen dem Verdampfapparat 150 und dem Kältespeicher-Wärmetauscher 1170 angeordnet. Im Expansionsventil 140 wird die Drosselöffnung des Ventilteils 141 entsprechend einer durch das Temperaturmessteil 142 gemessenen Kältemitteltemperatur gesteuert, um den Überhitzungsgrad des aus dem Verdampfapparat 150 ausströmenden Kältemittels auf einen bestimmten Wert (z. B. von 5°C bis 10°C) zu bringen.
Der Verdampfapparat 150 ist ein Wärmetauscher, der das Kältemittel mit einem durch das Expansionsventil 140 reduzierten Druck verdampft, um Wärme zu absorbieren, und ist in einem Klimagehäuse 151 angeordnet und kühlt die in dieses Klimagehäuse 141 geleitete Klimaluft (absorbiert Wärme daraus). Zusätzlich sind ein Gebläse zum Blasen der Klimaluft, ein Wärmetauscher zum Heizen der Klimaluft und ein Luftmischklappenmechanismus zum Einstellen des Mischungsverhältnisses der Kühlluft und der Heizluft, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, in dem Klimagehäuse 151 angeordnet und bilden eine Inneneinheit 150A. Diese Inneneinheit 150A ist in einer Instrumententafel in einem Fahrzeugraum angeordnet.
Der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 ist zwischen dem Verdampfapparat 150 und Kompressor in einer solchen Weise angeordnet, dass er in Reihe zum Verdampfapparat 150 ist. Der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 ist ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem aus dem Verdampfapparat 150 ausströmenden Kältemittel und einem darin gespeicherten Kältespeichermaterial austauscht.
Insbesondere ist der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 ein Wärmetauscher eines Schalen- und Rohrtyps. Wie in 22 dargestellt, sind mehrere Kältemittelrohre 1161 durch mehrere geschichtete kreisförmige Plattenrippen 1162 in der Richtung, in welcher die Plattenrippen 1162 geschichtet sind, hindurch angeordnet, und diese Kältemittelrohre 1161 und die Plattenrippen 1162 sind thermisch miteinander verbunden und sind in einem Gehäuse (Schale) 1163 angeordnet. Hierbei sind beide Enden in der Längsrichtung der jeweiligen Kältemittelrohre 1161 zur Außenseite des Gehäuses 1163 offen. Weiter ist ein Kältespeichermaterial in dem Gehäuse 1163 von einem Kältespeichermaterial-Einschlussteil 1164 eingeschlossen. Nachdem das Kältespeichermaterial in dem Gehäuse 1163 eingeschlossen ist, wird das Kälte speichermaterial-Einschlussteil 1164 abgedichtet, und das Kältespeichermaterial wird mit den Oberflächen der Kältemittelrohre 1161 und der Plattenrippen 1162 in Kontakt gebracht. Paraffin, Eis oder dergleichen kann als das Kältespeichermaterial verwendet werden.
Außerdem ist ein Kältespeichermaterialbehälter 1170 zum Speichern des Kältemittels, das kondensiert und verflüssigt wird, wenn das Kältespeichermaterial Kälte in dem Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 abstrahlt, zwischen dem obigen Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und dem Kompressor angeordnet. Hierbei ist der Kältespeichermaterialbehälter 1170 unter dem Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 angeordnet, und der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 ist mit dem Kältespeichermaterialbehälter 1170 kombiniert.
Das heißt, wie in 23 dargestellt, der Kältespeichermaterialbehälter 1170 ist ein etwa zylindrischer Behälter, dessen Achse in der vertikalen Richtung zeigt und dessen beide Enden geschlossen sind, und hat einen im Durchmesser verengten Unterseitenteil. Der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 ist an der oberen Seite in dem Kältespeichermaterialbehälter 1170 in einer solchen Weise angeordnet, dass die Längsrichtung des Kältemittelrohrs 1161 in der vertikalen Richtung zeigt. Im Kältespeichermaterialbehälter 1170 ist ein kleiner Raum an der oberen Seite des Kältespeicher-Wärmetauschers 1160 ausgebildet und ein großer Raum ist an der unteren Seite ausgebildet. Die oberen Enden der Kältemittelrohre 1161 des Kältespeicher-Wärmetauschers 1160 stehen mit dem kleinen Raum in Verbindung, und die unteren Enden der Kältemittelrohre 1161 stehen mit dem großen Raum in Verbindung. Der große Raum ist, wie er später beschrieben wird, ein Behälterspeicherabschnitt zum Speichern des kondensierten und verflüssigten Kältemittels, wenn das Kältespeichermaterial Kälte im Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 abstrahlt.
Der Kältespeichermaterialbehälter 1170 ist mit einem Einströmrohr 1171, das mit der Ausströmseite des Verdampfapparats 150 verbunden ist und mit dem kleinen Raum des Kältespeichermaterialbehälters 1170 in Verbindung steht, und einem Ausströmrohr 1172, dessen Öffnungsende 172b an der unteren Stirnseite des großen Raums positioniert ist und das durch den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 reicht und mit der Ansaugseite des Kompressors durch die obere Außenseite des Kältespeichermaterialbehälters 1170 verbunden ist, versehen. Eine mit diesem kleinen Raum in Verbindung stehende Öffnung 1172a ist in einem Abschnitt des Ausströmrohrs 1172 entsprechend dem kleinen Raum ausgebildet. Das Öffnungsende 1172b des Ausströmrohrs 1172 ist in einer schlanken Form ausgebildet und die Fläche des Öffnungsendes 1172b ist kleiner als die Fläche der Öffnung 1172a.
Diesbezüglich sind der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und der Kältespeichermaterialbehälter 1170, die miteinander kombiniert sind, in dem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet. Vorzugsweise sind jedoch der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und der Kältespeichermaterialbehälter 1170 im Fahrzeugraum angeordnet, wenn der Fahrzeugraum einen Raum hat, um ihre Montage zu ermöglichen.
Als nächstes werden die Funktionsweise und die Wirkungen der Kühlkreisvorrichtung 100 basierend auf der obigen Konstruktion beschrieben.
1. Kältespeichermodus
Wenn das Fahrzeug fährt, wird der Kompressor durch den Motor angetrieben, um die Kühlkreisvorrichtung 100 zu betreiben. Das durch den Kompressor komprimierte und durch ihn ausgegebene Kältemittel wird durch den Kondensator 120 kondensiert und verflüssigt und wird durch den Flüssigkeitsauffangbehälter 130 geleitet und durch das Expansionsventil 140 im Druck reduziert. Dann absorbiert das Kältemittel im Verdampfapparat 150 Wärme aus der Klimaluft und verdampft, um dadurch die Klimaluft zu kühlen (Durchführung der Klimatisierung).
Das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende Kältemittel gelangt durch das Einströmrohr 1171 und gelangt durch die Kältemittelrohre 1161 des Kältespeicher-Wärmetauschers 1160 und kühlt das Kältespeichermaterial (die Wärme des Kältespeichermaterials wird durch das Kältemittel absorbiert, wodurch es gekühlt wird). Das Wärme aus dem Verdampfapparat 150 und dem Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 absorbierende Kältemittel wird in ein überhitztes gasförmiges Kältemittel umgewandelt. Das in den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 eingeleitete Kältemittel gelangt durch die Kältemittelrohre 1161 und erreicht den großen Raum im Kältespeichermaterialbehälter 1170 und wird dann von der Öffnung 1172a oder dem Öffnungsende 1172b des Ausströmrohrs 1172 aufgenommen und zum Kompressor zurückgeleitet. Hierbei werden die Wärmelast im Fahrzeugraum und die Wärmelast des Kühlens dieses Kältespeichermaterials zur Gesamtklimalast der Kühlkreisvorrichtung 100. Wenn die Kältespeicherung durch das Kältespeichermaterial beendet ist, wird die Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kältespeichermaterial im Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 gestoppt.
2. Kältefreigabemodus
Wenn das Fahrzeug anhält und der Motor abgeschaltet wird, wird auch der Kompressor abgeschaltet. Hierbei wird in der Kühlkreisvorrichtung 100 das Kältemittel durch seinen verbleibenden Druck von dem Kondensator 120 und dem Flüssigkeitsauffanggefäß 130, die auf der Hochdruckseite sind, durch das Expansionsventil 140 in den Verdampfapparat 150, den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und den Kältespeichermaterialbehälter 1170 geleitet.
Das in den Verdampfapparat 150 strömende Kältemittel tauscht Wärme mit der Klimaluft aus, um die Klimaluft zu kühlen, wodurch es zu einem überhitzten gasförmigen Kältemittel wird, und strömt dann durch das Einströmrohr 1171 in den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160, um durch die im Kältespeichermaterial gespeicherte Kälte gekühlt, kondensiert und verflüssigt zu werden. Das kondensierte flüssige Kältemittel wird in dem großen Raum durch die Schwerkraft an der unteren Seite des Kältespeichermaterialbehälters 1170 gespeichert.
Kurz gesagt wird das überhitzte gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfapparat 150 durch den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 kondensiert und im Volumen reduziert, um seinen Druck auf einem niedrigen Druck zu halten. Daher kann, selbst wenn der Kompressor abgeschaltet wird, während die im Kältespeichermaterial gespeicherte Kälte gehalten wird, das Kältemittel durch den verbleibenden Druck zwischen dem Kondensator 120 und dem Verdampfapparat 150 fortlaufend in den Verdampfapparat 150 strömen und kann durch den Verdampfapparat 150 fortlaufend die Klimaluft kühlen.
Daher ist die Kühlkreisvorrichtung 100 für ein Fahrzeug vorgesehen, die fortlaufend eine Kühlfunktion durchführen kann, selbst wenn der Kompressor abgeschaltet wird, ohne zusätzliches Anordnen des Verdampfapparats 150 in der Inneneinheit 150A.
Ferner strömt das durch das Kältespeichermaterial kondensierte flüssige Kältemittel, weil das untere Raumteil des Kältespeichermaterialbehälters 1170 unter dem Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 angeordnet ist, durch die Schwerkraft nach unten in den Kältespeichermaterialbehälter 1170. Daher kann dies verhindern, dass das flüssige Kältemittel im Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 stehen bleibt, und kann Wärme zwischen dem Kältespeichermaterial im Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und dem Kältemittel mit hoher Effizienz austauschen. Das heißt, das kondensierte flüssige Kältemittel verbleibt nicht als dicker Film an den Innenwandflächen der Kältemittelrohre 1161 des Kältespeicher-Wärmetauschers 1160, was in einem Sichern der Oberflächen der Kältemittelrohre 161, durch welche Wärme auf das Kältespeichermaterial übertragen wird, in einem ausreichenden Maß und daher in einem Wärmeaustausch zwischen ihnen mit hoher Effizienz resultiert.
Weil ferner der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 mit dem Kältespeichermaterialbehälter 1170 kombiniert ist, kann die Kühlkreisvorrichtung 100 kompakt gemacht werden.
Im obigen Kältefreigabemodus wird, wenn das Fahrzeug in einen Fahrzustand gesetzt wird, der Motor gestartet und auch der Kompressor 110 in Betrieb gesetzt. Der Kompressor saugt hauptsächlich das überhitzte gasförmige Kältemittel aus der Öffnung 1172a mit einer groß eingestellten Öffnungsfläche im Ausströmrohr 1172 an, sodass die Kühlkreisvorrichtung 100 ohne Verursachen eines Problems durch eine Flüssigkeitskompression betrieben werden kann.
Hierbei saugt der Kompressor 110, weil das Öffnungsende 1172 des Ausströmrohrs 1172 zur unteren Seite des großen Raums des Kältespeichermaterialbehälters 1170 offen ist, gleichzeitig einen Teil des im großen Raum gespeicherten flüssigen Kältemittels an. Üblicherweise ist in der Kühlkreisvorrichtung 100 das flüssige Kältemittel mit einem Schmieröl vermischt, und der Kompressor 110 wird mit diesem Schmieröl zusammen mit dem flüssigen Kältemittel aufgefüllt, sodass die Haltbarkeit des Kompressors 110 gehalten und verbessert werden kann.
Außerdem ist das Temperaturmessteil 142 des Expansionsventils 140 zwischen dem Verdampfapparat 150 und dem Kältespeicher-Wärmetauscher 160 angeordnet. Daher kann das Temperaturmessteil 142 durch Setzen der Einlassseite und der Auslassseite des Kältemittels im Verdampfapparat 150 auf der gleichen Seite mit dem Expansionsventil des Temperaturtyps 140 kombiniert werden.
Diesbezüglich gibt es hinsichtlich des Kondensators 120 einen Fall, bei dem ein Flüssigkeitsauffangbehälter integral als ein Modulationsbehälter im Kondensator 120 des Typs, in dem das Kältemittel auf einen Unterkühlungsbereich gekühlt wird (so genannter Unterkühlungskondensator), konstruiert ist. In diesem Fall kann auf den Flüssigkeitsauffangbehälter 130 verzichtet werden.
Außerdem kann in der Kühlkreisvorrichtung 100 der Art des vorliegenden Ausführungsbeispiels, da die Menge des Kältemittels auf der Hochdruckseite größer ist, eine längere Kältefreigabezeit gewährleistet werden. Daher ist es in dem Fall, wenn die Zeit, während der der Kompressor 110 abgeschaltet werden kann, länger als eine bestimmte Zeit gehalten werden muss, auch empfehlenswert, diesen zusätzlichen Flüssigkeitsauffangbehälter 130 anzuordnen oder die Kapazität des Flüssigkeitsauffangbehälters 130 oder den Durchmesser der Hochdruckrohrleitung zu vergrößern.
(Elftes Ausführungsbeispiel)
Ein elftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 24 dargestellt. Das elfte Ausführungsbeispiel ist derart, dass im Vergleich zum zehnten Ausführungsbeispiel ein Innenwärmetauscher 200 zur Kühlkreisvorrichtung 100 hinzugefügt ist.
Der Innenwärmetauscher 200 tauscht Wärme zwischen dem hochdruckseitigen Kältemittel zwischen dem Kondensator 120 und dem Expansionsventil 140 (insbesondere dem Flüssigkeitsauffangbehälter 130 und dem Expansionsventil 140) und dem niederdruckseitigen Kältemittel zwischen der Kältespeicherbehältereinheit 1170 und dem Kompressor 110 aus. Der Innenwärmetauscher 200 ist in einer solchen Weise ausgebildet, dass zum Beispiel ein niederdruckseitiges Rohr, durch welches das obige niederdruckseitige Kältemittel strömt, in einem bestimmten Bereich (bestimmte Länge) eines hochdruckseitigen Rohrs, durch welches das obige hochdruckseitige Kältemittel strömt, angeordnet ist. Kurz gesagt, strömt das hochdruckseitige Kältemittel zwischen dem hochdruckseitigen Rohr und dem niederdruckseitigen Rohr, um dadurch Wärme mit dem durch das niederdruckseitige Rohr strömenden niederdruckseitigen Kältemittel auszutauschen. Das hochdruckseitige Kältemittel wird durch das niederdruckseitige Kältemittel unterkühlt, und das niederdruckseitige Kältemittel wird durch das hochdruckseitige Kältemittel überhitzt.
Ferner wird hierbei das Kältemittel vor dem Strömen in den Kompressor 110 durch den Innenwärmetauscher 200 wie oben beschrieben überhitzt, sodass das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende Kältemittel soweit wie möglich nicht überhitzt wird (im Überhitzungsgrad verringert wird). Insbesondere wird das Expansionsventil 140 so eingestellt, dass es den Überhitzungsgrad in einen Bereich von 0°C bis 3°C bringt. Zum Beispiel wird die Einstellung der Drosselöffnung relativ zu einer Kältemitteltemperatur am Temperaturmessteil 142 stärker vergrößert, um so den Überhitzungsgrad in einen Bereich von 0°C bis 3°C zu bringen.
In dem auf diese Weise aufgebauten elften Ausführungsbeispiel werden der gleiche Kältespeichermodus und Kältefreigabemodus wie im zehnten Ausführungsbeispiel durch den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und den Kältespeichermaterialbehälter 1170 durchgeführt, um dadurch eine Kühlfunktion fortzusetzen, wenn der Kompressor 110 abgeschaltet wird.
Weiter wird, weil das niederdruckseitige Kältemittel durch den Innenwärmetauscher 200 überhitzt werden kann, das aus dem Verdampfapparat 150 ausströmende Kältemittel durch die Einstellung des Expansionsventils 140 nicht überhitzt. Daher wird die Temperatur des in den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 strömenden Kältemittels ohne Verringern des Druck des Kältemittels im Verdampfapparat 150, mit anderen Worten ohne Verringern des Wirkungsgrades (COP) eines Kühlers als Kühlkreisvorrichtung 100 verringert, wodurch die Kälte sicher im Kältespeichermaterial gespeichert werden kann.
Ferner kann das Hinzufügen des Innenwärmetauschers 200 den Unterkühlungsgrad des aus dem Kondensator 120 in den Verdampfapparat 150 strömenden Kältemittels erhöhen und kann die Menge des aus dem Kondensator 120 strömenden Flüssigphasenkältemittels erhöhen, um dadurch dem Verdampfapparat 150 die größere Menge des Flüssigphasenkältemittels zuzuführen. Daher wird im Verdampfapparat 150, da die Menge des Flüssigphasenkältemittels größer wird, der Strömungswiderstand des Kältemittels verringert und die Kühlleistung der Klimaluft kann verbessert werden. Ferner kann der Überhitzungsgrad im Verdampfapparat 150 auf einen kleinen Wert gesetzt werden, und daher wird die Temperatur des Kältemittels verringert, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der Klimaluft zu vergrößern, um dadurch die Kühlleistung der Klimaluft zu verbessern. Das aus dem Kältespeichermaterialbehälter 1170 ausströmende Kältemittel wird durch den Innenwärmetauscher 200 überhitzt, wodurch es sicher zu einem Dampfphasenkältemittel wird. Daher ist es möglich, eine Flüssigkeitskompression im Kompressor 110 zu verhindern.
Diesbezüglich liegt der Überhitzungsgrad im Verdampfapparat 150 in einem Bereich von zum Beispiel 0°C bis 3°C in der obigen Beschreibung. Wenn jedoch ein bestimmter Überhitzungsgrad in dem Innenwärmetauscher 200 realisiert werden soll (ein Dampfphasenkältemittel erzeugt werden soll), ist es auch empfehlenswert, dass das Kältemittel niemals den Überhitzungsgrad im Verdampfapparat 150 hat, d.h. der Überhitzungsgrad nicht höher als 0°C gemacht ist, wodurch das Kältemittel in den Zustand von zwei Phasen einer Dampfphase und einer Flüssigphase gebracht wird.
(Zwölftes Ausführungsbeispiel)
Ein zwölftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 25 gezeigt. Das zwölfte Ausführungsbeispiel ist so konstruiert, dass im Vergleich zum elften Ausführungsbeispiel ein festes Drosselteil 191 parallel zum Expansionsventil 140 angeordnet ist.
Insbesondere ist ein Bypasskanal 190 vorgesehen, der das Ventilteil 141 des Expansionsventils 140 umgeht, und dieser Bypasskanal 190 ist mit dem festen Drosselteil 191 versehen, dessen Öffnung auf eine bestimmte Öffnung fixiert ist.
Im Kältespeichermodus, während der Kompressor 110 in Betrieb ist, öffnet das Expansionsventil 140 das Ventilteil 141 entsprechend der Kältemitteltemperatur (dem Überhitzungsgrad des Kältemittels) des Temperaturmessteils 142 auf einen bestimmten Öffnungsgrad. Im Kältefreigabemodus gibt es jedoch einen Fall, wenn der Kompressor 110 abgeschaltet ist, um den niederdruckseitigen Druck zu erhöhen, während das Ventilteil 141 allmählich geschlossen wird, weil das Temperaturmessteil 142 gekühlt wird.
Auf diese Weise ist die Luftkühlleistung im Kältefreigabemodus durch die Öffnung des Expansionsventils 140 zu dieser Zeit beschränkt. Weil jedoch dieses zwölfte Ausführungsbeispiel mit dem festen Drosselteil 191 versehen ist, kann das aus dem Kondensator 120 ausströmende Kältemittel durch das feste Drosselteil 191 unabhängig von der variablen Drosselöffnung des Expansionsventils 140 in den Verdampfapparat 150 geleitet werden. So kann die Luftkühlleistung, wenn der Kompressor 110 abgeschaltet wird, sichergestellt werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sein werden.
Zum Beispiel wurden die Beschreibungen in den obigen zehnten bis zwölften Ausführungsbeispielen unter der Annahme vorgesehen, dass der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 ein Kältespeicher-Wärmetauscher eines Schalen- und Rohrtyps ist. Der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 ist jedoch nicht notwendigerweise auf den Schalen- und Rohrtyp beschränkt, sondern kann auch in einer solchen Weise konstruiert sein, dass, wie in 26A bis 26C dargestellt, ein spezielles Gehäuse (nicht dargestellt) mit Kältespeicherkapseln (stabförmigen Kapseln 1165a, kugelförmigen Kapseln 1165b und ballenförmigen Kapseln 1165c) gefüllt ist und dass das Kältemittel durch die Zwischenräume zwischen den Kältespeicherkapseln 1165 strömt.
Außerdem kann hinsichtlich des Kältespeichermaterialbehälters 1170 in den jeweiligen obigen Ausführungsbeispielen, wenn das Weglassen des Kältespeicher materialbehälters 1170 keine schlechte Wirkung auf die Wärmetauschleistung durch das im Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 kondensierte und verflüssigte Kältemittel hat, der Kältespeichermaterialbehälter 1170 weggelassen werden. Wenn der Kältespeichermaterialbehälter 1170 nicht angeordnet ist, ist das niederdruckseitige Kältemittel des Innenwärmetauschers 200 im elften und dreizehnten Ausführungsbeispiel das Kältemittel zwischen dem Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und dem Kompressor 110.
Außerdem muss der Kältespeicher-Materialbehälter 1170 in den jeweiligen Ausführungsbeispielen nicht unbedingt unter den Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 positioniert werden, sondern kann auch an einer anderen Position angeordnet werden. Weiter können der Kältespeicher-Wärmetauscher 1160 und der Kältespeichermaterialbehälter 1170 auch voneinander getrennt werden.
Außerdem muss der Innenwärmetauscher 200 nicht unbedingt eine Doppelrohrkonstruktion haben, sondern kann auch eine Konstruktion haben, bei der zwei Kanäle parallel ausgebildet sind; ein hochdruckseitiges Kältemittel durch einen von ihnen strömt; ein niederdruckseitiges Kältemittel durch das andere strömt; und Wärme zwischen beiden Kältemitteln ausgetauscht wird.
In den jeweiligen obigen Ausführungsbeispielen ist der Kältespeicher-Wärmetauscher 160 ein Mehrstrom-Wärmetauscher, aufgebaut aus den Kältemittelrohren 161 und beiden Behältern 164, 165. Jedoch kann auch ein Wärmetauscher eines Schichttyps verwendet werden, bei dem mehrere durch Pressbearbeitung gebildete Rohrplatten miteinander verbunden werden, wodurch sie geschichtet werden.
Ferner ist in den oben beschriebenen ersten bis neunten Ausführungsbeispielen der Kältespeicher-Wärmetauscher 160 in einer solchen Weise eingestellt, dass die Kältemittelrohre 161 in den jeweiligen obigen Ausführungsbeispielen etwa in die senkrechte Richtung zeigen, aber er muss nicht unbedingt auf diese Weise gesetzt werden. Wenn das untere Ende des unteren Behälters 165 unter dem unteren Ende des oberen Behälters 164 angeordnet ist, kann der Kältespeicher-Wärmetauscher 160 auch ein gewisses Maß geneigt werden (zum Beispiel nach links oder rechts oder nach hinten oder nach vorne bezüglich der Zeichnungsebene in 2 geneigt).
Außerdem wurde beschrieben, dass der Kältespeichermaterialbehälter 170 aus einem Kunstharzmaterial geformt ist. Der Kältespeichermaterialbehälter 170 ist jedoch nicht unbedingt aus einem Kunstharzmaterial geformt, sondern kann zum Beispiel auch aus einem dünnen Metallmaterial, wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, geformt werden.
Außerdem kann die vorliegende Erfindung auf eine Kühlkreisvorrichtung 100 angewendet werden, die eine Kühlleistung im Verdampfapparat 150 zeigen soll, selbst nachdem der Kühlkreis abgeschaltet ist. Zum Beispiel kann ein mit der Kühlkreisvorrichtung 100 ausgestattetes Fahrzeug nicht nur ein Fahrzeug mit Leerlaufabschaltung sein, sondern kann auch ein Hybridfahrzeug mit einem Motor und einem Elektromotor zum Fahrantrieb sein.
Während die Erfindung unter Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele und Konstruktionen beschränkt ist. Die Erfindung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Während die verschiedenen Elemente der bevorzugten Ausführungsbeispiele in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, die bevorzugt sind, gezeigt sind, liegen außerdem auch andere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element, im Schutzumfang der Erfindung.

Claims

Kältespeicherbehältereinheit für eine Kühlkreisvorrichtung mit einem Verdampfapparat (150), wobei die Kältespeichereinheit in Reihe zu dem Verdampfapparat auf einer Niederdruckseite nach einer Druckverminderung in der Kühlkreisvorrichtung angeordnet ist, wobei die Kältespeichereinheit aufweist: einen Kältespeicher-Wärmetauscher (160) mit mehreren in einer Rohrlängsrichtung verlaufenden Rohren (161), in denen ein Kältemittel strömt, und einem Paar eines ersten und eines zweiten Behälters (164, 165), die mit den Längsenden der Rohre an zwei Stirnseiten in der Rohrlängsrichtung verbunden sind, um mit den Rohren in Verbindung zu stehen; einen Kältespeichermaterialbehälter (170), der wenigstens die Rohre des Kältespeicher-Wärmetauschers aufnimmt; und ein Kältespeichermaterial, das in den Kältespeichermaterialbehälter gefüllt ist, wobei das Kältespeichermaterial durch das Kältemittel Kälte speichert oder Kälte freigibt, um das im Verdampfapparat verdampfte gasförmige Kältemittel zu kühlen, wobei der zweite Behälter (165) einen unteren Endabschnitt hat, der niedriger als ein unterer Endabschnitt des ersten Behälters (164) positioniert ist, und der zweite Behälter eine Behälterkapazität besitzt, die zum Speichern einer vorbestimmten Menge flüssigen Kältemittels, das durch die Kältespeicherwärme des Kältespeichermaterials kondensiert, in der Lage ist.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 1, bei welcher der Kältespeicher-Wärmetauscher enthält: ein erstes Trennelement (164a), das einen Innenraum des ersten Behälters (164) in einen ersten Raum (164c) und einen zweiten Raum (164d) trennt; einen Einströmabschnitt (166a), der mit dem ersten Raum in Verbindung steht, zum Einleiten des Kältemittels in den ersten Raum; und einen Einströmabschnitt (166b), der mit dem zweiten Raum in Verbindung steht, zum Ausströmen des Kältemittels.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 2, bei welcher das erste Trennelement (164a) einen Öffnungsabschnitt (164b) mit einer vorbestimmten Öffnungsfläche hat, durch den der erste Raum und der zweite Raum miteinander in Verbindung stehen.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die mehreren Rohre ein Rohr (182) enthalten, das mit dem zweiten Raum des ersten Behälters in Verbindung steht; und das eine Rohr eine Kanalquerschnittsfläche etwa entsprechend einem mit dem Verdampfapparat verbundenen Kältemittelrohr besitzt.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 4, bei welcher das eine Rohr in den zweiten Behälter verläuft und mit einem Innern des zweiten Behälters an einer Position nahe dem unteren Endabschnitt des zweiten Behälters in Verbindung steht.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 1, bei welcher der Kältespeicher-Wärmetauscher ferner ein zweites Trennelement (165b) enthält, das einen Innenraum des zweiten Behälters in einen mit den anderen Rohren als dem einen Rohr in Verbindung stehenden ersten Raum und einen mit dem einen Rohr in Verbindung stehenden zweiten Raum trennt; das zweite Trennelement einen Öffnungsabschnitt an seiner Unterseite hat; und das eine Rohr zu einem Abschnitt angrenzend an den unteren Endabschnitt des zweiten Behälters verläuft.
Kältespeicherbehältereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher der Kältespeichermaterialbehälter ein an einem Ende geöffneter Behälter (170) ist, der auf einer Seite des ersten Behälters geöffnet ist; der gesamte Kältespeicher-Wärmetauscher etwa in dem an einem Ende geöffneten Behälter aufgenommen ist; und der Kältespeicher-Wärmetauscher ein Dichtungselement (180) enthält, durch welches eine Außenumfangsfläche des ersten Behälters luftdicht mit einer Innenumfangsfläche des Kältespeichermaterialbehälters verbunden ist.
Kältespeicherbehältereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher der Kältespeichermaterialbehälter ein Behälter ist, der den gesamten Kältespeicher-Wärmetauscher umschließt, und einen Einlassabschnitt (166a) an einer Position entsprechend dem Einströmabschnitt und einen Auslassabschnitt (166b) an einer Position entsprechend dem Ausströmabschnitt aufweist, wobei die Kältespeicherbehältereinheit ferner aufweist: ein Dichtungselement (180), das zwischen den Einströmabschnitt des Kältespeicher-Wärmetauschers und den Einlassabschnitt des Kältespeichermaterialbehälters gesetzt ist und zwischen den Ausströmabschnitt des Kältespeicher-Wärmetauschers und den Auslassabschnitt des Kältespeichermaterialbehälters gesetzt ist.
Kältespeicherbehältereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Kältespeicher-Wärmetauscher mehrere Rippen (163) enthält, die so angeordnet sind, dass sie die Rohre thermisch kontaktieren.
Kältespeicherbehältereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 9, ferner mit einem ersten Verbindungsabschnitt (167a), durch den der zweite Behälter mit einem Außenteil in Verbindung steht; und einem zweiten Verbindungsabschnitt (167b), der sich von dem Außenteil zum zweiten Behälter erstreckt, wobei die mehreren Rohre aus einer ersten Rohrgruppe, die mit dem ersten Raum des ersten Behälters in Verbindung steht, und einer zweiten Rohrgruppe, die mit dem zweiten Raum des ersten Behälters in Verbindung steht, aufgebaut sind; und der zweite Verbindungsabschnitt mit der zweiten Rohrgruppen in Verbindung steht.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 10, ferner mit einem Rückschlagventil (168), das im zweiten Behälter angeordnet ist, um einen Kältemittelstrom vom zweiten Behälter zur zweiten Rohrgruppe zu erlauben.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 10, bei welchem die zweite Rohrgruppe ein Rohr (162) mit einer Kanalquerschnittsfläche etwa entsprechend einem mit dem Verdampfapparat verbundenen Kältemittelrohr oder mehrere Rohre (161) ist.
Kältespeicherbehältereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher der zweite Behälter einen oberen Behälterteil (165c) mit einer Spezifikation etwa gleich dem ersten Behälter (164) und einen an einer unteren Seite des oberen Behälterteils (165c) im zweiten Behälter (165) angeordneten unteren Behälterteil (165h), um mit dem oberen Behälterteil (165c) direkt in Verbindung zu stehen, enthält.
Kältespeicherbehältereinheit nach Anspruch 13, bei welcher der untere Behälterteil (165h) im zweiten Behälter etwa eine zylindrische Form besitzt.
Kältespeicherbehältereinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 14, bei welcher der Einströmabschnitt (166a) und der Ausströmabschnitt (166b) nebeneinander angeordnet sind und durch einen einzelnen Anschluss gebildet sind.
Kühlkreisvorrichtung mit der Kältespeicherbehältereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Kühlkreisvorrichtung ferner enthält: einen Kompressor (110) zum Komprimieren des Kältemittels; einen Kondensator (120) zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittels aus dem Kompressor; eine Druckverminderungseinheit (140) zum Dekomprimieren des Kältemittels aus dem Kondensator; und eine Rohrleitung (101) zum Verbinden des Kompressors, des Kondensators, der Druckverminderungseinheit und des Verdampfapparats in dieser Reihenfolge, wobei die Kältespeicherbehältereinheit zwischen dem Verdampfapparat und dem Kompressor so angeordnet ist, dass das Kältemittel aus dem Verdampfapparat in den Kältespeicher-Wärmetauscher strömt.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 16, ferner mit einem Innenwärmetauscher (200), der so angeordnet ist, dass er einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel zwischen der Kältespeicherbehältereinheit und dem Kompressor und einem Kältemittel zwischen dem Kondensator und der Druckverminderungseinheit durchführt.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Druckverminderungseinheit ein thermisches Expansionsventil (140) mit einem Drosselöffnungsgrad, der basierend auf einer Temperatur des aus dem Verdampfapparat ausströmenden Kältemittels veränderbar ist, ist, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: einen Bypasskanal (210), durch den das Kältemittel aus dem Kondensator an dem thermischen Expansionsventil vorbeiströmt; und eine feste Drossel (211), die in dem Bypasskanal angeordnet ist.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei welcher der Verdampfapparat in einem Klimagehäuse (151) angeordnet ist, durch das Luft in einen Raum strömt; und die Kältespeicherbehältereinheit außerhalb des Klimagehäuses angeordnet ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 19, ferner mit einem Auffanggefäß (130), das zwischen dem Kondensator und der Druckverminderungseinheit angeordnet ist, zum Speichern des flüssigen Kältemittels, wobei der Verdampfapparat angeordnet ist, um Luft in dem Klimagehäuse durch Absorbieren von Wärme aus der Luft zu kühlen; das Kältespeichermaterial durch das durch den Kältespeicher-Wärmetauscher strömende Kältemittel Kälte speichert, wenn der Kompressor in Betrieb ist; und das Kältespeichermaterial Kälte freigibt, um das Kältemittel in dem Kältespeichermaterialbehälter zu kondensieren, wenn der Kompressor abgeschaltet ist.
Kühlkreisvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Kompressor (110) zum Komprimieren eines Kältemittels; einem Kondensator (120) zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittels aus dem Kompressor; einer Druckverminderungseinheit (140) zum Dekomprimieren des Kältemittels aus dem Kondensator; einem Verdampfapparat (150) zum Verdampfen des Kältemittels aus der Druckverminderungseinheit, wobei der Verdampfapparat in einem Klimagehäuse (151) zum Definieren eines Luftkanals, durch den Luft in einen Fahrzeugraum strömt, angeordnet ist; und einem Kältespeicher-Wärmetauscher (160, 1160), der zwischen dem Verdampfapparat und dem Kompressor angeordnet ist und einen Kältemittelkanal aufweist, durch den das Kältemittel strömt, wobei der Kältespeicher-Wärmetauscher außerhalb des Klimagehäuses angeordnet ist; das Kältespeichermaterial Kälte durch das durch den Kältemittelkanal in den Kältespeicher-Wärmetauscher strömende Kältemittel speichert, wenn der Kompressor in Betrieb ist; und das Kältespeichermaterial Kälte an das Kältemittel freigibt, wenn der Kompressor abgeschaltet ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 21, ferner mit einem Behälter (1170) zum Speichern des Kältemittels, das kondensiert, wenn das Kältespeichermaterial Kälte freigibt, wobei der Behälter zwischen dem Kältespeicher-Wärmetauscher und dem Kompressor angeordnet ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher der Behälter wenigstens an einer unteren Seite des Kältespeicher-Wärmetauschers vorgesehen ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, bei welcher der Kältespeicher-Wärmetauscher (1160) in dem Behälter (1170) angeordnet ist, um durch den Kältespeicher-Wärmetauscher in dem Behälter einen oberen Raum und einen unteren Raum zu definieren, wobei die Vorrichtung ferner aufweist: ein an den Kompressor angeschlossenes Rohr (1172), wobei das Rohr mit dem Behälter verbunden ist und ein zum oberen Raum des Behälters offener Öffnungsabschnitt (1172a) ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher das Rohr (1172) einen zum unteren Raum im Behälter offenen Flüssigkältemitteleinleitungsabschnitt (1172b) zum Einleiten des flüssigen Kältemittels aufweist.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei welcher der Kältespeicher-Wärmetauscher und der Behälter eine kombinierte Einheit sind.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, ferner mit einem Innenwärmetauscher (200), der angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel zwischen dem Kältespeicher-Wärmetauscher und dem Kompressor und einem Kältemittel zwischen dem Kondensator und der Druckverminderungseinheit durchzuführen.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, ferner mit einem Innenwärmetauscher (200), der angeordnet ist, um einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel zwischen dem Behälter und dem Kompressor und einem Kältemittel zwischen dem Kondensator und der Druckverminderungseinheit durchzuführen.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 27, bei welcher der Innenwärmetauscher ein Doppelrohr ist.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 29, bei welcher die Druckverminderungseinheit ein thermisches Expansionsventil (140) mit einem Drosselöffnungsgrad ist, der entsprechend einer aus dem Verdampfapparat ausströmenden Kältemitteltemperatur veränderbar ist; und das thermische Expansionsventil so eingestellt ist, dass ein Überhitzungsgrad des aus dem Verdampfapparat ausströmenden Kältemittels aufgrund der Kältemitteltemperatur kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 30, bei welcher der vorbestimmte Wert Null ist.
Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, bei welcher das thermische Expansionsventil einen Temperaturmessabschnitt (142), der zwischen dem Verdampfapparat und dem Kältespeicher-Wärmetauscher angeordnet ist, zum Messen der Kältemitteltemperatur aufweist.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, bei welcher die Druckverminderungseinheit ein thermisches Expansionsventil (140) mit einem Drosselöffnungsgrad ist, der entsprechend einer aus dem Verdampfapparat ausströmenden Kältemitteltemperatur veränderbar ist; und das thermische Expansionsventil einen Kältemittelzustand aufgrund der aus dem Verdampfapparat ausströmenden Kältemitteltemperatur auf ein Gas/Flüssigkeit-Zweiphasenkältemittel steuert, sodass das Gas/Flüssigkeit-Zweiphasenkältemittel durch den Innenwärmetauscher vollständig zu einem gasförmigen Kältemittel wird.
Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 33, ferner mit einem Bypasskanal (190), durch den das Kältemittel an dem thermischen Expansionsventil (140) vorbeiströmt; und einer festen Drossel (191), die in dem Bypasskanal angeordnet ist.