DE102011090114A1

DE102011090114A1 - Kältemittelstrahler

Info

Publication number: DE102011090114A1
Application number: DE102011090114A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Katoh
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-08-23
Also published as: CN102589198A; US20120175081A1; US8991477B2; JP5799792B2; JP2012153356A; CN102589198B

Abstract

Ein Kältemittelstrahler, der für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf (10) mit einem Kompressor (11) verwendet wird, der aufgebaut ist, um Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, umfasst Rohre (121), durch die Kältemittel strömt. Die Rohre (121) sind in einer Horizontalrichtung gestapelt und angeordnet und erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu der Horizontalrichtung oder mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung. Die Rohre (121) umfassen einen ersten Wärmeaustauschbereich (12a), in dem Kältemittel mit einer Temperatur größer oder gleich einer Standardtemperatur (T1) Wärme mit erster Luft, die zu einem Raum geblasen werden soll, austauscht, und einen zweiten Wärmeaustauschbereich (12b), in dem Kältemittel mit einer niedrigeren Temperatur als der Standardtemperatur (T1) Wärme mit zweiter Luft, die zu dem Raum geblasen werden soll, austauscht. Im Allgemeinen hat die zweite Luft eine Temperatur, die sich von einer Temperatur der ersten Luft unterscheidet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittelstrahler für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf, in dem Kältemittel Wärme abstrahlt.
Hintergrund
Herkömmlicherweise ist ein Kältemittelstrahler für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf bekannt, in dem von einem Kompressor ausgestoßenes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel durch den Wärmeaustausch mit Luft Wärme abstrahlt. Zum Beispiel offenbart das Patentdokument 1 ( JP 2004-125346 A ) in Bezug auf einen Kältemittelstrahler für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf, der für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird. Der Kältemittelstrahler wirkt als ein Abschnitt, der Luft heizt, die in einen Innenraum eines Fahrzeugraums geblasen wird, der ein Raum ist, der klimatisiert werden soll. Die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, wird durch Durchführen eines Wärmeaustauschs mit von einem Kompressor ausgestoßenem Kältemittel in dem Kältemittelstrahler geheizt.
Der in dem Patentdokument 1 beschriebene Kältemittelkreislauf ist ein überkritischer Kältemittelkreislauf, in dem Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird und ein Kältemitteldruck in einem hochdruckseitigen Teil des Kreislaufes zwischen einem Auslass des Kompressors und einem Einlass einer Dekompressionsvorrichtung höher als ein überkritischer Druck des Kältemittels ist. Daher strahlt Kältemittel in dem in dem Patentdokument 1 beschriebenen Kältemittelstrahler in einem überkritischen Zustand ohne Phasenübergang Wärme ab.
Wenn jedoch der Kältemittelstrahler in dem Patentdokument 1 für einen unterkritischen Kältemittelkreislauf verwendet wird, in dem der Kältemitteldruck in dem hochdruckseitigen Teil des Kreislaufs niedriger als der überkritische Druck des Kältemittels ist, kann es schwierig sein, die Inhomogenisierung der Temperaturverteilung von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, ausreichend zu begrenzen. Der Grund ist, dass Kältemittel in dem unterkritischen Kältemittelkreislauf von dem überhitzten gasphasigen Kältemittel in gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel wechselt und außerdem in ein unterkühltes flüssigphasiges Kältemittel wechselt. Wenn in dem unterkritischen Kältemittelkreislauf Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf in einer gasförmigen oder flüssigen Phase ist, strahlt das Kältemittel Wärme ab, wobei es seine Temperatur verringert, d. h. sowohl die Temperatur als auch die Enthalpie des Kältemittels verringern sich. Wenn Kältemittel jedoch in einer gasförmig-flüssigen Phase ist, verringert sich nur die Enthalpie des Kältemittels, während das Kältemittel Wärme abstrahlt, ohne seine Temperatur zu verringern.
In dem Kältemittelstrahler in dem Patentdokument 1 kann ein Wärmeaustauschbereich, in dem Kältemittel in der gasförmig-flüssigen Phase ist, und ein anderer Wärmeaustauschbereich, in dem Kältemittel in der gasförmigen oder flüssigen Phase ist, in einer Strömungsrichtung von Luft, die in den Kältemittelstrahler strömt, überlappend sein. Daher kann eine Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Kältemittelstrahler geblasen wird, bewirkt werden.
Wenn außerdem Luft, die aus dem Kältemittelstrahler strömt, die inhomogene Temperaturverteilung hat, kann es einen Wärmeaustauschbereich in dem Kältemittelstrahler geben, in dem die Temperaturdifferenz zwischen Luft, die in den Kältemittelstrahler strömt, und Kältemittel nicht ausreichend sichergestellt werden kann. Folglich kann sich die Wärmeaustauschfähigkeit des gesamten Kältemittelstrahlers verringern. Auf diese Weise kann die Verringerung der Wärmeabstrahlungsfähigkeit die Erhöhung der Enthalpie von Kältemittel, das in einen Verdampfer des Kältemittelkreislaufs strömt, bewirken und dadurch kann sie den Leistungskoeffizienten (COP) des Kältemittelkreislaufs verringern.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung behandelt wenigstens einen der vorstehenden Nachteile.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kältemittelstrahler für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf mit einem Kompressor verwendet, der aufgebaut ist, um Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen. Der Kältemittelstrahler ist aufgebaut, um Wärme an Luft abzustrahlen, bis von dem Kompressor ausgestoßenes gasphasiges Kältemittel wenigstens in ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel wechselt. Der Kältemittelstrahler umfasst mehrere Rohre, durch die das Kältemittel strömt. Die Rohre sind gestapelt und in einer Horizontalrichtung angeordnet und erstrecken sich in eine Richtung senkrecht zu der Horizontalrichtung oder mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung. Die Rohre umfassen einen ersten Wärmeaustauschbereich, in dem Kältemittel mit einer Temperatur größer oder gleich einer Standardtemperatur Wärme mit erster Luft, die zu einem Raum geblasen werden soll, austauscht. Die Rohre umfassen ferner einen zweiten Wärmeaustauschbereich, in dem Kältemittel mit einer niedrigeren Temperatur als der Standardtemperatur Wärme mit zweiter Luft, die zu dem Raum geblasen werden soll, austauscht. Im Allgemeinen hat die zweite Luft eine Temperatur, die sich von einer Temperatur der ersten Luft unterscheidet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kältemittelstrahler für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf mit einem Kompressor, der aufgebaut ist, um Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, verwendet. Der Kältemittelstrahler ist aufgebaut, um Wärme an Luft abzustrahlen, bis aus dem Kompressor ausgestoßenes gasphasiges Kältemittel wenigstens in ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel wechselt. Der Kältemittelstrahler umfasst mehrere Rohre, durch die das Kältemittel strömt. Die Rohre sind in einer Horizontalrichtung gestapelt und angeordnet und erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu der Horizontalrichtung oder mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung. Die Rohre umfassen einen ersten Wärmeaustauschbereich, in dem Kältemittel Wärme mit erster Luft, die zu einem Raum geblasen werden soll, austauscht, und einen zweiten Wärmeaustauschbereich, in dem Kältemittel Wärme mit zweiter Luft, die zu dem Raum geblasen werden soll, austauscht. Im Allgemeinen hat die zweite Luft eine Temperatur, die sich von einer Temperatur der ersten Luft unterscheidet. Der erste Wärmeaustauschbereich umfasst eine Kältemitteleinlassseite der Rohre, und der zweite Wärmeaustauschbereich umfasst eine Kältemittelauslassseite der Rohre.
Folglich kann die Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Kältemittelstrahler ausgeblasen wird, wirkungsvoll verringert werden, und die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers kann wirkungsvoll verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am besten auf der folgenden Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen und den begleitenden Zeichnungen verstanden, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelströmungsdurchgang eines Wärmepumperkreislaufs in einem Heizbetrieb einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelströmungsdurchgang des Wärmepumpenkreislaufs in einem Kühlbetrieb der Fahrzeugklimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3A eine Vorderansicht ist, die einen Kältemittelstrahler gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3B eine Seitenansicht ist, die den Kältemittelstrahler gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ein schematisches Diagramm ist, das einen Anordnungszustand des Kältemittelstrahlers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ein Diagramm ist, das Versuchsergebnisse der Temperaturverteilung in dem Kältemittelstrahler gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6A eine Vorderansicht ist, die eine Modifikation des Kältemittelstrahlers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6B eine Seitenansicht ist, die die Modifikation des in 6A gezeigten Kältemittelstrahlers zeigt;
7A eine Vorderansicht ist, die einen Kältemittelstrahler gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7B eine Seitenansicht ist, die den Kältemittelstrahler gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
8A eine Vorderansicht ist, die einen Kältemittelstrahler gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
8B eine Seitenansicht ist, die den Kältemittelstrahler gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann einem Teil, der einem in einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Gegenstand entspricht, die gleiche Bezugsnummer zugewiesen werden und die redundante Erklärung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn in einer Ausführungsform nur ein Teil eines Aufbaus beschrieben wird, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, auch wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, auch wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt es liegt kein Nachteil in der Kombination.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf 1 bis 6B beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Fahrzeugklimaanlage 1 einen Wärmepumpenkreislauf 10 (z. B. Dampfkompressionskältemittelkreislauf) mit einem Kältemittelstrahler 12 der Erfindung. Die Fahrzeugklimaanlage 1 kann nicht nur für ein normales Fahrzeug, in dem die Antriebskraft von einem Verbrennungsmotor erhalten wird, sondern auch für vielfältige Fahrzeuge, wie etwa ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug und so weiter, verwendet werden.
Der Wärmepumpenkreislauf 10 der Fahrzeugklimaanlage 1 wird zum Heizen oder Kühlen von Luft verwendet, die in einen Innenraum eines Fahrzeugraums, der ein zu klimatisierender Raum ist, geblasen wird. Der Wärmepumpenkreislauf 10 kann durch Umschalten eines Kältemittelströmungsdurchgangs einen Heizbetrieb und einen Kühlbetrieb durchführen. In dem Heizbetrieb wird der Innenraum des Fahrzeugraums durch Heizen der geblasenen Luft, die ein Fluid ist, das mit Kältemittel Wärme austauschen soll, geheizt. Im Kühlbetrieb wird der Innenraum des Fahrzeugraums durch Kühlen der geblasenen Luft gekühlt.
Durchgezogene Pfeile in 1 zeigen eine Kältemittelströmung in dem Heizbetrieb, und durchgezogene Pfeile in 2 zeigen eine Kältemittelströmung in dem Kühlbetrieb.
Kältemittel auf Hydrofluorkarbonat-(HFC-)Basis (z. B. R134a) wird in der vorliegenden Ausführungsform als Kältemittel für den Wärmepumpenkreislauf 10 verwendet. Folglich ist der Wärmepumpenkreislauf 10 ein unterkritischer Kältemittelkreislauf, in dem ein Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite des Kreislaufs 10 vor dem Komprimieren niedriger als ein überkritischer Druck des Kältemittels ist. Hier kann Kältemittel, das im Allgemeinen für einen unterkritischen Kältemittelkreislauf verwendet wird, wie etwa Kältemittel auf Hydrofluoroolefin-(HFO-)Basis (z. B. R1234yf) als das Kältemittel des Wärmepumpenkreislaufs 10 verwendet werden. Außerdem wird Kältemittel mit Kältemaschinenöl zum Schmieren eines Kompressors 11 vermischt, und eine gewisse Menge des Öls zirkuliert in dem Kreislauf 10 mit dem Kältemittel.
Der Kompressor 11 ist in einem Motorraum angeordnet, um Kältemittel anzusaugen und zu komprimieren und dann das komprimierte Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 auszustoßen. Der Kompressor 11 ist ein elektrischer Kompressor, in dem ein Kompressor 11a mit fester Verdrängung von einem Elektromotor 1lb angetrieben wird. Der Kompressor 11a mit fester Verdrängung ist aufgebaut, um eine feste Menge an Kältemittel auszustoßen. Als der Kompressor 11a mit fester Verdrängung können verschiedene Kompressionsmechanismen, zum Beispiel ein Spiralkompressor, ein Drehschieberkompressor und so weiter, verwendet werden.
Ein Betrieb (Drehzahl) des Elektromotors 11b wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von einer später beschriebenen Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird. Ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor kann als der Elektromotor 11b verwendet werden. Eine Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 wird durch die Drehsteuerung geändert. Folglich wird in der vorliegenden Ausführungsform der Elektromotor 11b als ein Beispiel für einen Ausstoßkapazitätsänderungsabschnitt des Kompressors 11 verwendet.
Ein Auslass des Kompressors 11 ist mit einer Kältemitteleinlassseite des Kältemittelstrahlers 12 verbunden. Der Kältemittelstrahler 12 ist ein Heizwärmetauscher, der sich in einem Gehäuse 31 einer Klimatisierungseinheit 30 der Fahrzeugklimaanlage 1 befindet. In dem Kältemittelstrahler 12 wird der Wärmeaustausch zwischen Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, und Luft, die einen später beschriebenen Kältemittelverdampfer 20 durchlaufen hat, durchgeführt.
Eine Kältemittelauslassseite des Kältemittelstrahlers 12 ist mit einer festen Drossel 13 verbunden, die als ein Beispiel für einen Dekompressionsabschnitt in dem Heizbetreib verwendet wird. Die feste Drossel 13 dekomprimiert und expandiert von dem Kältemittelstrahler 12 ausgestoßenes Kältemittel in dem Heizbetrieb. Als die feste Drossel 13 kann eine Mündung, ein Kapillarrohr oder ähnliches verwendet werden. Eine Auslassseite der festen Drossel 13 ist mit einer Kältemitteleinlassseite eines Außenwärmetauschers 16 verbunden.
Überdies ist die Kältemittelauslassseite des Kältemittelstrahlers 12 mit einem Umleitungsdurchgang 14 verbunden, der das von dem Kältemittelstrahler 12 ausgestoßene Kältemittel unter Umgehung der festen Drossel 13 in den Außenwärmetauscher 16 einleitet. In dem Umleitungsdurchgang 14 ist ein Öffnungs-/Schließventil 15a bereitgestellt. Das Öffnungs-/Schließventil 15a ist ein elektromagnetisches Ventil, in dem Öffnungs- und Schließarbeitsgänge des Öffnungs-/Schließventils 15a durch eine von der Klimatisierungssteuerung ausgegebene Steuerspannung gesteuert werden.
Der Druckverlust ist viel kleiner, wenn Kältemittel das Öffnungs-/Schließventil 15a durchläuft, als wenn das Kältemittel die feste Drossel 13 durchläuft. Wenn folglich das Offnungs-/Schließventil 15a offen ist, strömt aus dem Kältemittelstrahler 12 strömendes Kältemittel durch den Umleitungsdurchgang 14 in den Außenwärmetauscher 16. Wenn das Öffnungs-/Schließventil 15a geschlossen ist, strömt das Kältemittel durch die feste Drossel 13 in den Außenwärmetauscher 16.
Folglich kann das Öffnungs-/Schließventil 15a angepasst werden, um einen Kältemitteldurchgang des Wärmepumpenkreislaufs 10 umzuschalten. Folglich wird das Öffnungs-/Schließventil 15a der vorliegenden Ausführungsform als ein Beispiel für einen Kältemitteldurchgang-Umschaltabschnitt verwendet. Als der Kältemitteldurchgang-Umschaltabschnitt kann ein elektrisches Dreiwegeventil verwendet werden. Das Dreiwegeventil schaltet zwischen einem Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Kältemittelstrahlers 12 zu einer Einlassseite der festen Drossel 13 auf einen Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Kältemittelstrahlers 12 zu einer Einlassseite des Umleitungsdurchgangs 14 um.
An dem Außenwärmetauscher 16 wird der Wärmetausch zwischen Niederdruckkältemittel, das in dem Außenwärmetauscher 16 strömt, und Außenluft, die von einem Gebläse 17 geblasen wird, durchgeführt. Der Außenwärmetauscher 16 ist in dem Motorraum angeordnet, um in dem Heizbetrieb als ein Verdampfer zu wirken, der eine Wärmeaufnahmewirkung ausübt, indem er Niederdruckkältemittel verdampft, und in einem Kühlbetrieb als ein Strahler zu wirken, der Wärme aus Hachdruckkältemittel abstrahlt.
Das Gebläse 17 ist ein elektrisches Gebläse, in dem eine Betriebsgeschwindigkeit, d. h. eine Drehzahl (Luftblasmenge) durch eine von der Klimatisierungssteuerung ausgegebene Steuerspannung gesteuert wird. Eine Auslassseite des Außenwärmetauschers 16 ist mit einem elektrischen Dreiwegeventil 15b verbunden. Ein Betrieb des Dreiwegeventils 15b wird von einer von der Klimatisierungssteuerung ausgegebenen Steuerspannung gesteuert. Das Dreiwegeventil 15b wird neben dem vorstehend beschriebenen Öffnungs-/Schließventil 15a als ein Beispiel für den Kältemitteldurchgang-Umschaltabschnitt verwendet.
Insbesondere wird das Dreiwegeventil 15b in dem Heizbetrieb auf einen Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Außenwärmetauschers 16 auf eine Einlassseite eines Akkumulators 18 geschaltet. in dem Kühlbetrieb wird das Dreiwegeventil 15b auf einen Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Außenwärmetauschers 16 zu einer Einlassseite einer festen Drossel 19 geschaltet.
Die feste Drossel 19 wird als ein Beispiel für einen Dekompressionsabschnitt in dem Kühlbetrieb verwendet. Die feste Drossel 19 dekomprimiert und expandiert in dem Kühlbetrieb Kältemittel, das aus dem Außenwärmetauscher 16 strömt. Eine Grundstruktur der festen Drossel 19 ist ähnlich der festen Drossel 13. Eine Auslassseite der festen Drossel 19 ist mit einer Kältemitteleinlassseite des Kältemittelverdampfers 20, der als ein Innenverdampfer verwendet wird, verbunden.
Der Kältemittelverdampfer 20 ist strömungsaufwärtig von dem Kältemittelstrahler 12 in dem Gehäuse 31 der Klimatisierungseinheit 30 angeordnet. Der Kältemittelverdampfer 20 ist ein Kühlwärmetauscher, der Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, durch den Wärmeaustausch mit Kältemittel, das in dem Kältemittelverdampfer 20 strömt, kühlt. Eine Kältemittelauslassseite des Kältemittelverdampfers 20 ist mit der Einlassseite des Akkumulators 18 verbunden.
Der Akkumulator 18 ist ein Gas-Flüssigkeitsabscheider zum Abscheiden des Kältemittels auf einer Niederdruckseite des Wärmepumpenkreislaufs 10, nachdem es komprimiert wurde. Der Akkumulator 18 scheidet Kältemittel, das in den Akkumulator 18 strömt, in Gas und Flüssigkeit ab und lagert überschüssiges Kältemittel des Kreislaufs 10 darin. Eine Auslassseite des Akkumulators 18, aus der gasförmiges Kältemittel ausgelassen wird, ist mit einer Ansaugseite des Kompressors 11 verbunden. Daher kann der Akkumulator 18 verwendet werden, um zu verhindern, dass der Kompressor 11 das flüssige Kältemittel komprimiert, indem er den Zustrom von flüssigem Kältemittel in den Kompressor 11 begrenzt.
Eine detaillierte Struktur des Kältemittelstrahlers 12 wird unter Bezug auf 3A und 3B beschrieben. In 3B sind Darstellungen eines Einlassanschlusses 122a und eines Auslassanschlusses 123a der Vereinfachung halber weggelassen. 3A zeigt einen Zustand an, in dem der Kältemittelstrahler 12 in dem Gehäuse 31 der Klimatisierungseinheit 30 angeordnet ist. In dem Zustand von 3A entspricht eine Längsrichtung der Rohre 121 der in 3A gezeigten Oben-Untenrichtung.
Wie in 3A und 3B gezeigt, umfasst der Kältemittelstrahler 12 Rohre 121 und ein Paar von Sammelrohrbehältern 122, 123. Von dem Kompressor 11 ausgestoßenes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel strömt durch die Rohre 121. Die Sammelrohrbehälter 122, 123 sind jeweils auf beiden Endseiten der Rohre 121 in einer Längsrichtung der Rohre 121 angeordnet, um Kältemittel an die Rohre 121 zu verteilen und Kältemittel von den Rohren 121 zu aufzunehmen. Der Kältemittelstrahler 12 ist ein Einmaldurchlaufwärmetauscher mit Behältern und Rohren, wobei Kältemittel in allen Rohren 121 in die gleiche Richtung strömt.
Jedes der Rohre 121 ist aus Metall mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit (z. B. Legierung auf Aluminiumbasis) gefertigt und hat in einem Querschnitt senkrecht zu der Strömungsrichtung von Kältemittel in dem Rohr 121 eine flache Form. Außerdem ist eine flache Oberfläche eines Außenumfangs des Rohrs 121 parallel zu einer Strömungsrichtung A von Luft, die den Kältemittelstrahler 12 durchläuft. Als das Rohr 121 kann beliebig ein Flachrohr mit mehreren Strömungsdurchgängen darin und ein Flachrohr mit einem einzigen Strömungsdurchgang verwendet werden.
Außerdem sind die Rohre 121 in einer Stapelrichtung (z. B. einer Horizontalrichtung in 3A) gestapelt und angeordnet, so dass die flachen Oberflächen der Rohre 121 parallel zueinander sind. Zwischen benachbarten zwei der Rohre 121 ist ein Luftdurchgang bereitgestellt, durch den Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, strömt. Eine Lamelle 124 ist ebenfalls zwischen benachbarten zwei der Rohre 121 angeordnet, um den Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, zu fördern.
Die Lamelle 124 ist eine gewellte Lamelle, die erhalten wird, indem eine dünne Platte, die aus dem gleichen Material wie die Rohre 121 gefertigt ist, in einer wellenartigen Weise gebogen wird. Oberseiten der Welle der Lamelle 124 sind an die flachen Oberflächen der benachbarten Rohre 121 hartgelötet und mit diesen verbunden, In 3A ist der Vereinfachung halber nur ein Teil der Lamelle 124 dargestellt, aber die Lamelle 124 ist fast über einen gesamten Bereich zwischen benachbarten zwei der Rohre 121 angeordnet.
Die Sammelrohrbehälter 122 und 123 sind hohle Elemente und erstrecken sich in der Stapelrichtung der Rohre 121. In der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Zustand, in dem der Kältemittelstrahler 12 in dem Gehäuse 31 der Klimatisierungseinheit 30 angeordnet ist, der untere Sammelrohrbehälter 122 für die Verteilung von Kältemittel verwendet, und der obere Sammelrohrbehälter 123 wird für das Sammeln von Kältemittel verwendet.
Die beiden Sammelrohrbehälter 122 und 123 Trennbehälter, in denen ein Inneres des Behälters abgeteilt ist, und sind aus dem gleichen Material wie die Rohre 121 gefertigt. Jeder Sammelrohrbehälter 122, 123 umfasst ein Plattenelement und ein Behälterelement, die miteinander verbunden sind, so dass er hohl ist. Endteile der Rohre 121 in ihrer Längsrichtung sind an das Plattenelement hartgelötet und damit verbunden, und das Behälterelement ist mit dem Plattenelement verbunden. Die Sammelrohrbehälter 122 und 123 können unter Verwendung eines einzigen rohrförmigen Elements oder ähnlichem ausgebildet werden.
Eine Seite des unteren Sammelrohrbehälters 122, der für die Verteilung von Kältemittel in seiner Ausdrehungsrichtung verwendet wird, hat den Einlassanschluss 122a. Der Einlassanschluss 122a umfasst einen Kältemitteleinlass, der Kältemittel in den Sammelrohrbehälter 122 einleitet, und wirkt als ein Verbindungsteil zwischen dem Sammelrohrbehälter 122 und der Auslassseite des Kompressors 11. Die andere Seite des Sammelrohrbehälters 122 in seiner Ausdehnungsrichtung ist durch einen Behälterdeckel 122b verschlossen, der als ein Verschlusselement verwendet wird.
Eine Seite des oberen Sammelrohrbehälters 123, der zum Sammeln von Kältemittel verwendet wird, hat in seiner in Ausdehnungsrichtung den Auslassanschluss 123a. Der Auslassanschluss 123a umfasst einen Kältemittelauslass, aus dem Kältemittel in dem Sammelrohrbehälter 123 ausgelassen wird. Der Auslassanschluss 123a wirkt als ein Verbindungsteil zwischen dem Sammelrohrbehälter 123 und der Einlassseite der festen Drossel 13 und zwischen dem Sammelrohrbehälter 123 und der Einlassseite des Umleitungsdurchgangs 14. Die andere Seite des Sammelrohrbehälters 123 in seiner Ausdehnungsrichtung ist durch einen Behälterdeckel 123b verschlossen, der als ein Verschlusselement verwendet wird.
Wie durch fette Pfeile in 3A gezeigt, strömt daher von dem Kompressor 11 ausgestoßenes Kältemittel in dem Kältemittelstrahler 12 durch den Einlassanschluss 122a in den Sammelrohrbehälter 122 und wird dann von dem Sammelrohrbehälter 122 an die Rohre 121 verteilt. Anschließend tauscht Kältemittel, das durch die Rohre 121 strömt, zur Zeit des Durchlaufens der Rohre 121 Wärme mit Luft aus, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, und strömt dann aus den Rohren 121. Aus den Rohren 121 strömendes Kältemittel wird in dem Sammelrohrbehälter 123 gesammelt und strömt dann durch den Auslassanschluss 123a aus dem Sammelrohrbehälter 123.
Der Wärmepumpenkreislauf 10 der vorliegenden Ausführungsform ist der unterkritische Kältemittelkreislauf, wie vorstehend beschrieben. Folglich ändert sich die Phase des Kältemittels, das durch die Rohre 121 strömt, mit dem Wärmeaustausch mit Luft in dieser Reihenfolge von überhitztem gasphasigen Kältemittel → gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel → unterkühltes flüssigphasiges Kältemittel. Daher strahlt Kältemittel in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform wenigstens, bis das überhitzte gasphasige Kältemittel zu gasförmig-flüssigem Zweiphasenkältemittel wird, Wärme an Luft ab.
Wie in 3B gezeigt, ist die Längsrichtung der Rohre 121 des Kältemittelstrahlers 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf die Horizontalrichtung geneigt. Das heißt, die Längsrichtung der Rohre 121 hat wenigstens eine Vektorkomponente in der vertikalen (Oben-Unten-)Richtung. Mit anderen Worten ist die Strömungsrichtung von in den Rohren 121 strömendem Kältemittel gegen die Horizontalrichtung geneigt und hat einen Winkel in Bezug auf die Horizontalrichtung.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Neigungswinkel θ (–90° ≤ θ ≤ 90°), wie in 3B gezeigt, als ein Winkel zwischen einer Linie, die sich in der Kältemittelströmungsrichtung von einer strömungsaufwärtigen Seite (z. B. dem unteren Sammelrohrbehälter 122) zu einer strömungsabwärtigen Seite (z. B. dem oberen Sammelrohrbehälter 1233) des Kältemittelstrahlers 12 erstreckt, und einer Linie, die sich von der strömungsaufwärtigen Seite des Kältemittelstrahlers 12 entlang der Horizontalrichtung erstreckt, definiert.
Der Neigungswinkel θ ändert sich entsprechend der Änderung der Strömungsrichtung von in den Rohren 121 strömendem Kältemittel von 0 bis 90° von der horizontalen zur vertikalen Richtung. Wenn zum Beispiel die Strömungsrichtung von in den Rohren 121 strömendem Kältemittel parallel zu der Horizontalrichtung ist, ist der Neigungswinkel θ 0°. Wenn die Kältemittelströmungsrichtung in der Vertikalrichtung aufwärts gerichtet ist, ist der Neigungswinkel θ 90°. Wenn die Kältemittelströmungsrichtung außerdem in der Vertikalrichtung nach unten gerichtet ist, ist der Neigungswinkel θ –90°.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kältemittelstrahler 12 derart angeordnet, dass er in einem Fall, in dem der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 0° bis 90° liegt, die nachstehend beschriebene Formel F1 erfüllt. Hier ist X ein Kältemitteltrockenheitsgrad an einer vorgegebenen Position der Rohre 121, an der das in den Rohren 121 strömende Kältemittel in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand ist, und Re ist eine Reynolds-Zahl, die aus einer durchschnittlichen Geschwindigkeit (Einheit: m/s) von in den Rohren 121 strömendem Kältemittel erhalten wird. Re ≥ A × X⁶ + B × X⁵ + C × X⁴ + D × X³ + E × X² + F × X + G (F1) A = –0,0537 × θ² + 9,7222 × θ + 407,19 B = –(-0,2093 × θ² + 37,88 × θ + 1586,3) C = –0,3348 × θ² + 60,592 × θ + 2538,1 D = –(–0,2848 × θ² + 51,53 × θ + 2158,2 E = –0,1402 × θ² + 25,365 × θ + 1062,8 F = –(–0,0418 × θ² + 7,5557 × θ + 316,46 G = –0,0132 × θ² + 2,3807 × θ + 99,73
Jede Position der Rohre 121, wo Kältemittel in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand ist, kann beliebig als die vorgegebene Position der Rohre 121 verwendet werden. Zum Beispiel kann die vorgegebene Position eine strömungsabwärtige Position der Rohre 121 in der Kältemittelströmungsrichtung sein. Die vorgegebene Position kann eine Position der Rohre 121 sein, die näher an dem Sammelrohrbehälter 123, der für das Sammeln von Kältemittel verwendet wird, als an dem Sammelrohrbehälter 122, der für die Verteilung des Kältemittels verwendet wird, ist.
Die Klimatisierungseinheit 30 wird unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Die Klimatisierungseinheit 30 ist im Inneren einer Instrumententafel (eines Armaturenbretts) angeordnet, die sich an einem vorderen Ende des Fahrzeugraums befindet, und umfasst das Gehäuse 31, das eine Außenschale bildet. In dem Gehäuse 31 sind ein Gebläse 32, der Kältemittelstrahler 12, der Kältemittelverdampfer 20 und ähnliches angeordnet.
Das Gehäuse 31 definiert einen Luftdurchgang, durch den Luft in den Fahrzeugraum strömt. Das Gehäuse 31 ist aus einem Harz (z. B. Polypropylen) mit einer passenden Elastizität und überlegender Festigkeit gefertigt.
Das Gebläse 32 ist ein elektrisches Gebläse, das zwei Mehrflugel-Zentrifugalventilatoren (z. B. Sirocco-Ventilatoren) 32a und 32b unter Verwendung eines einzigen Elektromotors antreibt und dreht. Die Zentrifugalventilatoren 32a und 32b sind jeweils in zwei verschiedenen Spiralgehäusen enthalten. Eine Drehachse des Elektromotors erstreckt sich fast in die Vertikalrichtung, und der erste Zentrifugalventilator 32a ist unter dem zweiten Zentrifugalventilator 32b angeordnet. Eine Drehzahl (Luftblasmenge) des Gebläses 32 wird durch eine von der Klimatisierungssteuerung ausgegebene Steuerspannung gesteuert.
Das obere Spiralgehäuse, das den zweiten Zentrifugalventilator 32b enthält, hat einen zweiten Lufteinlass 32d. Eine Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 ist strömungsaufwärtig von dem zweiten Lufteinlass 32d angeordnet. Die Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 leitet wahlweise Luft (Innenluft) im Inneren des Fahrzeugraums und/oder Luft (Außenluft) außerhalb des Fahrzeugraums in den zweiten Lufteinlass 32d ein. Die Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 hat einen Innenlufteinlass und einen Außenlufteinlass, die jeweils Innenluft und Außenluft in das Gehäuse 31 einleiten.
Innerhalb der Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 ist eine Innen-/Außenluftumschaltklappe 33a angeordnet, um Öffnungsflächen des Innenlufteinlasses und Außenlufteinlasses kontinuierlich festzulegen, wodurch ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge von Innenluft und einer Strömungsmenge von Außenluft geändert wird. Die Innen-/Außenluftumschaltklappe 33a wird von einem (nicht gezeigten) Servomotor betätigt, und ein Betrieb des Servomotors wird durch ein von der Klimatisierungssteuerung ausgegebenes Steuersignal gesteuert.
Das untere Spiralgehäuse, das den ersten Zentrifugalventilator 32a enthält, hat einen ersten Lufteinlass 32c, der zu dem Fahrzeugraum offen ist. Folglich leitet der erste Lufteinlass 32c nur Innenluft in das Gehäuse 31 ein.
Der Kältemittelverdampfer 20 ist in der Luftsträmungsrichtung A strömungsabwärtig von dem Gebläse 32 angeordnet, und der Kältemittelstrahler 12 ist in der Luftsträmungsrichtung A strömungsabwärtig von dem Kältemittelverdampfer 20 angeordnet. Mit anderen Worten ist der Kältemittelverdampfer 20 in der Luftsträmungsrichtung A strömungsaufwärtig von dem Kältemittelstrahler 12 angeordnet.
Der Luftdurchgang des Gehäuses 31 umfasst einen Kanal 31a zwischen einer strömungsabwärtigen Seite des Gebläses 32 und einer strömungsaufwärtigen Seite des Kältemittelverdampfers 20. Der Kanal 31a ist unterteilt, um Luft, die von dem zweiten Zentrifugalventilator 32b geblasen wird, zu einem oberen Teil des Kältemittelverdampfers 20 und Luft, die von dem ersten Zentrifugalventilator 32a geblasen wird, zu einem unteren Teil des Kältemittelverdampfers 20 zu leiten.
Überdies umfass der Luftdurchgang des Gehäuses 31 eine Trennplatte 31b zwischen einer strämungsabwärtigen Seite des Kältemittelverdampfers 20 und einer strömungsaufwärtigen Seite des Kältemittelstrahlers 12. Die Trennplatte 31b leitet von dem oberen Teil des Kältemittelverdampfers 20 geblasene Luft zu einem oberen Teil des Kältemittelstrahlers 12 und leitet von dem unteren Teil des Kältemittelverdampfers 12 geblasene Luft zu einem unteren Teil des Kältemittelstrahlers 12.
Daher wird in der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform Luft, die von der Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 eingeleitet wird, geleitet und strömt durch den zweiten Zentrifugalventilator 32b in den oberen Teil des Kältemittelstrahlers 12, und von dem ersten Lufteinlass 32c eingeleitete Luft strömt durch den ersten Zentrifugalventilator 32a in den unteren Teil des Kältemittelstrahlers 12.
Wie vorstehend beschrieben, strömt Kältemittel von einer Unterseite in den Rohren 121 des Kältemittelstrahlers 12 der vorliegenden Ausführungsform nach oben. Somit tauscht von dem ersten Lufteinlass 32c eingeleitete Luft in einem ersten Wärmeaustauschbereich 12a (siehe 3A), der die Kältemitteleinlassseiten der Rohre 121 umfasst, Wärme mit Kältemittel aus, und von der Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 eingeleitete Luft tauscht in einem zweiten Wärmeaustauschbereich 12b (siehe 3A), der die Kältemittelauslassseiten der Rohre 121 umfasst, Wärme mit Kältemittel aus.
Die Phase von Kältemittel, das durch die Rohre 121 strömt, ändert sich in der Reihenfolge des überhitzten gasphasigen Kältemittels → gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels → unterkühlten flüssigphasigen Kältemittels. Folglich strömt in der Nähe der Einlassseiten der Rohre 121 Kältemittel mit relativ hoher Temperatur, und in der Nähe der Auslassseiten der Rohre 121 strömt Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur.
Wenn angenommen wird, dass eine Temperatur des gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels, das in den Rohren 121 strömt, eine Standardtemperatur T1 ist, kann der erste Wärmeaustauschbereich 12a als ein Wärmeaustauschbereich der Rohre 121 betrachtet werden, wo Kältemittel eine Temperatur größer oder gleich der Standardtemperatur T1 hat. Außerdem kann der zweite Wärmeaustauschbereich 12b als ein Wärmeaustauschbereich der Rohre 121 betrachtet werden, wo Kältemittel eine niedrigere Temperatur als die Standardtemperatur T1 hat.
Mit anderen Worten ist die Trennplatte 31 der vorliegenden Ausführungsform derart angeordnet, dass der erste Wärmeaustauschbereich 12a der Wärmeaustauschbereich ist, wo Kältemittel eine Temperatur größer oder gleich der Standardtemperatur T1 hat, und so dass der zweite Wärmeaustauschbereich 12b der Wärmeaustauschbereich ist, wo das Kältemittel eine niedrigere Temperatur als die Standardtemperatur T1 hat. Daher ist der erste Wärmeaustauschbereich 12a unter der Trennplatte 31b angeordnet, und der zweite Austauschbereich 12b ist über der Trennplatte 32a angeordnet.
Wenn die Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 Außenluft in das Gehäuse 31 einleitet, unterscheidet sich eine Temperatur von Luft (zweite Luft), die von dem zweiten Zentrifugalventilator 32b geblasen wird, von einer Temperatur von Luft (erste Luft), die von dem ersten Zentrifugalventilator 32a geblasen wird.
Wenn der Heizbetrieb, in dem der Innenraum des Fahrzeugraums geheizt wird, unter einer Bedingung durchgeführt wird, in der eine Außenlufttemperatur niedrig ist, ist die Außenlufttemperatur im Allgemeinen niedriger als eine Innenlufttemperatur. Wenn folglich die Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 Außenluft in das Gehäuse 31 einleitet, kann die Temperatur der von dem ersten Zentrifugalventilator 32a geblasenen ersten Luft höher als die Temperatur der von dem zweiten Zentrifugalventilator 32b geblasenen zweiten Luft werden.
Die Klimatisierungseinheit 30 umfasst einen Umleitungsdurchgang 35 über dem Kältemittelstrahler 12 im Inneren des Gehäuses 31. Der Umleitungsdurchgang 35 bewirkt, dass Luft, die den Kältemittelverdampfer 20 durchlaufen hat, den Kältemittelstrahler 12 umgeht. In dem Umleitungsdurchgang 35 ist eine Luftmischklappe 34 angeordnet, um ein Verhältnis zwischen einer Menge an Luft, die durch den Kältemittelstrahler 12 strömt, und einer Menge an Luft, die durch den Umleitungsdurchgang 35 strömt, einzustellen.
Ein Zusammenflussraum 36 (Luftmischraum) ist strömungsabwärtig von dem Kältemittelstrahler 12 und dem Umleitungsdurchgang 35 bereitgestellt, wo Luft, die durch den Wärmeaustausch mit Kältemittel an dem Kältemittelstrahler 12 geheizt wurde, und nicht geheizte Luft, die den Umleitungsdurchgang 35 durchlaufen hat, miteinander vermischt werden. Die Luft, die den Umleitungsdurchgang 35 durchlaufen hat, strömt in einen oberen Bereich des Zusammenflussraums 36, und die Luft, die den Kältemittelstrahler 12 durchlaufen hat, strömt in einen unteren Bereich des Zusammenflussraums 36. Folglich nimmt eine Lufttemperatur in dem Zusammenflussraum 36 von oben nach unten zu.
Die strömungsabwärtigste Seite des Gehäuses 31 hat Öffnungen, aus denen in dem Zusammenflussraum 36 vermischte klimatisierte Luft zu dem Innenraum des Fahrzeugraums ausgeblasen wird. Hier ist der Innenraum des Fahrzeugraums ein Beispiel für den Raum, der klimatisiert werden soll. Die Öffnungen umfassen eine Entfrosteröffnung 37a, aus der klimatisierte Luft in Richtung einer Innenoberfläche einer Fahrzeugwindschutzscheibe geblasen wird, eine Gesichtsöffnung 37b, aus der klimatisierte Luft in Richtung eines Oberteils eines Fahrgasts in dem Fahrzeugraum geblasen wird, und eine Fußöffnung 37c, aus der klimatisierte Luft in Richtung eines Fußbereichs des Fahrgasts geblasen wird.
Die Luftmischklappe 34 stellt das Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge von Luft, die den Umleitungsdurchgang 35 durchläuft, und einer Strömungsmenge von Luft, die den Kältemittelstrahler 12 durchläuft, ein, so dass die Luftmischklappe 34 die Temperaturverteilung von Luft in dem Zusammenflussraum 36 einstellt. Die Luftmischklappe 34 wird von einem Servomotor betätigt, wobei ein Betrieb des Servomotors durch ein Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Eine Entfrosterklappe 38a, eine Gesichtsklappe 38b und eine Fußklappe 38c sind jeweils auf strömungsaufwärtigen Seiten der Entfrosteröffnung 37a, der Gesichtsöffnung 37b und der Fußöffnung 37c in der Strömungsrichtung angeordnet, wodurch Öffnungsflächen der entsprechenden Öffnungen 37a, 37b, 37c reguliert werden.
Die Entfrosterklappe 38a, die Gesichtsklappe 38b und die Fußklappe 38c werden als Beispiele für einen Öffnungsbetriebsart-Umschaltabschnitt verwendet, der eine Öffnungsbetriebsart umschaltet. Diese Klappen 38a, 38b, 38c werden von einem (nicht gezeigten) Servomotor über einen Verbindungsmechanismus oder ähnliches betätigt. Ein Betrieb des Servomotors wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Strömungsabwärtige Seiten der Entfrosteröffnung 37a, der Gesichtsöffnung 37b und der Fußöffnung 37c in der Luftströmungsrichtung stehen jeweils durch Kanäle, die Luftdurchgänge darin definieren, mit einem Entfrosterauslass, einem Gesichtsauslass und einem Fußauslass, die in dem Fahrzeugraum bereitgestellt sind, in Verbindung. Zum Beispiel steht die Gesichtsöffnung 37b mit vorderen Gesichtsauslässen P1 und mit seitlichen Gesichtsauslässen P2 in Verbindung. Wie in 4 gezeigt, sind die vorderen Gesichtsauslässe P1 in einem Mittelteil des vorderen Endes des Fahrzeugraums in einer Links-Rechts-Richtung der Instrumententafel P bereitgestellt, und die seitlichen Gesichtsauslässe P2 sind an beiden Endteilen des vorderen Endes des Fahrzeugraums in der Recht-Links-Richtung bereitgestellt.
Wie in 4 gezeigt, sind die vorderen Gesichtsauslässe P1 und die seitlichen Gesichtsauslässe P2 für einen Fahrer und einen Beifahrer an mehreren Positionen bereitgestellt. Daher wird in dem Heizbetrieb zum Beispiel Luft, die an einem fahrerseitigen Wärmeaustauschbereich des Kältemittelstrahlers 12 geheizt wird, hauptsächlich in Richtung des Fahrers geblasen, und Luft, die an einem beifahrerseitigen Wärmeaustauschbereich des Kältemittelstrahlers 12 geheizt wird, wird hauptsächlich in Richtung des Beifahrers geblasen.
Ein elektrischer Steuerteil der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Die Klimatisierungssteuerung umfasst einen bekannten Mikrocomputer und seine Peripherieschaltung. Der Mikrocomputer umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Direktzugriffspeicher (RAM). Die Klimatisierungssteuerung führt basierend auf einem in dem ROM gespeicherten Klimatisierungssteuerungsprogramm eine Vielfalt an Berechnungen und Verarbeitungen durch und steuert die Betriebe der verschiedenen Klimatisierungssteuerungskomponenten 11, 15a, 15b, 17, 32 und ähnlicher, die mit einer Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden sind.
Eine Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung ist mit einer Sensorgruppe verbunden, die zum Steuern der Klimatisierung verwendet wird. Die Sensorgruppe umfasst einen Innenluftsensor, einen Außenluftsensor, einen Solarsensor, einen Verdampfertemperatursensor, einen Temperatursensor für ausgestoßenes Kältemittel, und einen Auslasskältemitteltemperatursensor. Der Innenluftsensor erfasst eine Temperatur (Innenlufttemperatur) in dem Fahrzeugraum, und der Außenluftsensor erfasst eine Außenlufttemperatur. Der Solarsensor erfasst eine Sonnenstrahlungsmenge, die in den Fahrzeugraum eintritt, und der Verdampfertemperatursensor erfasst eine Temperatur (Verdampfertemperatur) von Luft unmittelbar nach dem Strömen aus dem Kältemittelverdampfer 20. Der Temperatursensor für ausgestoßenes Kältemittel erfasst eine Temperatur von Kältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, und der Auslasskältemitteltemperatursensor erfasst eine Temperatur von Kältemittel, das auf der Auslassseite des Außenwärmetauscher 16 strömt.
Außerdem ist die Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung mit einem (nicht gezeigten) Bedienfeld verbunden, das nahe der Instrumententafel angeordnet ist, die sich an dem vorderen Ende des Fahrzeugraums befindet. Bediensignale, die von verschiedenen Klimatisierungsbedienschaltern, die an dem Bedienfeld bereitgestellt sind, ausgegeben werden, werden in die Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung eingegeben. Der an dem Bedienfeld bereitgestellte Klimatisierungsbedienschalter umfasst einen Aktivierungsschalter zum Betreiben der Fahrzeugklimaanlage 1, einen Temperaturfestlegungsschalter zum Festlegen einer Temperatur in dem Fahrzeugraum und einen Auswahlschalter zum Auswählen einer Betriebsart.
Die Klimatisierungssteuerung ist derart aufgebaut, dass sie Steuerabschnitte umfasst, die den Elektromotor 11b des Kompressors 11, das Öffnungs-/Schließventil 15b und ähnliche steuern. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Steuerabschnitt (Hardware und Software), die den Betrieb des Kompressors 11 steuert, als ein Kältemittelausstoßkapazitätssteuerabschnitt verwendet. Ein Steuerabschnitt, der Betriebe der Ventile 15a, 15b, die als der Kältemitteldurchgangsumschaltabschnitt verwendet werden, steuert, wird als ein Kältemitteldurchgangssteuerabschnitt verwendet.
Ein Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, ist die Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform fähig, den Heizbetrieb, in dem der Innenraum des Fahrzeugraums geheizt wird, und den Kühlbetrieb, in dem der Innenraum des Fahrzeugraums gekühlt wird, durchzuführen. Die Heiz- und Kühlbetriebe der Fahrzeugklimaanlage 1 werden nachstehend jeweils beschrieben.
(a) Heizbetrieb
Der Heizbetrieb der in 1 gezeigten Fahrzeugklimaanlage 1 beginnt, wenn durch den Auswahlschalter in einem Zustand, in dem der Aktivierungsschalter des Bedienfelds EIN ist, eine Heizbetriebsart ausgewählt wird. In dem Heizbetrieb aktiviert die Klimatisierungssteuerung die Innen-/Außenluftumschaltklappe 33a, so dass von der Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 Außenluft in das Gehäuse 31 eingeleitet wird. In dem Heizbetrieb ist es nicht notwendig, nur Außenluft von der Innen-(Außenluftumschaltuorrichtung 33 einzuleiten. Sowohl Innenluft als auch Außenluft können eingeleitet werden, so dass die eingeleitete Außenluftmenge größer als eine eingeleitete Innenluftmenge ist.
Außerdem schließt die Klimatisierungssteuerung das Öffnungs-/Schließventil 15a des Wärmepumpenkreislaufs 10 und wählt den Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Außenwärmetauschers 16 durch das Dreiwegeventil 15 zu der Einlassseite des Akkumulators 18 aus. Folglich wird der Wärmepumpenkreislauf 10 auf den durch durchgezogene Pfeile gezeigten Kältemitteldurchgang geschaltet.
Wenn in dem Heizbetrieb der in 1 gezeigte Kältemitteldurchgang ausgewählt wird, liest die Klimatisierungssteuerung Erfassungssignale von der vorstehend beschriebenen Sensorgruppe, die verwendet wird, um die Klimatisierung zu steuern, und Bediensignale von dem Bedienfeld ein. Anschießend berechnet die Klimatisierungssteuerung eine Zielauslasslufttemperatur TAO, die eine Zieltemperatur von Luft ist, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, basierend auf den Erfassungssignalen und den Bediensignalen. Überdies bestimmt die Klimatisierungssteuerung einen Betriebszustand jeder Klimatisierungssteuerkomponente 11, 15a, 15b, 17, 32, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden ist, basierend auf der berechneten Zielauslasslufttemperatur TAO und den Erfassungssignalen von der Sensorgruppe.
Zum Beispiel wird eine Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11, d. h. ein Steuersignal, das von der Klimatisierungssteuerung an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben wird, wie folgt bestimmt. Zuerst wird eine Zielverdampferlufttemperatur des Kältemittelverdampfers 20 basierend auf der Zielauslasslufttemperatur TAO unter Verwendung eines Steuerkennfelds, das im Voraus in der Klimatisierungssteuerung gespeichert wird, bestimmt.
Anschließend wird ein Steuersignal, das von der Klimatisierungssteuerung an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben wird, basierend auf einer Abweichung zwischen der Zielverdampferlufttemperatur TEO und einer Temperatur von Luft, die von dem Kältemittelverdampfer 20 geblasen wird, die von dem Verdampfertemperatursensor erfasst wird, bestimmt. Das Steuersignal wird unter Verwendung eines Rückkopplungsregelungsverfahrens bestimmt, so dass die Temperatur von Luft, die von dem Kältemittelverdampfer 20 geblasen wird, sich der Zielverdampfertemperatur TEO nähert.
Ein Steuersignal, das von der Klimatisierungssteuerung an den Servomotor der Luftmischklappe 34 ausgegeben wird, wird derart bestimmt, dass eine Temperatur von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, eine von einem Fahrgast gewünschte Temperatur wird, die durch den Temperaturfestlegungsschalter festgelegt ist. Das in den Servomotor der Luftmischklappe 34 eingegebene Steuersignal wird basierend auf der Zielauslasslufttemperatur TAO, der Temperatur von Luft, die von dem Kältemittelverdampfer 20 geblasen wird, und einer Temperatur von Kältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, die von dem Temperatursensor für ausgestoßenes Kältemittel erfasst wird, bestimmt.
In der Heizbetriebsart kann, wie in 1 gezeigt, ein Öffnungsbereich der Luftmischklappe 34 derart gesteuert werden, dass alle von dem Gebläse 32 geblasene Luft den Kältemittelstrahler 12 durchläuft.
Die Klimatisierungssteuerung gibt die Steuersignale oder ähnliches, die wie vorstehend beschrieben, definiert sind, an jede Klimatisierungssteuerungskomponente 11, 15a, 15b, 17, 32 aus. Bis die Klimatisierungssteuerung einen Stopp des Betriebs der Fahrzeugklimaanlage 1 fordert, wird in jedem vorgegebenen Steuerzyklus eine Steuerroutine durchgeführt. Die Steuerroutine umfasst die vorstehend beschriebenen Verfahren: Einlesen von Erfassungssignalen und Bediensignalen → Berechnung einer Zielauslasslufttemperatur TAO → Bestimmung eines Bedienzustands jeder Klimatisierungssteuerkomponente → Ausgeben einer Steuerspannung und eines Steuersignals. Die Wiederholung der Steuerroutine wird in dem Kühlbetrieb im Grunde ähnlich dem Heizbetrieb durchgeführt.
In dem Heizbetreib strömt aus dem Kompressor 11 ausgestoßenes Hochdruckkältemittel in den Kältemittelstrahler 12 in dem Wärmepumpenkreislauf 10. Kältemittel, das in dem Kältemittelstrahler 12 strömt, strahlt durch den Wärmeaustausch mit der ersten und zweiten Luft, die von dem Gebläse 32 in den Kältemittelstrahler 12 gebissen wird, Wärme an Luft ab. Folglich werden die erste und zweite Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden, geheizt.
Hochdruckkältemittel, das aus dem Kältemittelstrahler 12 strömt, strömt in die feste Drossel 13, um dekomprimiert und expandiert zu werden, weil das Öffnungs-/Schließventil 15 geschlossen ist. Niederdruckkältemittel, das aus der festen Drossel 13 strömt, strömt in den Außenwärmetauscher 16. Niederdruckkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 16 strömt, nimmt Wärme aus Außenluft auf, die von dem Gebläse 17 geblasen wird, um verdampft zu werden.
Aus dem Außenwärmetauscher 16 strömendes Kältemittel strömt in den Akkumulator 18, um in Gas und Flüssigkeit abgeschieden zu werden, weil das Dreiwegeventil 15b in der Heizbetriebsart auf den Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Außenwärmetauschers 16 zu der Einlassseite des Akkumulators 18 geschaltet ist. Gasphasiges Kältemittel, das durch Gas-/Flüssigkeitsabscheidung in dem Akkumulator 18 erhalten wird, strömt in den Kompressor 11, um komprimiert zu werden.
Folglich werden in der Heizbetriebsart die erste und zweite Luft an dem Kältemittelstrahler 12 von der Wärme des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels geheizt. Folglich kann der Innenraum des Fahrzeugraums, welcher der zu klimatisierende Raum ist, geheizt werden.
In diesem Fall sind die Temperatur und Feuchtigkeit der zweiten Luft, die von dem zweiten Zentrifugalventilator 32b geblasen wird, geringer als die der ersten Luft, die von dem ersten Zentrifugalventilator 32a geblasen wird. Folglich hat Luft, die in den oberen Teil des Zusammenflussraums 36 strömt, ebenfalls eine niedrigere Temperatur und Feuchtigkeit als Luft, die in den unteren Teil des Zusammenflussraums 36 strömt.
Folglich wird durch die Entfrosteröffnung 37a Luft mit relativ niedriger Feuchtigkeit in dem oberen Teil des Zusammenflussraums 36 aus dem Entfrosterauslass in Richtung der Innenoberfläche der Fahrzeugwindschutzscheibe geblasen. Folglich kann wirkungsvoll verhindert werden, dass die Fahrzeugwindschutzscheibe vernebelt.
Außerdem steht der Gesichtsauslass in der Vertikalrichtung durch die Gesichtsöffnung 37b mit einem Mittelteil des Zusammenflussraums 36 in Verbindung. Der Fußauslass steht durch die Fußöffnung 37c mit dem unteren Teil des Zusammenflussraums 36 in Verbindung. Daher haben Luft, die aus dem Gesichtsauslass in Richtung eines Oberteils eines Fahrgasts geblasen wird, und Luft, die aus dem Fußauslass in Richtung eines unteren Teils des Fahrgasts geblasen wird, eine höhere Temperatur als Luft, die aus dem Entfrosterauslass geblasen wird. Daher kann das Wärmegefühl des Fahrgasts verbessert werden.
Außerdem ist eine Temperatur von Luft, die aus dem Gesichtsauslass geblasen wird, niedriger als eine Temperatur von Luft, die aus dem Fußauslass geblasen wird. Folglich kann durch den Heizbetrieb eine angenehme Temperaturverteilung in dem Fahrzeugraum erhalten werden, so dass ein Fahrgast in dem Fahrzeugraum einen kühlen Kopf und warme Füße hat.
(b) Kühlbetrieb
Der Kühlbetrieb der in 2 gezeigten Fahrzeugklimaanlage 1 beginnt, wenn durch den Auswahlschalter in einem Zustand, in dem der Aktivierungsschalter des Bedienfelds EIN ist, eine Kühlbetriebsart ausgewählt wird. In dem Kühlbetrieb aktiviert die Klimatisierungssteuerung die Innen-/Außenluftumschaltklappe 33a, so dass von der Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 Innenluft in das Gehäuse 31 eingeleitet wird. In dem Kühlbetrieb kann die Innen-/Außenluftumschaltvorrichtung 33 nur Innenluft in das Gehäuse 31 einleiten, wenn die Zielauslasslufttemperatur TAO in einem hohen oder niedrigen Temperaturbereich bestimmt wird, und kann Innenluft und Außenluft einleiten, so dass die eingeleitete Innenluftmenge größer als eine eingeleitete Außenluftmenge ist, wenn die TAO in einem mittleren Temperaturbereich bestimmt wird.
Außerdem öffnet die Klimatisierungssteuerung das Öffnungs-/Schließventil 15a und wählt den Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Außenwärmetauschers 16 durch das Dreiwegeventil 15 zu der Einlassseite der festen Drossel 19 aus. Folglich wird der Wärmepumpenkreislauf 10 auf den durch durchgezogene Pfeile in 2 gezeigten Kältemitteldurchgang geschaltet.
In der Kühlbetriebsart strömt von dem Kompressor 11 ausgestoßenes Hochdruckkältemittel in den Kältemittelstrahler 12 in dem Wärmepumpenkreislauf. Kältemittel in dem Kältemittelstrahler 12 strahlt durch den Wärmeaustausch mit der ersten und zweiten Luft, die von dem Gebläse 32 in den Kältemittelstrahler 32 geblasen werden, Wärme an Luft ab. Hochdruckkältemittel, das aus dem Kältemittelstrahler 12 strömt, strömt durch den Umleitungsdurchgang 14 in den Außenwärmetauscher 16, weil das Öffnungs-/Schließventil 15 offen ist.
Hochdruck-Kältemittel, das in den Außenwärmetauscher 16 strömt, strahlt Wärme an Außenluft ab, die von dem Gebläse 17 geblasen wird. Kältemittel, das aus dem Außenwärmetauscher 16 strömt, wird an der festen Drossel 19 dekomprimiert und expandiert, weil das Dreiwegeventil 15b auf den Kältemitteldurchgang von der Auslassseite des Innenwärmetauschers 16 zu der Einlassseite der festen Drossel 19 geschaltet ist.
Kältemittel, das aus der festen Drossel 19 strömt, strömt in den Kältemittelverdampfer 20, um Wärme aus Luft aufzunehmen, die von dem Gebläse 32 geblasen wird, und zu verdampfen. Folglich wird das durch den Verdampfer 20 strömende Kältemittel verdampft, und in den Fahrzeugraum geblasene Luft wird gekühlt. Aus dem Verdampfer 20 strömendes Kältemittel strömt in den Akkumulator 18, um in Gas und Flüssigkeit abgeschieden zu werden.
Gasphasiges Kältemittel, das durch Gas-/Flüssigkeitsabscheidung in dem Akkumulator 18 erhalten wird, strömt in den Kompressor 11, um komprimiert zu werden. Somit wird in dem Kühlbetrieb Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, durch Wärmeaufnahme und Verdampfung von Niederdruckkältemittel an dem Kältemittelverdampfer 20 gekühlt. Daher kann der Innenraum des Fahrzeugraums gekühlt werden.
Eine Heiz-/Entfeuchtungsbetriebsart kann in dem Kühlbetrieb festgelegt werden, wenn der Fahrgast unter Verwendung des Temperaturfestlegungsschalters eine Temperatur höher als eine vorliegende Temperatur des Innenraums des Fahrzeugraums festlegt. In diesem Fall wird ein Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 derart eingestellt, dass eine Temperatur von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, höher als die vorliegende Temperatur des Innenraums des Fahrzeugraums wird. Auch in diesem Fall wird Luft, die in den Kältemittelverdampfer 20 strömt, gekühlt, und eine absolute Feuchtigkeit der Luft wird verringert. Daher kann in der Heiz-/Entfeuchtungsbetriebsart der Innenraum des Fahrzeugraums geheizt und entfeuchtet werden.
Daher kann die Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, den Heizbetrieb, den Kühlbetrieb und den Heiz-/Entfeuchtungsbetrieb des Kühlbetriebs durch Umschalten des Kältemitteldurchgangs des Wärmepumpenkreislaufs 10 durchführen.
Da in der vorliegenden Ausführungsform der vorstehend beschriebene Kältemittelstrahler 12 verwendet wird, kann überdies eine Temperaturdifferenz in der aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasenen Luft in der Horizontalrichtung wirkungsvoll verringert werden, und die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 kann verbessert werden.
Da insbesondere die Rohre 121 in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform in der Horizontalrichtung gestapelt und angeordnet sind, strömt von dem Kompressor 11 ausgestoßenes überhitztes gasphasiges Kältemittel fast gleichmäßig von dem Verteilungssammelrohrbehälter 122 aufwärts in die Rohre 121. Folglich kann die horizontale Temperaturverteilung in der aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasenen Luft ungefähr gleichmäßig gemacht werden.
In der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform wird Luft, die in dem Wärmeaustauschbereich auf der Fahrerseite des Kältemittelstrahlers 12 geheizt wird, hauptsächlich in Richtung eines Fahrers in dem Fahrzeugraum geblasen, und Luft, die in dem Wärmeaustauschbereich auf der Beifahrerseite des Kältemittelstrahlers 12 geheizt wird, wird hauptsächlich in Richtung eines Beifahrers in dem Fahrzeugraum geblasen. Folglich ist der Ausgleich der horizontalen Temperaturverteilung von Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, ziemlich wirkungsvoll für die Verringerung der Temperaturdifferenz zwischen Luft, die in Richtung des Fahrers geblasen wird, und Luft, die in Richtung des Beifahrers in dem Fahrzeugraum geblasen wird.
Außerdem tauscht in dem ersten Wärmeaustauschbereich 12a Kältemittel mit relativ hoher Temperatur Wärme mit der ersten Luft aus, die eine höhere Temperatur als die zweite Luft hat. Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur tauscht an dem zweiten Wärmeaustauschbereich 12b Wärme mit der zweiten Luft aus, die eine niedrigere Temperatur als die erste Luft hat. Daher kann in beiden, den ersten und zweiten Wärmeaustauschbereichen 12a, 12b, eine Temperaturdifferenz zwischen Luft und Kältemittel sichergestellt werden, und folglich kann die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 verbessert werden.
Die Verbesserung der Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 kann bewirken, dass die Enthalpie von Kältemittel, das in den Außenwärmetauscher 16 strömt, abnimmt. Folglich nimmt eine an dem Außenwärmetauscher 16 aufgenammene Wärmemenge zu. Folglich kann die Kühlungsfähigkeit des Wärmepumpenkreislaufs 10 erhöht werden, und ein Leistungskoeffizient (COP) kann verbessert werden.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform der Kältemittelstrahler 12 in der Klimatisierungseinheit 30 angeordnet, so dass die vorstehend beschriebene Formel F1 erfüllt ist. Selbst wenn sich die Phase des Kältemittels in den Rohren 121 des Kältemittelstrahlers 12 ändert, kann folglich die Ansammlung von kondensierten Kältemittel in dem spezifischen Rohr 121 verhindert werden, indem Parameter, wie etwa eine Strömungsgeschwindigkeit U, eine Viskosität μ, eine Dichte ρ des Kältemittels und der Neigungswinkel θ des Kältemittelstrahlers 12, eingestellt werden.
Daher kann die Ungleichmäßigkeit des Druckverlusts zwischen Kältemitteln, die in den Rohren 121 strömen, begrenzt werden, und die Erzeugung eines Austauschbereichs mit relativ niedriger Temperatur in dem Kältemittelstrahler 12 kann verhindert werden.
Als ein Ergebnis, kann die Verringerung der Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12, selbst wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit von Kältemittel, das in den Rohren 121 strömt, aufgrund einer Klimatisierungslaständerung oder von ähnlichem des Wärmepumpenkreislaufs 10 ändert, verhindert werden, und die horizontale Temperaturverteilung von Luft, die an und von dem Kältemittelstrahler 12 geheizt und geblasen wird, kann wirksam gleichmäßig gemacht werden.
Der Grund, warum der Zustand der Parameter bewirkt, dass die Temperaturverteilung gleichmäßig ist, wird nachstehend beschrieben. Da gemäß Experimenten durch den Erfinder die Rohre 121 in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform in der horizontalen Richtung gestapelt und angeordnet sind, kann die horizontale Temperaturverteilung von Luft, die von dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, ausgeglichen werden, wenn eine Klimatisierungslast des Wärmepumpenkreislaufs 10 hoch ist, d. h. wenn ein Durchsatz von in dem Kreislauf 10 zirkulierendem Kältemittel hoch ist. Wenn jedoch die Klimatisierungslast des Wärmepumpenkreislaufs 10 niedrig wird, d. h. wenn der Durchsatz des in dem Kreislauf 10 zirkulierenden Kältemittels niedrig wird, kann die horizontale Temperaturverteilung der geblasenen Luft ungleichmäßig werden.
Wie in 5 gezeigt, wird die Temperaturverteilung von Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, mit Änderung eines Kaltemitteidurchsatzes Gr beobachtet.
Insbesondere ist der Wärmeaustauschbereich des Kältemittelstrahlers 12 in 16 Bereiche segmentiert, und eine durchschnittliche Temperatur von aus jedem der segmentierten Bereiche geblasenen Luft wird berechnet. Außerdem werden eine durchschnittliche Temperatur von 8 segmentierten Bereichen auf einer Seite (ein Bereich der rechten Hälfte in jedem der Beispiele (a) bis (d) in 5) in der horizontalen Richtung und eine durchschnittliche Temperatur der 8 segmentierten Bereiche auf der anderen Seite (ein Bereich der linken Hälfte in jedem der Beispiele (a) bis (d) in 5) der segmentierten Bereiche in der horizontalen Richtung berechnet. Dann wird eine Temperaturdifferenz zwischen der durchschnittlichen Temperatur der einen Seite und der anderen Seite als eine Rechts-Links-Temperaturdifferenz ΔT berechnet. Die Rechts-Links-Temperaturdifferenz ΔT kann als ein Maß für den Ausgleich in der horizontalen Temperaturverteilung von aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasener Luft verwendet werden.
In 5 sind Buchstaben, wie etwa Va, Gr, SH, SC und Tain dargestellt, um jeweils einen Luftdurchsatz Va, den Kältemitteldurchsatz Gr, einen Überhitzungsgrad SH von Kältemittel, das an einem Kältemitteleinlass des Kältemittelstrahlers 12 strömt, einen Unterkühlungsgrad SC von Kältemittel, das an einem Kältemittelauslass des Kältemittelstrahlers 12 strömt, und eine Temperatur Tain von Luft, die in den Kältemittelstrahler 12 strömt, anzuzeigen.
Wie in 5 gezeigt, dehnt sich ein Bereich mit relativ niedriger Temperatur (ein fast mittiger Teil mit einer gestrichelten Linie in den Beispielen (b) und (c) von 5) des Wärmeaustauschbereichs mit abnehmendem Kältemitteldurchsatz Gr aus. Wenn der Kältemitteldurchsatz Gr weiter verringert wird, werden mehrere Bereiche mit relativ niedriger Temperatur (ein fast mittiger Bereich und ein linker Bereich, die jeweils mit gestrichelten Linien in den Beispielen (d) von 5 umkreist sind) des Wärmeaustauschbereichs erzeugt.
Mit der Abnahme des Kältemitteldurchsatzes Gr nimmt der Bereich mit relativ niedriger Temperatur, d. h. ein Wärmeaustauschbereich mit geringer Fähigkeit zu angemessenem Heizen zu. In diesem Fall kann sich die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des gesamten Kältemittelstrahlers 12 verringern. Außerdem bewirkt die Erzeugung des Bereichs mit relativ niedriger Temperatur des Wärmeaustauschbereichs, wie in 5 gezeigt, dass die Rechts-Links Temperaturdifferenz ΔT zunimmt, wodurch bewirkt wird, dass die horizontale Temperaturverteilung von aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasener Luft ungleichmäßig ist.
Gemäß einer weiteren Studie durch den Erfinder liegt die Erzeugung des Bereichs mit relativ niedriger Temperatur des Wärmeaustauschbereichs an einer Differenz zwischen den Kondensationsgraden von durch die Rohre 121 strömenden Kältemitteln.
Wenn zum Beispiel Luft mit relativ niedriger Temperatur in einen spezifischen Bereich des Wärmeaustauschbereichs des Kältemittelstrahlers 12 strömt, wird Kältemittel, das durch Rohre 121 des spezifischen Bereichs (worauf hier nachstehend als ein Niedertemperaturbereich Bezug genommen wird) strömt, leichter kondensiert als Kältemittel, das durch Rohre 121 des anderen Bereichs des Austauschbereichs strömt. Wenn sich in diesem Fall eine Druckdifferenz zwischen Kältemitteln, die an Einlässen der Rohre 121 strömen, und Kältemittel, das an Auslässen der Rohre 121 strömt, entsprechend einer Abnahme des Kältemitteldurchsatzes Gr verringert, nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit von kondensiertem Kältemittel weiter ab. Somit wird es schwierig, dass das kondensierte flüssige Kältemittel aus den Rohren 121 strömt.
Wenn kondensiertes Kältemittel an einer Wandoberfläche oder ähnlichem eines Kältemitteldurchgangs des Rohrs 121 haftet und in den Rohren 121 bleibt, verringert sich der Durchgangsquerschnitt der Rohre 121 des Niedertemperaturbereichs mehr als der Rohre 121 des anderen Bereichs des Wärmeaustauschbereichs. Entsprechend kann der Druckverlust der Rohre 121, wo das kondensierte flüssige Kältemittel an der Wandoberfläche haftet, zunehmen. Folglich kann es schwer werden, dass von dem Kompressor 11 ausgestoßenes Hochtemperaturkältemittel mehr in die Rohre 121 des Bereichs mit niedriger Temperatur als in die Rohre 121 des anderen Bereichs des Wärmeaustauschbereichs strömt, und es kann weiter ein Wärmeaustauschbereich mit relativ niedriger Temperatur (Niedertemperaturbereich) erzeugt werden.
Die Erhöhung des Druckverlusts der Rohre 121 des Niedertemperaturbereichs wird durch die Kondensation von Kältemittel in den Rohren 121 verursacht. Folglich müssen für die Schätzung des Druckverlusts der Rohre 121 des Niedertemperaturbereichs neben der Kältemittelströmungsgeschwindigkeit U, welche die Energie zum Drücken von Kältemittel aus den Rohren 121 betrifft, die folgenden Themen (1)–(3) und ahnliches berücksichtigt werden.

(1) Zunahme des Druckverlusts aufgrund der Zunahme der Viskosität μ aufgrund der Kondensation von Kältemittel
(2) Verringerung des Druckverlusts aufgrund der Abnahme der Dichte ρ aufgrund der Kondensation von Kältemittel
(3) Zunahme des Druckverlusts, der aus der auf das kondensierte Kältemittel wirkenden Schwerkraft umgewandelt wird.

Wenn daher der Neigungswinkel θ oder ähnliches als ein notwendiger Parameter zum Berechnen der Kältemittelströmungsgeschwindigkeit U, der Viskosität μ, der Dichte ρ und der auf das kondensierte Kältemittel wirkenden Schwerkraft berücksichtigt werden, kann der Druckverlust der Rohre 121 des Niedertemperaturbereichs gleich dem Druckverlust der Rohre 121 des anderen Bereichs des Wärmeaustauschbereichs gesetzt werden. Folglich kann die Erzeugung eines Wärmeaustauschbereichs mit relativ niedriger Temperatur in dem Kaltemittelstrahler 12 verhindert werden.
Basierend auf dem vorstehenden Standpunkt kann eine Anordnungsbedingung des Kältemittelstrahles 12 zur Verhinderung des Wärmeaustauschbereichs mit relativ niedriger Temperatur durch Simulationsberechnung unter Verwendung des Neigungswinkels θ und der Reynolds-Zahl erhalten werden. Die Reynolds-Zahl Re ist als ein Verhältnis zwischen der Trägheitskraft und der Viskositätskraft unter Verwendung der Kältemittelströmungsgeschwindigkeit U, der Viskosität μ und der Dichte ρ definiert. Die Formel F1 ist eine Näherungsformel, die aus einem Ergebnis der Simulationsberechnung erhalten wird.
In der Berechnung der Anordnungsbedingung des Kältemittelstrahlers 12 wird eine durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit von in den Rohren 121 strömendem Kältemittel als die Kältemittelströmungsgeschwindigkeit U verwendet. Es wird angenommen, dass Kältemittel, das in den Kältemitteistrahler 12 strömt, gasphasiges Kältemittel mit einem Überhitzungsgrad von 45°C unter einem Druck von 2 MPa ist, und es wird angenommen, dass in den Kältemitteistrahler 12 strömende Luft bei einer Temperatur von 20°C einen Durchsatz von 200 m³/h hat. Überdies wird eine notwendige Viskosität μ_m des gasphasigen Zweiphasenkältemittels zum Berechnen der Zunahme des Druckverlusts, der in dem vorstehend beschriebenen Thema (1) beschrieben ist, unter Verwendung einer Taylor-Formel erhalten, die nachstehend als Formel F2 gezeigt ist

μ_m:: eine Viskosität von gasförmig-flüssigem Zweiphasenfluid
μ₁:: eine Viskosität von flüssigphasigem Fluid
α_g:: ein Leerraumanteil
ρ_l:: eine Dichte von flüssigphasigem Fluid
ρ_g:: eine Dichte von gasphasigem Fluid

Der Leerraumanteil α_g von gasförmig-flüssigem Zweiphasenfluid, der für die Taylor-Formel notwendig ist, wird basierend auf einer Levy-Formel (Impulsminimalmodell von Levy) erhalten, die nachstehend als Formel F3 gezeigt ist.

x:: ein Trockenheitsgrad
α_g:: ein Leerraumanteil
ρ_l:: eine Dichte von flüssigphasigem Fluid
ρ_g:: eine Dichte von gasphasigem Fluid

Folglich kann in der vorliegenden Ausführungsform das Verbleiben von flüssigem Kältemittel, das in spezifischen Rohren 121 kondensiert ist, verhindert werden, und die horizontale Temperaturverteilung von Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, kann vereinheitlicht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 3A gezeigt, ein Beispiel beschrieben, in dem Kältemittel in den Rohren 121 von unten nach oben strömt. Jedoch kann Kältemittel, wie in 6A und 6B gezeigt, in den Rohren 121 von oben nach unten strömen. Selbst in dem Fall, in dem der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 0° bis –90° ist, kann die Formel erhalten werden, die ähnlich der Formel F1 ausgedrückt wird. Wenn folglich der Kältemittelstrahler 12 derart eingerichtet ist, dass er die erhaltene Formel erfüllt, kann die horizontale Temperaturverteilung ausgeglichen werden.
Der Neigungswinkel θ ist eine positive Zahl, wenn Kältemittel in den Rohren 121 von unten nach oben strömt, und der Neigungswinkel θ ist andererseits eine negative Zahl, wenn Kältemittel in den Rohren 121 von oben nach unten strömt. 6A und 6B entsprechen jeweils 3A und 3B. In 6A und 6B sind den gleichen Komponenten wie den in 3A und 3B dargestellten Komponenten ihre entsprechenden Nummern zugeordnet.
Ähnlich der Formel F1 können Koeffizienten von A bis G einer Formel einer Anordnungsbedingung des Kältemittelstrahlers 12 in beiden Fällen, in dem Kältemittel in den Rohren 121 von unten nach oben strömt, und in dem Kältemittel in den Rohren 121 von oben nach unten strömt, als Funktionen des Neigungswinkels 0 ausgedrückt werden. Folglich kann der Neigungswinkel θ auf beide Formeln angewendet werden, indem das Vorzeichen des Neigungswinkels θ von plus auf minus umgewandelt wird. Daher kann die horizontale Temperaturdifferenz von Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, bei jedem Grad des Neigungswinkels θ verringert werden.
Wenn, wie in 6A und 6B gezeigt, Kältemittel in den Rohren 121 von oben nach unten strömt, befindet sich der erste Wärmeaustauschbereich einschließlich der Kältemitteleinlässe der Rohre 121 in dem oberen Teil des Kältemittelstrahlers 12. Der zweite Wärmeaustauschbereich einschließlich der Kältemittelauslässe der Rohre 121 befindet sich in dem unteren Teil des Kältemittelstrahlers 12.
Folglich können in 6A und 6B Luft, die von dem zweiten Zentrifugalventilator 32b geblasen wird, und Luft, die von dem ersten Zentrifugalventilator 32a geblasen wird, jeweils der ersten und zweiten Luft entsprechen.
Folglich kann in dem Heizbetrieb an dem ersten Wärmeaustauschbereich 12a Kältemittel mit relativ hoher Temperatur Wärme mit Luft mit relativ niedriger Temperatur, die von dem zweiten Zentrifugalventilator 32b geblasen wird, austauschen. Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur kann an dem zweiten Wärmeaustauschbereich 12b Wärme mit Luft mit relativ hoher Temperatur, die von dem ersten Zentrifugalventilator 32a geblasen wird, austauschen. Daher kann eine vertikale Temperaturdifferenz von Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, verringert werden.
(Zweite Ausführungsform)
In einer zweiten Ausführungsform wird, wie in 7A und 7B gezeigt, ein Beispiel beschrieben, in dem der Kältemittelstrahler 12 modifiziert ist. In der zweiten Ausführungsform sind den gleichen Teilen wie der ersten Ausführungsform ihre entsprechenden Nummern zugeordnet. In einem Kältemittelstrahler 12 der zweiten Ausführungsform ist ein Sammelrohrbehälter 123, in dem eine Trennwand 123c in dem oberen Sammelrohrbehälter 123 bereitgestellt wird, in zwei Teile getrennt: einen Verteilungsraum 123d und einem Sammelraum 123e, so dass die zwei Räume 123d und 123e in einer Längsrichtung des Sammelrohrbehälters 123 des Kältemittelstrahlers 12 angeordnet sind.
Folglich können die Rohre 121 des Kältemittelstrahlers 12 in eine erste Rohrgruppe 121a, die mit dem Sammelraum 123e des oberen Sammelrohrbehälters 123 verbunden ist, und eine zweite Rohrgruppe 121b, die mit dem Verteilungsraum 123d verbunden ist, unterteilt werden. Überdies umfasst der obere Sammelrohrbehälter 123 einen Einlassanschluss 123f, der bereitgestellt ist, um Kältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, in den Verteilungsraum 123d einzuleiten, und einen Auslassanschluss 123a, um Kältemittel aus dem Sammelraum 123e auszulassen.
In dem Kältemittelstrahler 12 der zweiten Ausführungsform strömt, wie durch fette Pfeile in 7A gezeigt, von dem Kompressor 11 ausgestoßenes Kältemittel über den Einlassanschluss 123f in den Verteilungsraum 123d des oberen Sammelrohrbehälters 123 und wird an die zweite Rohrgruppe 121b der Rohre 121 verteilt.
Kältemittel, das in der zweiten Rohrgruppe 121b der Rohre 121 strömt, tauscht Wärme mit Luft aus, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, und strömt dann aus der zweiten Rohrgruppe 121b. Anschließend wird aus der zweiten Rohrgruppe 121b strömendes Kältemittel in einem unteren Sammelrohrbehälter 122 gesammelt und dann an die erste Rohrgruppe 121a der Rohre 121 verteilt.
Kältemittel, das in der ersten Rohrgruppe 121a der Rohre 121 strömt, tauscht Wärme mit Luft aus, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, und strömt dann aus der ersten Rohrgruppe 121a. Und dann wird aus der ersten Rohrgruppe 121a strömendes Kältemittel in dem Sammelraum 123e des oberen Sammelrohrbehälters 123 gesammelt und strömt anschließend über den Auslassanschluss 123a des Sammelraums 123e aus dem Sammelraum 123e. Kältemittel strömt in der zweiten Rohrgruppe 121b von oben nach unten und strömt in der ersten Rohrgruppe 121a von unten nach oben.
Außerdem tauscht das in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform in der zweiten Rohrgruppe 121b strömende Kältemittel im Wesentlichen in dem gasphasigen Zustand Wärme aus. Des Weiteren wechselt das gasphasige Kältemittel zwischen einem mittleren Strömungsteil und einem strömungsabwärtigen Teil der ersten Rohrgruppe 121a in einer Kältemittelströmungsrichtung in das gasförmig-flüssige Zweiphasenkältemittel und wechselt anschließend mit dem weiter strömungsabwärtigen Strom in das flüssigphasige Kältemittel.
Da auch in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform die Rohre 121 in der horizontalen Richtung gestapelt und angeordnet sind, kann die horizontale Temperaturdifferenz ähnlich der ersten Ausführungsform wirkungsvoll verringert werden.
Insbesondere strahlt Kältemittel im Wesentlichen in einem gasphasigen Zustand in einem Wärmeaustauschbereich der zweiten Rohrgruppe 121b Wärme ab. Folglich kann die horizontale Temperaturdifferenz, die durch einen Unterschied von Kondensationsgraden zwischen Kältemitteln, die in den Rohren 121 strömen, verursacht wird, verringert werden.
Außerdem kann in einem Wärmeaustauschbereich der ersten Rohrgruppe 121a die horizontale Temperaturdifferenz, die durch den Unterschied der Kondensationsgrade zwischen Kältemitteln, die in den Rohren 121 strömen, verursacht wird, wirksam verringert werden, indem wie im Fall der ersten Ausführungsform die Anordnungsbedingung des Neigungswinkels θ des Kältemittelstrahlers 12 erfüllt wird. Daher kann die horizontale Temperaturdifferenz in dem gesamten Kältemittelstrahler 12 verringert werden.
In dem Wärmeaustauschbereich der ersten Rohrgruppe 121a befindet sich der erste Wärmeaustauschbereich 12a, wo Kältemittel mit relativ hoher Temperatur strömt, in einem unteren Teil des Kältemittelstrahlers 12, und der zweite Wärmeaustauschbereich 12b, wo Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur strömt, befindet sich ähnlich dem in 3A gezeigten Beispiel in einem oberen Teil des Kältemittelstrahlers 12. Folglich kann die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 verbessert werden.
Außerdem befindet sich in dem Wärmeaustauschbereich der zweiten Rohrgruppe 121b ähnlich dem Beispiel von 6A der erste Wärmeaustauschbereich 12a, wo Kältemittel mit relativ hoher Temperatur strömt, in dem oberen Teil des Kältemittelstrahlers 12, und der zweite Wärmeaustauschbereich 12b, wo Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur strömt, befindet sich in dem unteren Teil des Kältemittelstrahlers 12. Folglich kann die vertikale Temperaturdifferenz wirksam verringert werden.
In dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform strömt Kältemittel in der zweiten Rohrgruppe 121b der Rohre 121 von oben nach unten, und Kältemittel in der ersten Rohrgruppe 121a der Rohre 121 strömt von unten nach oben. Jedoch kann Kältemittel in der zweiten Rohrgruppe 121b von unten nach oben strömen, und Kältemittel in der ersten Rohrgruppe 121a kann von oben nach unten strömen.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform wird unter Bezug auf 8A und 8B beschrieben, wobei der Kältemittelstrahler 12 der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen modifiziert ist. In der dritten Ausführungsform sind den gleichen Teilen wie der ersten Ausführungsform ihre entsprechenden Nummern zugewiesen. In einem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Inneres eines Sammelrohrbehälters 123 in einen Verteilungsraum 123d und einem Sammelraum 123e getrennt, so dass die Räume 123d und 123e in der Luftströmungsrichtung A angeordnet sind.
Die Rohre 121 des Kältemittelstrahlers 12 der vorliegenden Ausführungsform können wie bei der zweiten Ausführungsform in eine erste Rohrgruppe 121a, die mit dem Sammelraum 123e verbunden ist, und eine zweite Rohrgruppe 121b, die mit dem Verteilungsraum 123d verbunden ist, unterteilt werden. Die erste Rohrgruppe 121a befindet sich in der Luftströmungsrichtung A auf einer strömungsabwärtigen Seite der zweiten Rohrgruppe 121b. Folglich sind in der vorliegenden Ausführungsform die Rohre 121 derart angeordnet, dass sie in mehreren (z. B. zwei) Schichten in der Luftströmungsrichtung A gestapelt sind.
Der Sammelrohrbehälter 123 umfasst einen Einlassanschluss 123f, um von dem Kompressor 11 ausgestoßenes Kältemittel in den Verteilungsraum 123d einzuleiten, und einen Auslassanschluss 123a, um Kältemittel aus dem Sammelraum 123e auszulassen.
Folglich strömt in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform, wie durch fette Pfeile in 8A und 8B gezeigt, Kältemittel von dem Kompressor 11 in folgender Reihenfolge durch: den Verteilungsraum 123d des oberen Sammelrohrbehälters 123 → die zweite Rohrgruppe 121b der Rohre 121 (einen strömungsaufwärtigen Teil der Rohre 121 in der Luftströmungsrichtung A) → einen unteren Sammelrohrbehälter 122 → die erste Rohrgruppe 121a der Rohre 121 (einen strömungsabwärtigen Teil der Rohre 121 in der Luftströmungsrichtung A) → den Sammelraum 123e des oberen Sammelrohrbehälters 123. Anschließend strömt Kältemittel durch den Auslassanschluss 123a aus dem Kältemittelstrahler 12.
In dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform tauscht Kältemittel, das in der zweiten Rohrgruppe 121b strömt, im Wesentlichen in dem gasphasigen Zustand Wärme aus. Außerdem wechselt das gasphasige Kältemittel zwischen einem mittleren Strömungsteil und einem strömungsabwärtigen Teil der ersten Rohrgruppe 121a in einer Kältemittelströmungsrichtung in gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel und wechselt dann mit weiterem strömungsabwärtigen Strömen in flüssigphasiges Kältemittel.
Da in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform die Rohre 121 in der Horizontalrichtung gestapelt und angeordnet sind, kann die horizontale Temperaturdifferenz von Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, wie bei der ersten Ausführungsform verringert werden. in diesem Fall kann ähnlich der zweiten Ausführungsform die horizontale Temperaturdifferenz in den Wärmeaustauschbereichen sowohl der ersten Rohrgruppe 121a als auch der zweiten Rohrgruppe 121b verringert werden.
Ähnlich der zweiten Ausführungsform kann die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Wärmeaustauschbereichs der ersten Rohrgruppe 121a des Wärmestrahlers 12 verbessert werden, und die vertikale Temperaturdifferenz in dem Wärmeaustauschbereich der zweiten Rohrgruppe 12b kann verringert werden.
Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform eine beliebige Position in der ersten Rohrgruppe 121a von dem mittleren Strömungsteil bis zu ihrem strömungsabwärtigen Teil als die vorgegebene Position verwendet werden. Folglich wird ein Neigungswinkel θ des Kältemittelstrahlers 12 der vorliegenden Ausführungsform auf einen Wert ähnlich der ersten Ausführungsform festgelegt.
Folglich strahlt in dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform Kältemittel, das in der zweiten Rohrgruppe 121b strömt (dem strömungsaufwärtigen Wärmeaustauschbereich in der Luftströmungsrichtung) im Wesentlichen in dem gasphasigen Zustand Wärme ab. Daher ist es schwer, die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 zu verringern, und die Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Wärmeaustauschbereich der zweiten Rohrgruppe 121b geblasen wird, wird begrenzt.
Die erste Rohrgruppe 121a (der strömungsabwärtige Wärmeaustauschbereich in der Luftströmungsrichtung) ist derart eingerichtet, dass er ähnlich der Formel F1 eine Formel erfüllt, die in dem Fall verwendet wird, in dem Kältemittel in den Rohren 121 von oben nach unten strömt. Folglich können Ergebnisse ähnlich der ersten Ausführungsform erhalten werden. Daher kann die Verringerung der Wärmeabstrahlungsfähigkeit des gesamten Wärmestrahlers 12 begrenzt werden, und die horizontale Temperaturdifferenz in Luft, die an dem Wärmestrahler 12 geheizt und geblasen wird, kann begrenzt werden.
In dem Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Ausführungsform kehrt Kältemittel, das von dem Verteilungsraum 123d des oberen Sammelrohrbehälters 123 nach unten verteilt wird, wie in 8B gezeigt, durch den unteren Sammelrohrbehälter 122 um und strömt dann nach oben zurück zu dem Sammelraum 123e des oberen Sammelrohrbehälters 123.
Folglich kann in einem oberen Teil des strömungsaufwärtigen Wärmeaustauschbereichs in der Luftströmungsrichtung A ein Bereich (überhitzter Bereich), durch den überhitztes gasphasiges Kältemittel mit einer relativ hohen Temperatur strömt, bereitgestellt werden. Außerdem kann ein Bereich (unterkühlter Bereich), durch den unterkühltes flüssigphasiges Kältemittel mit einer relativ niedrigen Temperatur strömt, an einem oberen Teil des strömungsabwärtigen Wärmeaustauschbereichs in der Luftströmungsrichtung A bereitgestellt werden. Somit können der überhitzte Bereich und der unterkühlte Bereich in der Luftströmungsrichtung A überlappt werden. Daher kann die vertikale Temperaturdifferenz weiter wirksam verringert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem Kältemittel, das von einem strömungsaufwärtigen Teil der Rohre 121 in der Luftströmungsrichtung A über den unteren Sammelrohrbehälter 122 umkehrt und in einen strömungsabwärtigen Teil der Rohre 121 in der Luftströmungsrichtung strömt. Jedoch kann Kältemittel, das von dem strömungsabwärtigen Teil der Rohre 121 in der Luftströmungsrichtung A strömt, umkehren und in den strömungsaufwärtigen Teil der Rohre 121 in der Luftströmungsrichtung A strömen.
(Andere Ausführungsformen)
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, kann die Erfindung wie nachstehend vielfältig modifiziert werden.

(1) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden Rohre, die sich in einer Richtung erstrecken, als die Rohre 121 des Kältemittelstrahlers 12 verwendet, Jedoch sind Rohre 121, die für den Kältemittelstrahler 12 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, nicht auf dieses beschränkt. Die Rohre 121 können eine Mäanderform oder ähnliches haben, die wenigstens eine Komponente hat, die sich in der Vertikalrichtung erstreckt.
(2) In dem Kältemittelstrahler 12 der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, durchgeführt, jedoch ist der Kältemittelstrahler 12 der Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann der Wärmeaustausch zwischen mehreren Arten von Fluiden, wie etwa Kältemittel, Luft und einem anderen Wärmemedium durchgeführt werden.

Insbesondere kann ein nachstehend beschriebener Kältemittelstrahler als der Kaltemittelstrahler 12 verwendet werden. Der Kältemittelstrahler umfasst Kältemittelrohre, durch die Kältemittel strömt, und Wärmemediumrohre, durch die Wärmemedium strömt. Die Kältemittelrohre und die Wärmemediumrohre sind in der Horizontalrichtung gestapelt und abwechselnd angeordnet. Ein Luftdurchgang, durch den Luft strömt, ist zwischen dem Kältemittelrohr und dem Wärmemediumrohr bereitgestellt. Außerdem ist in jedem Luftdurchgang eine Lamelle bereitgestellt und ist mit dem benachbarten Kältemittelrohr und dem benachbarten Wärmemediumrohr verbunden. Die Lamelle fördert den Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Luft und zwischen dem Wärmemedium und Luft. Die Wärmeübertragung von dem Kältemittel und dem Wärmemedium kann durch die Lamellen erhöht werden.

(3) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ein Beispiel beschrieben, in dem der Kältemittelstrahler 12 für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird. In einer in einem Fahrzeug angeordneten Vorrichtung kann sich eine Anordnungsbedingung der Vorrichtung in Bezug auf die Horizontalrichtung durch die Neigung des gesamten Fahrzeugs ändern. Zum Beispiel kann das Fahrzeug durch die Beschleunigung/Verlangsamung des Fahrzeugs, durch Rechts-/Linkswenden des Fahrzeugs, durch Parken/Stoppen des Fahrzeugs auf einem Hang und so weiter geneigt sein. Daher wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorzugsweise ein Änderungsbetrag Δθ aufgrund der Neigung des Fahrzeugs relativ zu dem Neigungswinkel θ berücksichtigt, und die Formel F1 wird vorzugsweise in einem Gesamtbereich von θ + Δθ erfüllt.
(4) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird ein Beispiel beschrieben, in dem der mit dem Kältemittelstrahler 12 versehene Wärmepumpenkreislauf 10 für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird, aber er ist nicht auf diese Verwendung beschränkt. Zum Beispiel kann der Wärmepumpenkreislauf 10 für eine ortsfeste Klimaanlage, einen Kühlschrank, eine Kühl-/Heizvorrichtung für einen Ausgabeautomaten oder ähnliches verwendet werden.

Außerdem kann der Kältemittelstrahler 12 der vorstehenden Ausführungsformen wie folgt aufgebaut sein.
Der Kältemittelstrahler 12 kann für den Dampfkompressionskältemittelkreislauf 10 mit dem Kompressor 11, der aufgebaut ist, um Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, verwendet werden. Der Kältemittelstrahler 12 ist aufgebaut, um Wärme an Luft abzustrahlen, bis von dem Kompressor 11 ausgestoßenes gasphasiges Kältemittel wenigstens in gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel übergeht. Der Kältemittelstrahler 12 umfasst mehrere Rohre 121, durch die Kältemittel strömt. Die Rohre 121 sind in einer Horizontalrichtung gestapelt und angeordnet und erstrecken sich in eine Richtung senkrecht zu der Horizontalrichtung oder mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung. Die Rohre 121 können einen ersten Wärmeaustauschbereich 12a umfassen, wo Kältemittel mit einer Temperatur größer oder gleich einer Standardtemperatur T1 Wärme mit erster Luft, die zu einem Raum geblasen werden soll, austauscht. Die Rohre 121 können ferner einen zweiten Wärmeaustauschbereich 12b umfassen, wo Kältemittel mit einer niedrigeren Temperatur als die Standardtemperatur T1 Wärme mit zweiter Luft, die zu dem Raum geblasen werden soll und eine andere Temperatur als eine Temperatur der ersten Luft hat, austauscht.
Da die Rohre 121 in der Horizontalrichtung gestapelt und angeordnet sind, strömt das von dem Kompressor 11 ausgestoßene gasphasige Kältemittel fast gleichmäßig in die Rohre 121. Folglich kann die horizontale Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, verringert werden.
Außerdem tauscht die erste Luft Wärme mit Kältemittel in dem ersten Wärmeaustauschbereich 12a aus, und die zweite Luft, deren Temperatur sich von der ersten Luft unterscheidet, tauscht Wärme mit Kältemittel in dem zweiten Wärmeaustauschbereich 12b aus. Daher kann die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 verbessert werden oder/und die vertikale Temperaturdifferenz in der aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasenen Luft kann verringert werden.
Zum Beispiel kann eine Temperatur des gasförmig-flüssigen Zweiphasenkältemittels, das in den Rohren 121 strömt, oder eine durchschnittliche Temperatur des Kältemittels, das in den Rohren 121 strömt, als die Standardtemperatur T1 verwendet werden.
Die Rohre 121 brauchen sich nicht ganz mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung erstrecken. Ein Teil der Rohre 121 kann sich mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung erstrecken.
Alternativ können die Rohre 121 einen ersten Wärmeaustauschbereich 12a, wo Kältemittel Wärme mit der ersten Luft austauscht, und einen zweite Wärmeaustauschbereich 12b, wo Kältemittel Wärme mit der zweiten Luft austauscht, umfassen. Hier umfasst der erste Wärmeaustauschbereich 12a die Kältemitteleinlassseite der Rohre 121, und der zweite Wärmeaustauschbereich 12b umfasst die Kältemittelauslassseite der Rohre 121.
Auch in diesem Fall kann die horizontale Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, verringert werden. Uberdies kann die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 verbessert werden, oder die vertikale Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, kann verringert werden.
Die Temperatur der ersten Luft kann höher als die Temperatur der zweiten Luft sein. In diesem Fall kann Kältemittel mit relativ hoher Temperatur Wärme an dem ersten Wärmeaustauschbereich 12a mit der ersten Luft austauschen, die eine höhere Temperatur als die zweite Luft hat. Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur kann an dem zweiten Wärmeaustauschbereich 12b Wärme mit der zweiten Luft, die eine niedrigere Temperatur als die erste Luft hat, austauschen.
Daher können in beiden, den ersten und zweiten Wärmeaustauschbereichen 12a, 12b, Temperaturdifferenzen zwischen Luft und Kältemittel sichergestellt werden, und folglich kann die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 verbessert werden.
Im Gegensatz dazu kann die Temperatur der ersten Luft niedriger als die Temperatur der zweiten Luft sein. In einem solchen Fall, kann an dem ersten Wärmeaustauschbereich 12a Kältemittel mit relativ hoher Temperatur Wärme mit der ersten Luft, die eine niedrigere Temperatur als die zweite Luft hat, austauschen. Kältemittel mit relativ niedriger Temperatur kann an dem zweiten Wärmeaustauschbereich 12b Wärme mit der zweiten Luft, die eine höhere Temperatur als die erste Luft hat, austauschen.
Somit kann die vertikale Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, verringert werden.
In dem Kältemittelstrahler 12 kann ein Wärmeaustauschabschnitt mit den Rohren 121 aufgebaut sein, um Wärme abzustrahlen, bis von dem Kompressor 11 ausgestoßenes gasphasiges Kältemittel in flüssigphasiges Kältemittel übergeht. Überdies können die Rohre 121 mit dem Neigungswinkel θ zwischen der Strömungsrichtung von in den Rohren 121 strömendem Kältemittel und der horizontalen Richtung geneigt sein und können aufgebaut sein, um die folgende Formel zu erfüllen, wenn der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 0 bis 90 Grad ist. Re ≥ A × X⁶ + B × X⁵ + C × X⁴ + D × X³ + E × X² + F × X + G A = –0,0537 × θ² + 9,7222 × θ + 407,19 B = –(–0,2093 × θ² + 37,88 × θ + 1586,3) C = –0,3348 × θ² + 60,592 × θ + 2538,1 D = –(–0,2848 × θ² + 51,53 × θ + 2158,2 E = –0,1402 × θ² + 25,365 × θ + 1062,8 F = –(–0,0418 × θ² + 7,5557 × θ + 316,46 G = –0,0132 × θ² + 2,3807 × θ + 99,73 wobei X der Trockenheitsgrad von Kältemittel an einer vorgegebenen Position der Rohre 121 ist, wo gasförmig-flüssigphasiges Zweiphasenkältemittel strömt, und Re die Reynolds-Zahl an der vorgegebenen Position ist, die basierend auf einer durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit (m/s) von Kältemittel, das in den Rohren 121 strömt, berechnet wird.
Als ein Ergebnis von diesem kann die Kondensation von Kältemittel in den Rohren 12 begrenzt werden, und die Ungleichmäßigkeit des Druckverlusts zwischen Kältemitteln, die in den Rohren 121 strömen, kann begrenzt werden. Daher kann die horizontale Temperaturdifferenz in Luft, die aus dem Kältemittelstrahler 12 geblasen wird, weiter wirksam verringert werden.
Ein Teil der Rohre 121 kann sich derart erstrecken, dass die Strömungsrichtung von Kältemittel geneigt ist, so dass sie einen Winkel zu der Horizontalrichtung in eine Abwärtsrichtung hat. Der Kältemittelstrahler kann ferner einen Sammelrohrbehälter 122, 123 umfassen, der sich in der Stapelrichtung der Rohre 121 erstreckt und der an wenigstens einer Seite der Rohre 121 in der Längsrichtung der Rohre 121 angeordnet ist, um Kältemittel zu sammeln und zu verteilen.
Der Innenraum des Sammelrohrbehälters 123 kann in mehrere Räume 123d, 123d getrennt sein. Ein getrennter Raum 123d auf einer Seite des Sammelrohrbehälters 123 kann den Kältemitteleinlass umfassen, der Kältemittel einleitet. Ein anderer getrennter Raum 123e auf der anderen Seite des Sammelrohrbehälters 123 kann den Kältemittelauslass umfassen, der Kältemittel auslässt.
Die Rohre 121 können in mehreren Schichten in der Luftströmungsrichtung A angeordnet sein.
Die Rohre 121 können die erste Rohrgruppe 121a, wo Kältemittel von einer Unterseite nach oben strömt, und die zweite Rohrgruppe 121b, wo Kältemittel von einer Oberseite nach unten strömt, umfassen. Die Rohre 121 können derart angeordnet sein, dass Kältemittel in allen Rohren 121 in die gleiche Richtung strömt.
In einem Fall, in dem der Kältemittelkreislauf 10 für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird, kann der Raum der Innenraum des Fahrzeugraums sein. Überdies kann die erste Luft Luft im Inneren des Fahrzeugraums sein, und die zweite Luft kann Luft außerhalb des Fahrzeugraums sein.
Wenn in einer allgemeinen Fahrzeugklimaanlage die horizontale Temperaturdifferenz nicht ausgeglichen ist, kann sich eine Temperaturdifferenz zwischen Luft, die in Richtung einer Fahrerseite geblasen wird, und Luft, die in Richtung einer Beifahrerseite geblasen wird, vergrößern. Folglich kann die Verringerung der horizontalen Temperaturdifferenz sehr effektiv sein.
Außerdem kann zum Beispiel während des Heizbetriebs des Fahrzeugraums Luft außerhalb des Fahrzeugraums, deren Temperatur und Feuchtigkeit niedriger als von Luft im inneren des Fahrzeugraums ist, an dem zweiten Wärmeaustauschbereich 12b Wärme mit Kältemittel austauschen, um in Richtung der Fahrzeugwindschutzscheibe geblasen zu werden. Außerdem kann Luft im Inneren des Fahrzeugraums an dem ersten Wärmeaustauschbereich 12a Wärme mit Kältemittel austauschen, um in Richtung eines Fahrgasts geblasen zu werden. Folglich kann die Wärmeabstrahlungsfähigkeit des Kältemittelstrahlers 12 verbessert werden. Überdies kann die Verhinderung der Vernebelung der Fahrzeugwindschutzscheibe und die Sicherstellung eines ausreichenden Wärmegefühls eines Fahrgasts bereitgestellt werden.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten der Technik ohne weiteres einfallen. Die Erfindung ist in ihrem weiteren Sinne daher nicht auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und erläuternde Beispiele, die gezeigt und beschrieben wurden, beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-125346 A [0002]

Claims

Kältemittelstrahler, der für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf (10) mit einem Kompressor (11) verwendet wird, der aufgebaut ist, um Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, und wobei der Kältemittelstrahler aufgebaut ist, um Wärme an Luft abzustrahlen, bis von dem Kompressor (11) ausgestoßenes gasphasiges Kältemittel wenigstens in ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel übergeht, wobei der Kältemittelstrahler umfasst: mehrere Rohre (121), durch die das Kältemittel strömt, wobei die Rohre (121) gestapelt sind und in einer Horizontalrichtung angeordnet sind und sich in eine Richtung senkrecht zu der Horizontalrichtung oder mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung erstrecken, wobei die Rohre (121) einen ersten Wärmeaustauschbereich (12a), in dem Kältemittel mit einer Temperatur größer oder gleich einer Standardtemperatur (T1) Wärme mit erster Luft, die zu einem Raum geblasen werden soll, austauscht, und einen zweiten Wärmeaustauschbereich (12b) umfassen, in dem Kältemittel mit einer niedrigeren Temperatur als der Standardtemperatur (T1) Wärme mit zweiter Luft, die zu dem Raum geblasen werden soll, austauscht, wobei die zweite Luft im allgemeinen eine Temperatur hat, die sich von einer Temperatur der ersten Luft unterscheidet.
Kältemittelstrahler, der für einen Dampfkompressionskältemittelkreislauf (10) mit einem Kompressor (11) verwendet wird, der aufgebaut ist, um Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, und wobei der Kältemittelstrahler aufgebaut ist, um Wärme an Luft abzustrahlen, bis aus dem Kompressor (11) ausgestoßenes gasphasiges Kältemittel wenigstens in ein gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel übergeht, wobei der Kältemittelstrahler umfasst: mehrere Rohre (121), durch die das Kältemittel strömt, wobei die Rohre (121) in einer Horizontalrichtung gestapelt und angeordnet sich und sich sich in einer Richtung senkrecht zu der Horizontalrichtung oder mit einem Winkel zu der Horizontalrichtung erstrecken, wobei die Rohre (121) einen ersten Wärmeaustauschbereich (12a), in dem Kältemittel Wärme mit erster Luft, die zu einem Raum geblasen werden soll, austauscht, und einen zweiten Wärmeaustauschbereich (12b), in dem Kältemittel Wärme mit zweiter Luft, die zu dem Raum geblasen werden soll, austauscht, umfassen, wobei die zweite Luft eine Temperatur hat, die sich von einer Temperatur der ersten Luft unterscheidet, wobei der erste Wärmeaustauschbereich (12a) eine Kältemitteleinlassseite der Rohre (121) umfasst, und der zweite Wärmeaustauschbereich (12b) eine Kältemittelauslassseite der Rohre (121) umfasst.
Kältemittelstrahler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur der ersten Luft höher als die Temperatur der zweiten Luft ist.
Kältemittelstrahler gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur der ersten Luft niedriger als die Temperatur der zweiten Luft ist.
Kältemittelstrahler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Wärmeaustauschabschnitt, der die Rohr (121) umfasst, aufgebaut ist, um Wärme abzustrahlen, bis von dem Kompressor (11) ausgestoßenes gasphasiges Kältemittel in flüssigphasiges Kältemittel übergeht, und die Rohre (121) mit einem Neigungswinkel θ zwischen einer Strömungsrichtung von Kältemittel, das in den Rohren (121) strömt und der horizontalen Richtung geneigt sind, und aufgebaut sind, um die folgende Formeln zu erfüllen, wenn der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 0 bis 90 Grad ist. Re ≥ A × X⁶ + B × X⁵ + C × X⁴ + D × X³ + E × X² + F × X + G A = –0,0537 × θ² + 9,7222 × θ + 407,19 B = –(–0,2093 × θ² + 37,88 × θ + 1586,3) C = –0,3348 × θ² + 60,592 × θ + 2538,1 D = –(–0,2848 × θ² + 5153 × θ + 2158,2 E –0,1402 × θ² + 25,365 × θ + 1062,8 F = –(–0,0418 x θ² + 7,5557 × θ + 316,46 G = –0,0132 × θ² + 2,3807 × θ + 99,73 wobei X ein Kältemitteltrockenheitsgrad an einer vorgegebenen Position der Rohre (121) ist, an der gasförmig-flüssiges Zweiphasenkältemittel strömt, und Re eine Reynolds-Zahl an der vorgegebenen Position ist, die basierend auf einer durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit (m/s) von in den Rohren (121) strömendem Kältemittel berechnet wird.
Kältemittelstrahler gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rohre (121) einen Rohrabschnitt umfassen, in dem Kältemittel nach unten strömt.
Kältemittelstrahler gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, der ferner umfasst: einen Sammelrohrbehälter (122, 123), der sich in einer Stapelrichtung der Rohre (121) erstreckt und an wenigstens einer Seite der Rohre (121) in einer Längsrichtung der Rohre (121) angeordnet ist, um Kältemittel zu sammeln und zu verteilen.
Kältemittelstrahler gemäß Anspruch 7, wobei ein Innenraum des Sammelrohrbehälters (123) in mehrere Räume (123d, 123e) getrennt ist, einer der getrennten Räume (123d) auf einer Seite des Sammelrohrbehälters (123) einen Kältemitteleinlass umfasst, der Kältemittel einleitet, und ein anderer der getrennten Räume (123e) auf der anderen Seite des Sammelrohrbehälters (123) einen Kältemittelauslass umfasst, der Kältemittel auslässt.
Kältemittelstrahler gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Rohre (121) in einer Luftströmungsrichtung (A) in mehreren Schichten angeordnet sind.
Kältemittelstrahler gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rohre (121) eine erste Rohrgruppe (121a), wo Kältemittel von einer Unterseite nach oben strömt, und eine zweite Rohrgruppe (121b), wo Kältemittel von einer Oberseite nach unten strömt, umfassen.
Kältemittelstrahler gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Rohre (121) derart angeordnet sind, dass Kältemittel in allen Rohren (121) in die gleiche Richtung strömt.
Kältemittelstrahler gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in einem Fall, in dem der Kältemittelkreislauf (10) für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird, der Raum ein Innenraum eines Fahrzeugraums ist, wobei die erste Luft Innenluft des Fahrzeugraums ist, und die zweite Luft Luft außerhalb des Fahrzeugraums ist.