DE102011014408A1

DE102011014408A1 - Verdampfereinheit

Info

Publication number: DE102011014408A1
Application number: DE102011014408A
Authority: DE
Inventors: Bryan Styles; Kwantaek Hong; Bradley Brodie
Original assignee: Denso International America Inc
Current assignee: Denso International America Inc
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2011-12-08
Also published as: JP5720331B2; US8931305B2; US20110239697A1; JP2011214826A; KR20110109907A; KR101304152B1

Abstract

Eine Verdampfereinheit (60, 210) umfasst einen Verdampfer (46, 211), einen Innenwärmetauscher (64, 212), der einen Hochdruckströmungsdurchgang (38, 239) und einen Niederdruckströmungsdurchgang (48, 240) definiert, und eine Expansionsvorrichtung (42, 213), die stromabwärtig von dem Hochdruckströmungsdurchgang des Innenwärmetauschers und stromaufwärtig von dem Verdampfer angeschlossen ist. Der Innenwärmetauscher ist an dem Verdampfer angebracht. Mit der vorstehenden Struktur kann der Innenwärmetauscher das restliche Kühlvermögen des Kältemittels, das den Verdampfer verlässt, zu seinem größten Vorteil nutzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfereinheit, die auf einen Dampfkompressionskreislauf mit einem Innenwärmetauscher angewendet wird.
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, die nicht notwendigerweise Stand der Technik sind. 19 bildet eine schematische Ansicht eines Dampfkompressionskreislaufs, wie etwa einen Klimatisierungskreislauf oder Kältekreislauf, gemäß dem bisherigen Stand der Technik ab. Insbesondere kann ein Kompressor 2 ein Arbeitsfluid, wie etwa ein Kältemittel in ein Hochdruckgas komprimieren und es in einen Kondensator 4 zwingen, wo in einem Versuch, die Temperatur des komprimierten Kältemittels weiter zu senken, Wärme aus dem gasphasigen Kältemittel entfernt wird. Das gasphasige Kältemittel wird zu einem flüssigphasigen Kältemittel kondensiert, verlässt den Kondensator 4 und geht weiter, um einen Hochdruckströmungsdurchgang 6 eines Innenwärmetauschers 7 zu durchlaufen, wo das flüssigphasige Kältemittel unter Verwendung des kühlen Kältemittels, das den Verdampfer 10 verlässt, weiter gekühlt wird. Nach dem Durchlaufen des Innenwärmetauschers 7 durchläuft das komprimierte flüssige Kältemittel ein thermostatisches Expansionsventil „TXV”) 8, das die Menge der Kältemittelströmung in einen Verdampfer 10 steuert, wodurch die Überhitzung an dem Auslass des Verdampfers 10 gesteuert wird. Durch Steuern der Überhitzungsmenge, die den Verdampfer 10 verlässt, kann eine Temperaturerfassungsvorrichtung 12 verwendet werden, um eine Menge an Kältemittel, die in den Verdampfer 10 eintritt, einzustellen. Die Temperaturerfassungsvorrichtung 12 ist üblicherweise in die Struktur des TXV 8 integriert. Nach dem Durchlaufen der Temperaturerfassungsvorrichtung 12 läuft das Kältemittel dann in einen Niederdruckströmungsdurchgang 14 des Innenwärmetauschers 7. Der Hochdruckströmungsdurchgang 6 befindet sich neben dem Niederdruckströmungsdurchgang 14, so dass Kältemittel, das den Hochdruckströmungsdurchgang 6 durchläuft, Wärme ausstößt, die von Kältemittel aufgenommen wird, das den Niederdruckströmungsdurchgang 14 durchläuft. Nach dem Verlassen des Niederdruckströmungsdurchgangs 14 tritt Kältemittel in den Kompressor 2 ein, wo es erneut komprimiert wird.
Der vorstehende Dampfkompressionskreislauf hat sich für seinen beabsichtigten Zweck als zufriedenstellend erwiesen, aber es besteht ein Bedarf einer Verbesserung seines Wirkungsgrads.
Angesichts der vorstehenden Punkte ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verdampfereinheit bereitzustellen, die den Wirkungsgrad verbessern kann.
Um den Wirkungsgrad zu verbessern, beschreibt die vorliegende Offenbarung eine Verdampfereinheit, die umfasst: einen Verdampfer, einen Innenwärmetauscher, der einen Hochdruckströmungsdurchgang und einen Niederdruckströmungsdurchgang definiert, und eine Expansionsvorrichtung, die auf der stromabwärtigen Seite des Hochdruckströmungsdurchgangs des Innenwärmetauschers und der stromaufwärtigen Seite des Verdampfers angeschlossen ist. Der Innenwärmetauscher und der Verdampfer können integriert sein, um eine Anordnung zu erzeugen. Mit der vorstehenden Struktur kann der Innenwärmetauscher das restliche Kühlvermögen des Kältemittels, das gerade aus dem Verdampfer austritt, so weit wie möglich nutzen. Wenn im Gegensatz dazu der Innenwärmetauscher entfernt von dem Verdampfer angeordnet ist, würde das Kältemittel, das den Verdampfer verlässt, Wärme aus der Umgebungsatmosphäre aufnehmen, und der Innenwärmetauscher könnte das Kühlvermögen nicht so weit er könnte nutzen. So wird durch die vorstehend beschriebene Struktur der Wirkungsgrad des gesamten Dampfkompressionskreislaufs relativ zu in der Technik bekannten Dampfkompressionskreislaufen verbessert.
In einem anderen Aspekt dieser Offenbarung kann der Verdampfer einen ersten Behälter, einen zweiten Behälter und mehrere Rohre verwenden, die den ersten Behälter und den zweiten Behälter verbinden. Die mehreren Rohre können entlang ihrer Längsseite eine Wärmeaustauschoberfläche definieren, und der Innenwärmetauscher kann an einer Seitenoberfläche des Verdampfers angebracht sein. Die Verdampferseitenoberfläche kann senkrecht zu der Wärmeaustauschoberfläche sein. Der Innenwärmetauscher kann sich über den ersten und zweiten Behältern befinden. Mit der vorstehenden Struktur ist die Verdampfereinheit kompakt.
Nach einem anderen Aspekt dieser Offenbarung können sowohl die Einlassöffnung als auch die Auslassöffnung des Kältemittelströmungsdurchgangs auf der Seitenoberfläche des Verdampfers angeordnet sein. Mit der vorstehenden Struktur kann der Innenwärmetauscher direkt mit der Einlassöffnung und der Auslassöffnung in Verbindung stehen.
Nach einem anderen Aspekt dieser Offenbarung können die Einlassöffnung und die Auslassöffnung beide auf dem ersten Behälter angeordnet sein. Mit der vorstehenden Struktur kann der Innenwärmetauscher die Hochdruckströmungsrichtung entgegengesetzt zu der Niederdruckströmungsrichtung machen.
Nach einem anderen Aspekt dieser Offenbarung kann die Expansionsvorrichtung eine thermostatische Expansionsvorrichtung mit einem Temperaturmesselement und einer Membran sein. Das Temperaturmesselement kann an der Auslassöffnung angebracht sein. Mit der vorstehenden Struktur kann die Verdampfereinheit die Phase des Kältemittels direkt vor dem Kompressor steuern.
Nach einem anderen Aspekt dieser Offenbarung kann die thermostatische Expansionsvorrichtung eine Kammer, die die Membran aufnimmt, und eine Einrichtung zum Verbinden des Temperaturmesselements und der Kammer verwenden. Die Verdampfereinheit kann ferner eine Einrichtung zum Isolieren von Wärme zwischen dem Innenwärmetauscher und der Einrichtung zum Verbinden des Temperaturmesselements und der Kammer verwenden. Mi der vorstehenden Struktur kann die Verdampfereinheit die Temperatur des Kältemittels genauer erfassen.
Nach einem anderen Aspekt dieser Offenbarung kann der Innenwärmetauscher einen Verbindungsbehälter verwenden, der durch eine Trennwand in einen ersten Verbindungsraum und einen zweiten Verbindungsraum unterteilt sein kann. Der erste Verbindungsraum kann mit dem Hochdruckströmungsdurchgang in Verbindung stehen, der zweite Verbindungsraum kann mit dem Niederdruckströmungsdurchgang in Verbindung stehen, und der Hochdruckströmungsdurchgang oder der Niederdruckströmungsdurchgang dringt in den Verbindungsraum des anderen und die Trennwand ein, um seinen jeweiligen Verbindungsraum zu erreichen. Mit der vorstehenden Struktur kann der Innenwärmetauscher den Hochdruckströmungsdurchgang unter Verwendung einer einfachen Struktur näher an dem Niederdruckströmungsdurchgang anordnen.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es sollte sich verstehen, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich zu Veranschaulichungszwecken gedacht sind und nicht den Bereich der vorliegenden Offenbarung einschränken sollen.
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglicher Implementierungen und sind nicht dafür gedacht, den Bereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, die eine Position eines Motors und eines Dampfkompressionskreislaufs gemäß der vorliegenden Offenbarung abbildet.
2 ist eine schematische Ansicht eines Dampfkompressionskreislaufs gemäß einer ersten Ausführungsform.
3 ist eine Vorderansicht einer Verdampfereinheit, die einen Verdampfer, einen Innenwärmetauscher und ein TXV gemäß der ersten Ausführungsform umfasst.
4 ist eine Seitenansicht eines Innenwärmetauschers und eines TXV gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine Seitenansicht des Innenwärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist eine vergrößerte Vorderansicht des Innenwärmetauschers gemäß der ersten Ausführungsform.
7 ist ein Diagramm des Drucks gegen die Enthalpie gegen die Temperatur gemäß der ersten Ausführungsform.
8 ist eine Explosionsansicht einer Verdampfereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9 ist eine Querschnittansicht des Innenwärmetauschers und des TXV gemäß der zweiten Ausführungsform.
10 ist eine Explosionsansicht einer Verdampfereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform.
11 ist eine Querschnittansicht des Innenwärmetauschers und des TXV gemäß der dritten Ausführungsform.
12 ist eine Seitenansicht des Innenwärmetauschers TXV gemäß der dritten Ausführungsform.
13 ist eine Vorderansicht der Verdampfereinheit gemäß der dritten Ausführungsform.
14 ist eine Querschnittansicht des Innenwärmetauschers und des TXV gemäß einer vierten Ausführungsform.
15 ist eine Querschnittansicht des Innenwärmetauschers und des TXV gemäß einer fünften Ausführungsform.
16 ist eine Explosionsansicht der Verdampfereinheit gemäß einer sechsten Ausführungsform.
17 ist eine Querschnittansicht des Innenwärmetauschers und des TXV gemäß der sechsten Ausführungsform.
18 ist eine Explosionsansicht der Verdampfereinheit gemäß einer siebten Ausführungsform.
19 ist eine schematische Ansicht eines Dampfkompressionskreislaufs gemäß dem bisherigen Stand der Technik.
Entsprechende Bezugsnummern zeigen über die Ansichten der Zeichnungen hinweg entsprechende Teile an Unter Bezug auf 1–7 der begleitenden Zeichnungen werden Details der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 1 ist eine Seitenansicht des Fahrzeugs 20, die eine Position eines Motors 22 und eines Dampfkompressionskreislaufs 24, wie etwa eines Klimatisierungskreislaufs gemäß der vorliegenden Offenbarung abbildet. Der Klimatisierungskreislauf erstreckt sich auch nach hinten in den Armaturenbrettabdeckungsbereich zwischen dem Motorraum und dem Fahrzeugraum. Uns nun 2 zuwendend kann der Dampfkompressionskreislauf 24 an einem Kompressor 28 beginnen, wo ein Kältemittel, wie etwa R134a, R1234yf oder R-744, ohne auf diese beschränkt zu sein, in einen Hochtemperatur-Überhitzungs-Dampfzustand komprimiert werden kann. In dem Fall eines unterkritischen Kältemittels wird das überhitzte Dampfkältemittel dann auf dem Weg zu einem Kondensator 32 in die Leitung 30 gezwungen. Nach dem Durchlaufen des Kondensators 32 stößt bzw. gibt Kältemittel Wärme an Luft 34 ab, die durch einen Kern des Kondensators 32 strömt. Während der Abgabe von Wärme an Luft 34 hält komprimiertes Kältemittel den Druck, ändert aber die Phase in eine duale Phase, flüssiges und dampfförmiges Kältemittel. Nach dem Verlassen des Kondensators 32 kann das Kältemittel teilweise oder ganz flüssig werden. Das Kältemittel kann dann durch die Leitung 36 gezwungen werden, bevor es in den Hochdruckströmungsdurchgang 38 läuft, was kurz diskutiert wird. Nach dem Laufen aus dem Hochdruckströmungsdurchgang 38 bewegt sich flüssiges Kältemittel dann in die Leitung 40 und anschließend ein thermostatisches Expansionsventil („TXV”) 42 oder kann von dem Hochdruckströmungsdurchgang 38 zu dem TXV 42 geleitet werden. Nach dem Laufen aus dem TXV 42 dehnt sich das vorher stark komprimierte Kältemittel in die Leitung 44 aus oder wird direkt von dem TXV 42 in den Verdampfer 46 mit einem Kern 62 geleitet. Eine derartige Expansion, nachdem das Kältemittel aus dem TXV 42 läuft, bewirkt einen relativ großen Druck- und Temperaturabfall. Nach dem Laufen in den Verdampfer 46 kann das Kältemittel erneut in einer/m dualen, flüssigen und Dampfphase oder Zustand sein und wird durch Luft 47, die den Verdampfer 46 durchläuft, geheizt. Nach dem Laufen aus dem Verdampfer 46 kann dampfförmiges Kältemittel sofort in den Niederdruckströmungsdurchgang 48 laufen, der, wie später erklärt wird, mit dem Hochdruckströmungsdurchgang 38 und dem Verdampfer 46 integriert ist. Der Hochdruckströmungsdurchgang 38 und der Niederdruckströmungsdurchgang 48 bilden einen Innenwärmetauscher 64. Der Wärmetauscher 64 und der Verdampfer 46 sind integriert, um eine Anordnung (d. h. Verdampfereinheit 60) zu bilden. Insbesondere ist der Innenwärmetauscher 64 an einem Montageabschnitt 65 des Verdampfers 46 angebracht. Der Montageabschnitt 65 ist durch eine der Seitenwände 61 des Verdampfers 46 bereitgestellt. Die Seitenwand 61 ist benachbart zu dem Kern 62 angeordnet. Unmittelbar nach dem Laufen aus dem Innenwärmetauscher 64 und in die Leitung 54 wird eine Kältemitteltemperatur unter Verwendung einer Temperaturmessvorrichtung 52 gemessen, die über eine Kommunikationsleitung 56 mit dem TXV 42 kommuniziert. Die Temperaturmessvorrichtung 52 kann auch, wie in 5 abgebildet, an einem Auslass 68 angebracht oder mit ihm verbunden sein. Dampfförmiges Kältemittel läuft dann von der Leitung 54 in den Kompressor 28, der einen Dampfkompressionskreislauf abschließt und zulässt, dass das Kältemittel einem weiteren Dampfkompressionskreislauf unterworfen wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung bildet 3 ein einzige unitäre Verdampfereinheit 60 ab. Der Innenwärmetauscher 64 kann in dieser Ausführungsform ein Mikrokanal-Innenwärmetauscher 64 sein.
4–6 bilden vergrößerte Ansichten des Innenwärmetauschers 64 ab. Insbesondere ist 4 eine Seitenansicht, die einen Innenwärmetauschereinlass 66 und einen Innenwärmetauscherauslass 68 abbildet. Der Innenwärmetauschereinlass 66 steht mit dem Hochdruckströmungsdurchgang 38 in Verbindung. Der Innenwärmetauscherauslass 68 steht mit dem Niederdruckströmungsdurchgang 48 in Verbindung. Insbesondere kann der Einlass 66 ein Einlass sein, der flüssiges Kältemittel mit relativ hohem Druck aufnimmt, um im Inneren der Rohre 70, 72, 74, 76 gemäß dem Pfeil 78 von einem unteren Behälter 80 des Innenwärmetauschers 64 in eine Aufwärtsrichtung zu einem oberen Behälter 82 des Innenwärmetauschers 64 zu strömen. Die Rohre 70, 72, 74 bilden den Hochdruckströmungsdurchgang 38. Es sollte sich versehen, dass Begriffe, wie etwa nach oben und nach unten relativ zum Boden sind, auf dem das Fahrzeug 20 steht, wenn der Innenwärmetauscher 64 in einem Fahrzeug, wie etwa zum Beispiel dem Fahrzeug 20, installiert ist. Nach dem Erreichen des oberen Behälters 82 des Innenwärmetauschers 64 läuft Kältemittel mit relativ hohem Druck in das TXV 42, um die Expansion von Hochdruckkältemittel in den Verdampferkern 62 zuzulassen. Nach dem Laufen aus dem TXV 42 durchläuft das expandierte Kältemittel den Verdampferkern 62 und nimmt Wärme aus der Außenluft 47 auf. Dekomprimiertes oder expandiertes Kältemittel läuft an einem Rückführungseinlass 86 an einem oberen Behälter 82 des Innenwärmetauschers 64 erneut in den Innenwärmetauscher 64. Nach dem erneuten Eintreten an dem Rückführungseinlass 86 an dem oberen Behälter 82 läuft dekomprimiertes Kältemittel durch den Innenwärmetauscher gemäß dem Pfeil 88, indem es die Rohre 90, 92, 94 durchläuft, nach unten und erreicht den Auslass 68. Die Rohre 90, 92, 94 bilden den Niederdruckströmungsdurchgang 48. Das Kältemittel läuft von dem Auslass 68 in die Leitung 54, und nach dem Strömen durch die Leitung 54 erreicht Kältemittel den Kompressor 28. Die Rohre 70, 72, 74 berühren die Rohre 90, 92, 94 physisch. In dieser Ausführungsform umfasst der Hochdruckströmungsdurchgang 38 4 Rohre, und der Niederdruckströmungsdurchgang 48 umfasst 3 Rohre. Alternativ kann der Niederdruckströmungsdurchgang 48 aufgrund der relativen Kältemitteldichten 4 Rohre umfassen, und der Hochdruckströmungsdurchgang 38 kann 3 Rohre umfassen.
Unter Bezug auf 3 ist ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung, dass die Verdampfereinheit 60 dem Dampfkompressionskreislauf 24. erlaubt, die Kühlkapazität des Kältemittels, das gerade aus dem Verdampfer 46 strömt, soweit er kann, zu nutzen. So wird mit der Verdampfereinheit 60 in dieser Ausführungsform der Gesamtbrennstoffwirkungsgrad relativ zu dem in 19 abgebildeten herkömmlichen Dampfkompressionskreislauf verbessert. Unter Bezug auf 4 ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Offenbarung, dass das flüssige Kältemittel, wenn es den Niederdruckströmungsdurchgang 48 an dem oberen Behälter 82 verlässt und in das TXV 42 eintritt, davon profitiert hat, dass es von dem Niederdruckkältemittel, dessen Temperatur niedriger ist und das an dem Rückführungseinlass 86 in den Innenwärmetauscher 64 eintritt, weiter gekühlt wird. Derartiges eintretendes Kältemittel bewegt sich anschließend durch Innenwärmetauscherrohre 90–94 nach unten, um, wie in 4 und 6 abgebildet, Wärme aus dem sich nach oben bewegenden Kältemittel mit höherem Druck und höherer Temperatur, das sich durch die Rohre 70–76 bewegt, das den Innenwärmetauscher 64 an dem oberen Behälter 82 verlässt, aufzunehmen. Wenn austretendes Kältemittel weiter in einer derartigen Weise geheizt wird, kann das Kältemittel, das an den Kompressor 28 rückgeführt wird, in einem überhitzten dampfförmigen Zustand sein, der von dem TXV 42 unter Verwendung der Temperaturmessvorrichtung 52, wie etwa des Temperaturmesskolbens 52, gesteuert wird, was den Kompressorwirkungsgrad verbessert und die Nutzungslebensdauer des Kompressors 28 verlängern kann. Andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind die verbesserte Packungsdichte des Dampfkompressionssystems in dem Fahrzeug, die verringerte Kältemittelausstoßmenge, die Verringerung der Teile, die verbesserte Steuerbarkeit/Stabilität des Systems, der verbesserte Wirkungsgrad, und die verbesserte Haltbarkeit des Systems, Die verbesserte Packungsdichte und die Verringerung der Kältemittelausstoßmenge sind das Ergebnis einer Verringerung der gesamten Rohrleitungen oder Leitungslänge. Die Teileverringerung wird durch das Ersetzen eines getrennten Wärmetauschers (der aus den Wärmetauschern 6, 14 und dem Verdampfer 46 besteht) durch eine einzige integrierte Komponente (d. h. die Verdampfereinheit 60) erreicht. Die verbesserte Steuerbarkeit/Stabilität des Systems ist das Ergebnis der Steuerung der Überhitzung an Stellen, wo das Kältemittel den Innenwärmetauscher 64 bereits durchlaufen hat, anstatt der (in 19 abgebildeten) Stelle 12. Das TXV 42 oder 8 (in 19 abgebildet) misst die Kältemittelströmung stabiler, wenn das in es eintretende Kältemittel (das 48 oder 10 verlässt) einen minimalen Überhitzungsgrad hat. In der vorliegenden Offenbarung wird ein minimaler Überhitzungsgrad aufrecht erhalten. Jedoch kann es schwierig sein, diesen minimalen Überhitzungsgrad in dem Stand der Technik zu erreichen, da das TXV häufig sehr nahe an dem Punkt der Kältemittelsättigung betrieben wird, um die Leistung durch die Wärmetauscher 14, 6 zu maximieren. Der verbesserte Wirkungsgrad wird auch in der vorliegenden Offenbarung erreicht, indem die Überhitzung des Kältemittels, das den Innenwärmetauscher 64 verlässt, gesteuert wird. Dies steuert direkt die Qualität des in den Kompressor 28 eintretenden Kältemittels und erlaubt dem Benutzer das TXV abzustimmen, um an dem für den Wirkungsgrad optimalen Punkt zu arbeiten. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem das TXV die Überhitzung des Kältemittels, das in den Innenwärmetauscher 64 eintritt, steuert. In dem Stand der Technik ist die Überhitzung des Kältemittels, das den Innenwärmetauscher 64 verlässt, unbekannt, was bedeutet, dass die Qualität des zu dem Kompressor zurückkehrenden Kältemittels nicht bekannt ist. Daher kann das System nicht ganz nach dem Wirkungsgrad optimiert werden. Aus dieser Tatsache leitet sich auf die verbesserte Haltbarkeit ab. Wenn die Qualität des Kältemittels, das den Innenwärmetauscher 64 verlässt, nicht bekannt ist, darin kann das System zulassen, dass Kältemittel mit nicht genug Überhitzung oder Kältemittel mit zu viel Überhitzung zu dem Kompressor 28 zurückkehrt. Dies würde entweder dazu führen, dass flüssiges Kältemittel zu dem Kompressor 28 zurückkehrt oder dass Kältemittel, das zu heiß ist (zu starke Überhitzung) zu dem Kompressor 28 zurückkehrt. Beide diese Szenarien führen zu verringerter Lebensdauer des Kompressors 28 und können zu einem vorzeitigen Ausfall des in 19 gezeigten Systems führen.
Unter Bezug auf 6 kann der Hochdruckströmungsdurchgang 38 (d. h. die Kombination der Mikrokanalrohre 70–76) eine kombinierte freie Strömungsfläche im Bereich von 20 mm²–85 mm² haben, ohne auf diese beschränkt zu sein. Der Niederdruckströmungsdurchgang 48 (d. h. die Kombination der Mikrokanalrohre 90, 92, 94) kann eine kombinierte freie Strömungsfläche im Bereich von 140 mm²–420 mm² haben, ohne auf diese beschränkt zu sein. Anders ausgedrückt sollte das Verhältnis der freien Strömungsflächen für die freie Strömungsfläche der Rohre 90–94 relativ zu der freien Strömungsfläche der Rohre 70–76 zwischen 1,6 und 21,0 sein.
7 ist eine graphische Darstellung eines Drucks (MPa) gegen die Enthalpie (kJ/kg) gegen die Temperatur (Celsius), die einen Vorteil der Verdampfereinheit 60 demonstriert. Zuerst sind unter Bezug auf 2 verschiedene Stadien über den Dampfkompressionskreislauf 24 hinweg angezeigt. Zum Beispiel stellt die Bezugsnummer 100 von 2 eine Position unmittelbar nach dem Kompressor 28 dar und entspricht der Position 100 von 7, die eine Überhitzungs- oder Dampfregion des Dampfkompressionskreislaufs 24 abbildet. Die Bezugsnummer 102 von 2 stellt eine Position unmittelbar nach dem Kondensator 32 dar und entspricht der Position 102 von 7, die einen unterkühlten flüssigen Bereich des Dampfkompressionskreislaufs 24 abbildet. Die Bezugsnummer 104 von 2 stellt eine Position unmittelbar nach dem Wärmetauscher 38 dar und entspricht der Position 104 von 7, die eine weiter unterkühlte flüssige Region des Dampfkompressionskreislaufs 24 abbildet. Die Bezugsnummer 106 von 2 stellt eine Position unmittelbar nach dem TXV 42 dar und entspricht der Position 106 von 7, die eine duale Phasenregion von Flüssigkeit und Dampf des Dampfkompressionskreislaufs 24 abbildet. Die Bezugsnummer 108 von 2 stellt eine Position unmittelbar nach dem Wärmetauscher 48 dar und entspricht der Position 108 von 7, die eine überhitzte oder Dampfregion des Dampfkompressionskreislaufs 24 abbildet.
8 zeigt eine Verdampfereinheit 210 gemäß der zweiten Ausführungsform. Der Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform kann die Verdampfereinheit 210 sein. Die restlichen Komponenten können die gleichen wie in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sein.
Die Verdampfereinheit 210 kann den Verdampfer 211, den Innenwärmetauscher 212 und das TXV 213 verwenden. Der Verdampfer 211, der Innenwärmetauscher 212 und das TXV 213 können aneinander befestigt sein, um eine integrierte Einheit zu bilden.
Der Verdampfer 211 kann einen ersten Behälter 214, einen zweiten Behälter 215 und mehrere Rohre 216 verwenden. Der erste Behälter 214 kann sowohl mit einem Einlass 217 des Verdampfers 211 als auch einem Auslass 218 des Verdampfers 211 versehen sein. In dieser Ausführungsform kann ein erster Behälter 214 in der Oberseite des Verdampfers 211 angeordnet sein. Der erste Behälter 214 und der zweite Behälter 215 können durch die mehreren Rohre 216 miteinander verbunden sein. Es kann gewellte Lamellen 219 zwischen den Rohren 216 geben. Die Rohre 216 und die gewellten Lamellen 219 können den Wärmeaustauschkern 220 definieren. Der Wärmeaustauschkern 220 kann Luftspalte 221 haben, durch die Luft geht. Der Wärmeaustauschkern 220 kann durch Stapeln von Rohren 216 und gewellten Lamellen 219 zusammengesetzt sein. Wenn das Kältemittel folglich die Rohre 216 durchläuft, tauscht das Kältemittel Wärme mit Luft aus, die den Luftspalt 221 durchläuft.
In dieser Ausführungsform kann der erste Behälter 214 in wenigstens zwei Teile geteilt sein. Ein Teil ist mit dem Einlass 217 des Verdampfers 211 verbunden. Der andere Teil kann mit dem Auslass 218 des Verdampfers 211 verbunden sein. Beide Teile können mit entsprechenden Rohren 216 zum Verteilen des Kältemittels an die und Sammeln des Kältemittels aus den entsprechenden Rohren 216 in Verbindung stehen.
Der zweite Behälter 215 bildet Kehrtwendungsabschnitte 222, 223 des Kältemittelströmungslaufs, die das Kältemittel von dem Einlass 217 des Verdampfers 211 zu dem Auslass 218 des Verdampfers 211 leiten.
Insbesondere kann der erste Behälter 214 in drei Teile unterteilt werden. Jeder Teil kann mit entsprechenden Rohren 216 verbunden sein. Andererseits kann der zweite Behälter 215 in dieser Ausführungsform in zwei Teile geteilt sein.
Der erste Teil 224 des ersten Behälters 214 steht mit dem Einlass 217 des Verdampfers 211 in Verbindung. Dann kann der erste Teil 224 des ersten Behälters 214 das Kältemittel an entsprechende Rohre 216 (erste Rohre 225) verteilen, die mit dem ersten Teil 226 des zweiten Behälters 215 verbunden sein können. Das in den ersten Teil 226 des zweiten Behälters 215 strömende Kältemittel kann an Rohre 216 (zweite Rohre 227) verteilt werden, die mit dem zweiten Teil 228 des ersten Behälters 214 verbunden sein können. Das in den zweiten Teil 228 des ersten Behälters 214 strömende Kältemittel kann in Rohre 216 (dritte Rohre 229) verteilt werden, die mit dem zweiten Teil 230 des zweiten Behälters 215 verbunden sein können. Das in den zweiten Teil 230 des zweiten Behälters 215 strömende Kältemittel kann in Rohre 216 (vierte Rohre 231) verteilt werden, die mit dem dritten Teil 232 des ersten Behälters 214 verbunden sein können. Das Kältemittel, das in den dritten Teil 232 des ersten Behälters 214 strömt, kann zu dem Auslass 218 des Verdampfers 211 führen.
In dieser Ausführungsform stellten der erste Teil 226 und der zweite Teil 230 des zweiten Behälters 215 Kehrtwendungsabschnitte 222, 223 des Kältemittelströmungslaufs bereit. Auch stellt der zweite Teil 228 des ersten Behälters 214 einen weiteren Kehrtwendungsabschnitt des Kältemittelströmungslaufs bereit.
Der erste Teil 224 des ersten Behälters 214 kann neben dem dritten Teil 232 des ersten Behälters 214 angeordnet sein. Der Einlass 217 und der Auslass 218 des Verdampfers 211 können der gleichen Seite des ersten Behälters 214 zugewandt sein. Als ein Ergebnis wird der Kältemittelströmungsdurchgang in der in 8 gezeigten Pfeilrichtung bereitgestellt.
Der Verdampfer 211 kann ferner Seitenwände 233, 234 verwenden, die an dem Stapelendabschnitt des Wärmeaustauschkerns 220 angeordnet sein können. Die Seitenwand 233 hat einen Montageabschnitt 235, an dem der Innenwärmetauscher 212 angebracht sein kann.
Der Innenwärmetauscher 212 kann den ersten Verbindungsbehälter 236, den zweiten Verbindungsbehälter 237, einen Hochdruckströmungsdurchgang 239 und einen Niederdruckströmungsdurchgang 240 verwenden.
Der erste Verbindungsbehälter 236 kann eine mehrstöckige mehretagige Struktur ähnlich einer zweigeschossigen Gebäudestruktur haben. Die erste Etage 238 des ersten Verbindungsbehälters 236 hat einen Niederdruckkältemittelauslass 241 des Innenwärmetauschers 212, und die zweite Etage 242 des ersten Verbindungsbehälters 236 kann einen Hochdruckkältemittelauslass 243 des Innenwärmetausches 212 haben.
Der zweite Verbindungsbehälter 237 kann ebenfalls eine mehrstöckige mehretagige Struktur ähnlich einer zweigeschossigen Gebäudestruktur haben. Die erste Etage 244 des zweiten Verbindungsbehälters 237 kann einen Niederdruckkältemitteleinlass 245 als Teil des Innenwärmetauschers 212 haben, und die zweite Etage 246 des zweiten Verbindungsbehälters 237 kann einen Hochdruckkältemittelauslass 247 als Teil des Innenwärmetausches 212 haben.
Der Hochdruckströmungsdurchgang 239 und der Niederdruckströmungsdurchgang 240 sind zusammen gestapelt und in der Lage, Wärme zwischen dem Hochdruckkältemittel und dem Niederdruckkältemittel darin auszutauschen. In dieser Ausführungsform können jede Länge des Hochdruckströmungsdurchgang 239 und jede Länge des Niederdruckströmungsdurchgangs 240 gleich sein, und der Hochdruckströmungsdurchgang 239 und der Niederdruckströmungsdurchgang 240 können in Bezug auf eine Kältemittelströmungsrichtung verschoben oder gegeneinander ausgetauscht sein.
Der Hochdruckströmungsdurchgang 239 verbindet die zweite Etage 242 des ersten Verbindungsbehälters 236 und die zweite Etage 246 des zweiten Verbindungsbehälters 237. Der Hochdruckkältemitteldurchgang 239 durchdringt die erste Etage 244 des zweiten Verbindungsbehälters 237.
Der Niederdruckströmungsdurchgang 240 verbindet die erste Etage 238 des ersten Verbindungsbehälters 236 und die erste Etage des zweiten Verbindungsbehälters 237. Der Niederdruckströmungsdurchgang 240 durchdringt die zweite Etage 242 des ersten Verbindungsbehälters 236.
Der Auslass 218 des Verdampfers 211 kann über einen dritten Verbindungsbehälter 259 mit dem Niederdruckkältemitteleinlass 245 des Innenwärmetauschers 212 verbunden sein. Der Einlass 217 des Verdampfers 211 kann über das TXV 213 mit dem Hochdruckkältemittelauslass 247 des Innenwärmetauschers 212 verbunden sein.
Das TXV 213 kann einen Gehäuseabschnitt 248, der einen (in 9 abgebildeten) Mündungsabschnitt 254 aufnimmt, einen Bedienabschnitt 249, der eine (in 9 abgebildete) Membran 258, die mit dem Mündungsabschnitt 254 verbunden ist, und ein Temperaturerfassungselement 250, das die Temperatur des Kältemittels erfasst, verwenden.
In dieser Ausführungsform kann das Temperaturerfassungselement 250 die Temperatur des Kältemittels, das aus dem Hochdruckkältemittelauslass 247 des Innenwärmetauschers 212 strömt, erfassen. Das TXV 213 kann ferner eine Verbindungsleitung 251, die das Temperaturerfassungselement 250 und den Bedienabschnitt 249 verbindet, verwenden. Die Verbindungsleitung 251 kann den Innendruck des Temperaturerfassungselements 250 zu dem Bedienabschnitt 249 leiten. Die Verbindungsleitung 251 kann durch einen zwischen der Verbindungsleitung 251 und den Hoch- und Niederdruckströmungsdurchgängen 239, 240 definierten Luftspalt gegen den Innenwärmetauscher 212 wärmeisoliert sein.
9 ist eine seitliche Querschnittansicht des Innenwärmetauschers 212 und des TXV 213 in der zweiten Ausführungsform aus einer zu der Verdampferseite entgegengesetzten Seite gesehen. Das TXV 213 befindet sich auf der oberen Oberfläche des Innenwärmetauschers 212. Das TXV 213 kann einen Gehäuseabschnitt 248, einen Bedienabschnitt 249 und ein Temperaturerfassungselement 250 verwenden. Der Gehäuseabschnitt 248 hat ein Einlassloch 252, das über einen Mündungsabschnitt 254 mit dem Auslass 253 des TXV 213 in Verbindung steht. Der Mündungsabschnitt 254 kann einen Ventilsitz 255 und ein kugelförmiges Ventil 256 verwenden. Das kugelförmige Ventil 256 kann durch eine Betätigungsstange 257 betätigt werden. Die Betätigungsstange 257 kann mit einer Membran 258 verbunden und durch diese betätigt werden. Die Membran 258 ist in einem Bedienabschnitt 249 untergebracht, und der Betätigungsabschnitt 249 betätigt die Betätigungsstange 257 basierend auf der von dem Temperaturerfassungselement 250 erfassten Temperatur. In dieser Ausführungsform ist der Innenwärmetauscher 212 über einen dritten Verbindungsbehälter 259 mit dem Auslass 218 des Verdampfers 211 verbunden. Der dritte Verbindungsbehälter 259 ist neben dem zweiten Verbindungsbehälter 237 und dem Gehäuseabschnitt 248 des TXV 213 angeordnet. Der Einlass 265 des dritten Verbindungsbehälters 259 ist mit dem Auslass 218 des Verdampfers 211 verbunden. In dieser Ausführungsform kann der Innenwärmetauscher 212 mit einer vorstehend beschriebenen gewissen Struktur versehen sein, die Zweistromdurchgänge mit unterschiedlicher Temperatur jeweils in mehrere kleinere Fluiddurchgänge unterteilen kann. Eine derartige Struktur kann ermöglichen, dass die mehreren kleineren Fluiddurchgänge ihre Wärme mit unterschiedlicher Temperatur untereinander austauschen. Dann kann die Struktur die gleichen Arten von Fluiddurchgängen in einen ursprünglichen Fluiddurchgang sammeln oder kombinieren.
In dieser Ausführungsform definiert der Verdampfer 211 den (in 8 abgebildeten) Kältemittelströmungsdurchgang, die Einlassöffnung 217 und die Auslassöffnung 218 des Verdampfers 211. Der Innenwärmetauscher 212 definiert den Hochdruckströmungsdurchgang 239, in den Kältemittel mit relativ hohem Druck strömt, und den Niederdruckströmungsdurchgang 240, in den Niederdruckkältemittel aus der Auslassöffnung 218 des Verdampfers 211 strömt. Die Expansionsvorrichtung 213 kann mit einer stromabwärtigen Seite des Hochdruckströmungsdurchgangs 239 des Innenwärmetauschers 212 und der stromaufwärtigen Seite der Einlassöffnung 217 des Verdampfers 211 verbunden sein. Der Innenwärmetauscher 212 kann an dem Verdampfer 211 angebracht sein, um die Verdampfereinheit 210 zu umfassen.
Gemäß der vorstehenden Struktur erlaubt die Verdampfereinheit 210 dem Dampfkompressionskreislauf die Kühlkapazität des Kältemittels, das aus dem Verdampfer 211 strömt, so weit wie möglich zu nutzen. So wird mit der Verdampfereinheit 210 in dieser Ausführungsform der Gesamtwirkungsgrad des Verdampferkompressionskreislaufs verbessert.
Auch in dieser Ausführungsform kann der Verdampfer 211 einen ersten Behälter 214, einen zweiten Behälter 215 und mehrere Rohre 216 verwenden, die den ersten Behälter 214 und den zweiten Behälter 215 miteinander verbinden. Die mehreren Rohre 216 definieren entlang ihrer Längsseite eine Wärmeaustauschoberfläche 260. Der Innenwärmetauscher 212 kann an einer Seitenoberfläche 261 des Verdampfers 211 angebracht sein. Die Seitenoberfläche 261 kann senkrecht zu der Wärmeaustauschoberfläche 260 sein. Der Innenwärmetauscher 212 kann sich sowohl über dem ersten Behälter 214 als auch dem zweiten Behälter 215 befinden.
Gemäß der vorstehenden Struktur ordnet die Verdampfereinheit 210 den Innenwärmetauscher 212 an einer der Seitenoberflächen an, wo der erste Behälter 214 oder der zweite Behälter 215 nicht angeordnet sind. So ist die Wärmeaustauschoberfläche mit der Verdampfereinheit 210 in dieser Ausführungsform nahe einer Mitte der Verdampfereinheit 210 angeordnet, und dies erlaubt, dass die Verdampfereinheit 210 in vielfältigen Arten von Kältekreisläufen verwendet wird und dass ihre Packungsdichte verbessert wird.
Auch sind in dieser Ausführungsform sowohl die Einlassöffnung 217 als auch die Auslassöffnung 218 des durch den Verdampfer 211 definierten Kältemittelströmungsdurchgangs an der gleichen Seitenoberfläche 216 des Verdampfers 211 angeordnet So kann der Innenwärmetauscher 212 mit der Verdampfereinheit 210 in dieser Ausführungsform sowohl die Einlassöffnung 217 als auch die Auslassöffnung 218 auf einmal verbinden.
Auch sind in dieser Ausführungsform die Einlassöffnung 217 und die Auslassöffnung 218 beide an oder in dem ersten Behälter 214 angeordnet. So ermöglicht der Wärmetauscher 212 mit der Verdampfereinheit 210 in dieser Ausführungsform, dass die Hochdruckseitenströmungsrichtung in dem Hochdruckströmungsdurchgang 239 entgegengesetzt zu seiner Niederdruckströmungsrichtung in dem Niederdruckströmungsdurchgang 245 ist.
Auch in dieser Ausführungsform ist die Expansionsvorrichtung 213 eine thermostatische Expansionsvorrichtung 213 (TXV 213) mit dem Temperaturmesselement 250 und der Membran 258. Das Temperaturmesselement 250 ist an dem Auslass 241 des Niederdruckströmungsdurchgangs 240 des Innenwärmetauschers 212 angebracht oder an einer Leitung 262, die sich von dem Auslass 241 des Niederdruckströmungsdurchgangs 240 des Innenwärmetauschers 212 erstreckt, angebracht. So erlaubt die Verdampfereinheit 210 mit der Verdampfereinheit 210 in dieser Ausführungsform, dass der Dampfkompressionskreislauf die Überhitzung des Kältemittels nach dem Durchlaufen des Innenwärmetauschers 212 und bevor es in den Kompressor 28 gesaugt wird, zu steuern. So kann mit der Verdampfereinheit 210 dieser Ausführungsform die Haltbarkeit des Systems verbessert werden.
Auch in dieser Ausführungsform hat das thermostatische Expansionsventil 213 die Verbindungsleitung 251, welche die Einrichtung zum Verbinden des Temperaturmesselements 250 und einer Kammer, die die Membran 258 aufnimmt, ist. Die Klemme 263 kann zwischen dem Innenwärmetauscher 212 und der Verbindungsleitung 251 wärmeisolieren. So wird mit der Verdampfereinheit 210 in dieser Ausführungsform die Menge des Wärmeaustauschs zwischen dem Innenwärmetauscher 212 und der Verbindungsleitung 251 verringert. Dies bedeutet, dass die thermische Expansionsvorrichtung 213 die geplante Kältemitteltemperatur richtiger erfassen kann.
Auch in dieser Ausführungsform ist der zweite Verbindungsbehälter 237 durch eine Trennwand 264 in einen ersten Verbindungsraum (in dieser Ausführungsform insbesondere die erste Etage 244 des zweiten Behälterraums 237) und einen zweiten Verbindungsraum (in dieser Ausführungsform insbesondere die zweite Etage 246 des zweiten Verbindungsbehälters 237) unterteilt. Der erste Verbindungsraum 244 steht mit dem Niederdruckströmungsdurchgang 240 in Verbindung, und der zweite Verbindungsraum 246 steht mit dem Hochdruckströmungsdurchgang 239 in Verbindung. Der Hochdruckströmungsdurchgang 239 und/oder der Niederdruckströmungsdurchgang 240 (in dieser Ausführungsform insbesondere der Hochdruckströmungsdurchgang 239) dringt in den Verbindungsraum 244 des anderen und die Trennwand 264 ein, um seinen jeweiligen Verbindungsraum 246 zu erreichen. So erlaubt der Innenwärmetauscher 212 mit der Verdampfereinheit 210 dieser Ausführungsform, dass zwei Arten von Fluiddurchgängen mit einem jeweiligen Behälter verbinden. Der jeweilige Behälter kann aneinander grenzen, und die Fluiddurchgänge können sich in der Grenzrichtung befinden.
Mit anderen Worten kann der Wärmetauscher (in dieser Ausführungsform insbesondere der Innenwärmetauscher 212) einen ersten Kältemittelströmungsdurchgang (in dieser Ausführungsform insbesondere den Niederdruckströmungsdurchgang 240), einen zweiten Kältemittelströmungsdurchgang (in dieser Ausführungsform insbesondere den Hochdruckströmungsdurchgang 239), der benachbart zu dem ersten Strömungsdurchgang 240 angeordnet ist, einen Verbindungsbehälter (in dieser Ausführungsform insbesondere den zweiten Verbindungsbehälter 237), der in einen ersten Verbindungsraum (in dieser Ausführungsform insbesondere die erste Etage 244 des zweiten Verbindungsbehälters 237) und einen zweiten Verbindungsraum (in dieser Ausführungsform insbesondere die zweite Etage 246 des zweiten Verbindungsbehälters 237) unterteilt ist, verwenden. Der erste Verbindungsbehälterraum 244 steht mit dem ersten Kältemittelströmungsdurchgang 240 in Verbindung. Der zweite Verbindungsbehälterraum 246 steht mit dem zweiten Kältemittelströmungsdurchgang 239 in Verbindung. Der zweite Kältemittelströmungsdurchgang 239 dringt in den ersten Verbindungsraum 244 und die Trennwand 264 ein, um den zweiten Verbindungsraum 246 zu erreichen.
So erlaubt der Wärmetauscher 212, dass zwei Arten von Fluiddurchgängen (d. h. der erste Kältemittelströmungsdurchgang 240 und der zweite Kältemittelströmungsdurchgang 239) den jeweiligen Behälter (d. h. die erste Etage 244 und die zweite Etage 246 des zweiten Verbindungsbehälters 237) verbinden. Die jeweiligen Behälter 244 und 246 grenzen aneinander, und Fluiddurchgänge 239, 240 befinden sich in der Grenzrichtung.
10 zeigt die Explosionsansicht der Verdampfereinheit 300 in der dritten Ausführungsform. Ein Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist eine Position eines dritten Verbindungsbehälters.
In dieser Ausführungsform kann der dritte Verbindungsbehälter 301 zwischen dem Gehäuseabschnitt 302 des TXV 303 und dem Auslass 218 des Verdampfers 211 (d. h. dem ersten Behälter 214 des Verdampfers 211) angeordnet sein.
Der dritte Behälter 301 ist neben der ersten Etage 244 des zweiten Verbindungsbehälters 237 und auch neben dem TXV 303 angeordnet. Der dritte Behälter 302 stellt den Strömungsdurchgang zwischen dem Auslass 218 des Verdampfers 211 und der ersten Etage 244 des zweiten Verbindungsbehälters 237 bereit.
In dieser Ausführungsform ist der Gehäuseabschnitt 302 des TXV 303 L-förmig. Die L-Form stellt den Verbindungsdurchgang 304 zu dem Einlass 217 des Verdampfers 211 bereit.
11 zeigt die seitliche Querschnittansicht des Innenwärmetauschers 212 und des TXV 303 in dieser Ausführungsform aus einer zu dem Verdampfer 211 entgegengesetzten Richtung gesehen. Die restlichen Komponenten können die gleichen wie in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform sein.
12 zeigt eine Seitenansicht des Innenwärmetauschers 212 und des TXV 303 von der Seite gesehen, wo der Verdampfer 211 angeordnet ist.
13 zeigt die Vorderansicht der Verdampfereinheit 300 in der dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform gibt es einen wärmeisolierenden Spalt 305, der zwischen der Seitenwand 233 des Verdampfers 211 und dem Innenwärmetauscher 212 definiert ist. Der Spalt 305 verhindert, dass der Innenwärmetauscher 212 seine Wärme mit dem Verdampfer 211 austauscht.
In dieser Ausführungsform sind der erste Verbindungsbehälter 236 des Innenwärmetauschers 212 und der zweite Behälter 215 des Verdampfers 211 durch den Befestigungsabschnitt 306 verbunden. Die Breite des dritten Verbindungsbehälters 301 und des Befestigungsabschnitts 306 definiert den wärmeisolierenden Spalt 305. Mit dem wärmeisolierenden Spalt 305 erlaubt die Verdampfereinheit 300, dass der Dampfkompressionskreislauf die Kühlkapazität des aus dem Verdampfer 211 strömenden Kältemittels so weit wie möglich nutzt.
Relativ zu der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform gleiche Komponenten sind durch gleiche Bezugsnummern angezeigt. Gleiche Komponenten haben die gleichen oder nahezu die gleichen Auswirkungen.
14 zeigt die seitliche Querschnittansicht des Innenwärmetauschers 212 und des TXV 400 in einer vierten Ausführungsform aus einer zu dem Verdampfer 211 entgegengesetzten Seite gesehen.
In dieser Ausführungsform kann der Innenwärmetauscher 212 über ein kastenartiges TXV 400 und den dritten Verbindungsbehälter 402 mit dem Auslass 218 des Verdampfers 211 verbunden sein. Der Gehäuseabschnitt 401 des TXV 400 nimmt die Temperaturerfassungsfunktion (d. h. das kastenartige TXV) auf. Das kastenartige TXV 400 erfasst die Temperatur von Kältemittel, das den Verdampfer 211 verlässt, über die Verbindungsstange 257. Der Einlass 403 des dritten Verbindungsbehälters 402 ist mit einem Niederdruckauslass 404 des kastenartigen TXV 400 verbunden. Die Verbindungsstange 257 ist in einem Niederdruckströmungsdurchgang 405 angeordnet, der den Auslass 218 des Verdampfers 211 und den Einlass 403 des dritten Verbindungsbehälters 402 verbindet. in dieser Ausführungsform kann das kastenartige TXV 400 die Temperatur des Kältemittels, das den Auslass 241 des Innenwärmetauschers 212 verlässt, nicht erfassen, aber es könnte die Verbindungsleitung 251 und ihre vorstehend beschriebene Klemme 263 beseitigen.
Der Innenwärmetauscher 212 kann an dem Verdampfer 211 angebracht sein. Die restlichen Komponenten können die gleichen die in den anderen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sein und können die gleiche oder ähnliche Wirkung haben. Relativ zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gleiche Komponenten sind durch gleiche Bezugsnummern angezeigt.
15 zeigt die seitliche Querschnittansicht des Innenwärmetauschers 212 und des TXV 400 in einer fünften Ausführungsform aus einer zu dem Verdampfer 211 entgegengesetzten Richtung gesehen. In der vierten Ausführungsform haben die Hochdruckströmungsdurchgänge 239 und die Niederdruckströmungsdurchgänge 240 die gleiche Länge.
Aber in der fünften Ausführungsform haben die Hochdruckströmungsdurchgänge 500 und die Niederdruckströmungsdurchgänge 501 nicht die gleiche Länge. Die Hochdruckströmungsdurchgänge 500 sind länger als die Niederdruckströmungsdurchgänge 501. Die Hochdruckströmungsdurchgänge 500 durchdringen beide Trennwände 264 des ersten Verbindungsbehälters 236 und des zweiten Verbindungsbehälters 237.
Der erste Verbindungsbehälter 502 dieser Ausführungsform unterscheidet sich von den anderen Ausführungsformen. Die erste Etage 503 des ersten Verbindungsbehälters 502 hat einen Hochdruckkältemitteleinlass 505 des Innenwärmetauschers 212. Die zweite Etage 504 des ersten Verbindungsbehälters 502 hat einen Niederdruckauslass 506 des Innenwärmetauschers 212.
Der Innenwärmetauscher 212 kann an dem Verdampfer 211 angebracht sein. Die restlichen Komponenten können die gleichen wie in der vierten Ausführungsform sein und können die gleiche Wirkung haben. Relativ zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gleiche Komponenten sind durch gleiche Bezugsnummern angezeigt.
16 zeigt eine Explosionsansicht der Verdampfereinheit 600 in der sechsten Ausführungsform. Der Verdampfer 601 in der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von dem in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Verdampfer 211.
In dieser Ausführungsform weist der Verdampfer 601 einen Verteilungsbehälter 602 und einen Sammelbehälter 603 auf. Rohre 604 verbinden den Verteilungsbehälter 602 und den Sammelbehälter 603. Der Verteilungsbehälter 602 hat eine Einlassöffnung 605 des Verdampfers. Der Sammelbehälter 603 hat eine Auslassöffnung 606 des Verdampfers 600.
Der Innenwärmetauscher 212 in dieser Ausführungsform hat eine ähnliche Struktur wie die der vierten Ausführungsform, aber die Position des Niederdruckkältemittelauslasses 607 des Innenwärmetauschers 212 unterscheidet sich von der Position des Niederdruckauslasses 241 des Innenwärmetauschers 212 der vierten Ausführungsform.
Auch ist die Strömungsrichtung der Niederdruckkältemittelströmung des Innenwärmetauschers 212 aufgrund eines Unterschieds in der Verdampferstruktur entgegengesetzt zu der vierten Ausführungsform.
Das Niederdruckkältemittel, das den Verdampfer 600 verlässt, geht von dem Niederdruckeinlass 608 in die erste Etage 238 des ersten Verbindungsbehälters 236. Der Niederdruckauslass 607 des Innenwärmetauschers 212 ist an der ersten Etage 244 des zweiten Verbindungsbehälters 237 angeordnet. Das Niederdruckkältemittel, das den Auslass 607 verlässt, durchläuft das kastenartige TXV 400 und tritt aus dem Auslass 609 des kastenartigen TXV 400 aus. Folglich ist die Strömungsrichtung durch den Niederdruckkältemittelströmungsdurchgang 240 die gleiche wie die Strömungsrichtung des Hochdruckkältemittelströmungsdurchgangs 239. in dieser Ausführungsform kann das kastenartige TXV 400 die Temperatur des Kältemittels, das den Innenwärmetauscher 212 durchlaufen hat, erfassen.
17 zeigt eine seitliche Querschnittansicht des Innenwärmetauschers 212 und des TXV in der sechsten Ausführungsform aus einer zu dem Verdampfer 600 entgegengesetzten Seite gesehen.
Der Innenwärmetauscher 212 kann an dem Verdampfer 600 angebracht sein. Gleiche Komponenten können die gleichen wie die in der vierten Ausführungsform sein und können die gleichen Wirkungen haben. Gleiche Komponenten sind durch gleiche Bezugsnummern angezeigt.
18 zeigt eine Explosionsansicht der Verdampfereinheit 300 in der siebten Ausführungsform. Ein Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist die Art der verwendeten Expansionsvorrichtung.
In dieser Ausführungsform kann die Expansionsvorrichtung ein elektronisches Expansionsventil 700 sein, das von einer elektronischen Steuereinheit 701 gesteuert werden kann. Die elektronische Steuereinheit 701 kann einen Öffnungsgrad des elektronischen Expansionsventils 700 basierend auf dem berechneten Überhitzungsgrad des in den Kompressor oder aus der Verdampfereinheit 300 strömenden Kältemittels steuern.
Der Überhitzungsgrad wird basierend auf der Temperatur des niederdruckseitigen Kältemittels berechnet. Die Temperatur des niederdruckseitigen Kältemittels wird von einem Temperatursensor 702 erfasst. Der Temperatursensor kann in dem Auslass 241 und/oder der Leitung 262 und/oder den Lamellen 219 angeordnet sein.
Die elektronische Steuereinheit 701 kann den Kältemitteldurchsatz in dem Kältemittelkreislauf verwenden, um den Überhitzungsgrad zu schätzen. Der Kältemitteldurchsatz wird von einem Kältemitteldurchflussmesser 703 erfasst, der in der Auslassseite des Kompressors angeordnet sein kann.
Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben ist. Dieselben können auch auf viele Arten variiert werden. Derartige Variationen sollen nicht als eine Abweichung von der Erfindung betrachtet werden, und alle derartigen Modifikationen sollen innerhalb des Bereichs der Erfindung enthalten sein.
Beispielausführungsformen sind bereitgestellt, so dass diese Offenbarung genau ist und Fachleuten der Technik den Schutzbereich vollständig übermittelt. Zahlreiche spezifische Details, wie etwa Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, sind dargelegt, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es wird für Fachleute der Technik offensichtlich, dass spezifische Details nicht verwendet werden brauchen, dass Beispielausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und keines davon ausgelegt werden sollte, um den Bereich der Offenbarung einzuschränken. In einigen Beispielausführungsformen werden wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Technologien nicht im Detail beschreiben.
Eine hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Beispielausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie hier verwendet, sollten die Singularformen „ein”, „eine” und „der”, „die”, „das” dafür gedacht sein, die Pluralformen ebenfalls zu umfassen, es sei denn, der Kontext legt dies deutlich anders nahe. Die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „enthaltend” und „mit” sind einschließend und spezifizieren daher das Vorhandensein dargelegter Merkmale, ganzer Zahlen, von Schritten, Arbeitsschritten, Elementen und/oder Komponenten, aber schließen das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Arbeitsschritte, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen dieser nicht aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Verfahren und Betriebe sollen, wenn nicht spezifisch als eine Leistungsreihenfolge gekennzeichnet, nicht derart ausgelegt werden, dass ihre Leistung in der bestimmten diskutierten oder dargestellten Reihenfolge erforderlich ist. Es versteht sich auch, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können.
Wenn auf ein Element oder eine Schicht als „auf” einer anderen Schicht oder einem Element, „in Eingriff mit”, „verbunden mit” oder „gekoppelt mit” dieser/m Bezug genommen wird, kann es/sie direkt mit dem anderen Element oder der Schicht in Eingriff, verbunden oder gekoppelt mit dieser/m sein oder dazwischenkommende Elemente oder Schichten können vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu auf ein Element als „direkt auf”, „direkt in Eingriff mit”, „direkt verbunden mit” oder „direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer Schicht Bezug genommen wird, können keine dazwischenkommenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in einer ähnlichen Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen” im Vergleich zu „direkt zwischen”, „benachbart” im Vergleich zu „direkt benachbart”, etc.). Wie er hier verwendet wird, umfasst der Begriff „und/oder” jede und alle Kombinationen eines oder mehr der zugehörigen aufgezählten Posten.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte, etc. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder einen Abschnitt von einer anderen Region, Schicht oder einem Abschnitt zu unterscheiden. Wenn hier Begriffe, wie etwa „erste”, „zweite” und andere Zahlenwerte, verwendet werden, beinhalten sie keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn dies wird durch den Kontext deutlich angegeben. Folglich könnte ein erstes Element, erste Komponente, Region, Schicht oder ein erster Abschnitt als ein zweites Element, eine zweite Komponente, Region, Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der Beispielausführungsformen abzuweichen.
Räumlich relative Begriffe, wie etwa „innere”, „äußere”, „darunter”, „unterhalb”, „unter”, „über”, „obere” und ähnliche können hier für die leichtere Beschreibung verwendet werden, um eine in den Figuren dargestellte Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben. Räumlich relative Begriffe sollen neben der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung in der Verwendung oder im Betrieb umfassen. Wenn zum Beispiel die Vorrichtung in den Figuren umgedreht ist, werden Elemente, die als „unterhalb” oder „darunter” beschrieben sind, dann „oberhalb” den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet sein. Folglich kann der Begriff „unterhalb” sowohl eine Ausrichtung darüber als auch darunter umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hier verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend interpretiert werden.

Claims

Verdampfereinheit (60, 210), die umfasst: einen Verdampfer (26, 211), der einen Kältemittelströmungsdurchgang, eine Einlassöffnung (66, 217) des Kältemittelströmungsdurchgangs und eine Auslassöffnung (68, 218) des Kältemittelströmungsdurchgangs definiert; einen Innenwärmetauscher (64, 212), der einen Hochdruckströmungsdurchgang (38, 239), in den Hochdruckkältemittel strömt, und einen Niederdruckströmungsdurchgang (48, 240), in den Niederdruckkältemittel aus der Auslassöffnung des Verdampfers strömt, definiert; und eine Expansionsvorrichtung (42, 213), die stromabwärtig von dem Hochdruckströmungsdurchgang des Innenwärmetauschers und stromaufwärtig von der Einlassöffnung des Verdampfers angeschlossen ist, wobei der Innenwärmetauscher und der Verdampfer integriert sind, um eine Anordnung zu erzeugen.
Verdampfereinheit gemäß Anspruch 1, wobei: der Verdampfer einen ersten Behälter (214), einen zweiten Behälter (215) und mehrere Rohre (216) umfasst, die den ersten Behälter und den zweiten Behälter miteinander verbinden; die mehreren Rohre entlang ihrer längsverlaufenden Länge eine Wärmeaustauschoberfläche (260) definieren; der Innenwärmetauscher an einer Seitenoberfläche (261) des Verdampfers angebracht ist; die Seitenoberfläche des Verdampfers senkrecht zu der Wärmeaustauschoberfläche ist; und der Innenwärmetauscher sich über dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter befindet.
Verdampfereinheit gemäß Anspruch 2, wobei sowohl die Einlassöffnung als auch die Auslassöffnung des Kältemittelströmungsdurchgangs auf der Seitenoberfläche des Verdampfers angeordnet sind.
Verdampfereinheit gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Einlassöffnung und die Auslassöffnung beide in Richtung des ersten Behälters angeordnet sind.
Verdampfereinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–4, wobei: die Expansionsvorrichtung eine thermostatische Expansionsvorrichtung mit einem Temperaturmesselement (250) und einer Membran (258) ist, und das Temperaturmesselement an der Auslassöffnung (241) des Niederdruckdurchgangs des Innenwärmetauschers angebracht ist.
Verdampfereinheit gemäß Anspruch 5, wobei die thermostatische Expansionsvorrichtung ferner definiert: eine Kammer (249), die die Membran aufnimmt, und eine Einrichtung (251) zum Verbinden des Temperaturmesselements und der Kammer.
Verdampfereinheit gemäß Anspruch 6, wobei die Verdampfereinheit ferner eine Einrichtung (263) zum Isolieren von Wärme zwischen dem Innenwärmetauscher (212) und der Einrichtung (251) zum Verbinden des Temperaturmesselements und der Kammer umfasst.
Verdampfereinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–7, wobei der Innenwärmetauscher ferner einen Verbindungsbehälter (237) umfasst, der durch eine Trennwand (264) in einen ersten Verbindungsraum (244) und einen zweiten Verbindungsraum (246) unterteilt ist, wobei: der erste Verbindungsraum mit dem Hochdruckströmungsdurchgang in Verbindung steht, der zweite Verbindungsraum mit dem Niederdruckströmungsdurchgang in Verbindung steht, und der Hochdruckströmungsdurchgang oder der Niederdruckströmungsdurchgang in den Verbindungsraum des anderen und die Trennwand eindringt, um seinen jeweiligen Verbindungsraum zu erreichen.
Wärmetauscher (212), der umfasst: einen ersten Kältemittelströmungsdurchgang (240); einen zweiten Kältemittelströmungsdurchgang (239), der benachbart zu dem ersten Kältemittelströmungsdurchgang angeordnet ist; einen Verbindungsbehälter (237), der durch eine Trennwand (264) in einen ersten Verbindungsraum (244) und einen zweiten Verbindungsraum (246) unterteilt ist, wobei: der erste Verbindungsraum (244) mit dem ersten Kältemittelströmungsdurchgang (240) in Verbindung steht; der zweite Verbindungsdurchgang (246) mit dem zweiten Kältemittelströmungsdurchgang (239) in Verbindung steht, und der zweite Kältemittelströmungsdurchgang (239) den ersten Verbindungsraum (244) und die Trennwand (264) durchdringt, um den zweiten Verbindungsraum (246) zu erreichen.
Verdampfereinheit (210), die umfasst: einen Verdampfer (211), der einen Kältemittelströmungsdurchgang, eine Einlassöffnung (217) des Kältemittelströmungsdurchgangs und eine Auslassöffnung (218) des Kältemittelströmungsdurchgangs definiert; einen Innenwärmetauscher (212), der einen Hochdruckströmungsdurchgang (239), in den Hochdruckkältemittel strömt, und einen Niederdruckströmungsdurchgang (240), in den Niederdruckkältemittel von der Auslassöffnung des Verdampfers strömt, definiert; und eine Expansionsvorrichtung (213), die stromabwärtig von dem Hochdruckströmungsdurchgang des Innenwärmetauschers und stromaufwärtig von der Einlassöffnung des Verdampfers angeschlossen ist, wobei: die Expansionsvorrichtung eine thermostatische Expansionsvorrichtung mit einem Temperaturmesselement (250) und einer Membran (258) ist, und das Temperaturmesselement an einer Auslassseite (241) des Niederdruckströmungsdurchgangs des Innenwärmetauschers angebracht ist.
Verdampfereinheit gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–4, wobei: die Expansionsvorrichtung eine elektronische Expansionsvorrichtung (700) ist, die von einer elektronischen Steuervorrichtung (701) gesteuert wird, und die elektronische Steuervorrichtung die elektronische Expansionsvorrichtung basierend auf der Kältemitteltemperatur steuert.