DE102013111515B4

DE102013111515B4 - Klimaanlage für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013111515B4
Application number: DE102013111515.2A
Authority: DE
Inventors: Jae Yeon Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2033-10-19
Also published as: CN103808055B; US9440512B2; KR20140059616A; KR101416369B1; DE102013111515A1; CN103808055A; US20140124159A1

Abstract

Eine Klimaanlage (100, 200, 300, 400) für ein Fahrzeug, aufweisend:einen Kühlkreislauf, der einen Radiator (102, 202, 302, 402), welcher an einer Vorderseite eines Fahrzeugs angeordnet ist, ein Kühlgebläse (104, 204, 304), das eingerichtet ist, um Wind zum Radiator (102, 202, 302, 402) zu befördern, einen Reservoir-Tank (106), der durch eine Kühlleitung (101, 201, 301, 401) mit dem Radiator (102, 202, 302, 402) verbunden ist, um eine Kühlflüssigkeit zu speichern, sowie eine Wasserpumpe (108, 208, 306, 406), die an der Kühlleitung (101, 201, 301, 401) angeordnet ist, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren, aufweist,einen wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410), der zwischen dem Radiator (102, 202, 302, 402) und dem Reservoir-Tank (106) mit der Kühlleitung (101, 201, 301, 401) verbunden ist und in den die Kühlflüssigkeit fließt und der eingerichtet ist, ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem ein überhitztes dampfförmiges Kältemittel, Gas und Flüssigkeit aus einem Kältemittelkreislauf gemischt sind, durch Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit zu kondensieren,einen luftgekühlten Kondensator (120, 220), der durch eine Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) mit dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) in Reihe verbunden ist und in den ein kondensiertes Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) fließt und der an einer Vorderseite des Radiators (102, 202, 302, 402) angeordnet ist, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) abzuführen, und der eingerichtet ist, nur ein flüssiges Kältemittel zu erhalten, aus dem ein gasförmiges Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners (130, 230, 330, 430) getrennt ist, um das kondensierte Kältemittel zu einem Expansionsventil (112, 212, 312, 412) abzuführen,wobei der Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) durch die Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) mit dem luftgekühlten Kondensator (120, 220) verbunden ist, undwobei das Kältemittel aufeinanderfolgend von dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) direkt zu dem luftgekühlten Kondensator (120, 220), dann zu dem Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) und dann zurück zu dem luftgekühlten Kondensator (120, 220) fließt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Klimaanlage für ein Fahrzeug (z.B. Kraftfahrzeug) und insbesondere eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, die die gesamte Kühlleistung erhöht, indem eine Kondensationsrate eines Kältemittels durch gemeinsames Anwenden eines wassergekühlten Kondensators unter Verwendung einer Kühlflüssigkeit und eines luftgekühlten Kondensators unter Verwendung von Außenluft bei der Kondensation des Kältemittels erhöht wird.
Hintergrund der Erfindung
Im Allgemeinen hält eine Klimaanlage eines Fahrzeugs eine angenehme Innenraumumgebung aufrecht, indem die Innenraumtemperatur des Fahrzeugs bei einer angemessenen Temperatur ungeachtet der Außentemperatur beibehalten wird.
Die Klimaanlage des Fahrzeugs weist einen Kompressor zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator zur Kondensation und Verflüssigung des von dem Kompressor komprimierten Kältemittels, ein Expansionsventil zur raschen Expansion (bzw. Volumenausdehnung) des von dem Kondensator kondensierten und verflüssigten Kältemittels sowie einen Verdampfer auf, der angeordnet ist, um die in das Fahrzeug, in welchem die Klimaanlage installiert ist, eingeblasene Luft zu kühlen, indem (latente) Verdampfungswärme des Kältemittels während des Verdampfens des von dem Expansionsventil expandierten Kältemittels verwendet wird, wie beispielsweise gezeigt ist in FR 2 967 759 A1 ; DE 103 41 700A1 , KR 10 2012 0 086 763 A ; DE 10 2004 001 233 A1 ; DE 10 2009 060 860 A1 oder DE 10 2009 048 674 A1 .
Gemäß der bezogenen Technik tauscht das Kühlwasser in dem Kondensator Wärme mit dem Kältemittel aus, wenn ein wassergekühlter Kondensator zur Kondensation des Kältemittels durch Kühlen angewendet wird. Allerdings wird aufgrund einer Temperaturerhöhung des Kältemittels an einem Auslass (bzw. Austritt) des Kondensators der Energieverbrauch (z.B. Stromverbrauch) erhöht.
Weil der wassergekühlte Kondensator eine größere Wärmekapazität eines Kühlwassers als die des luftgekühlten Kondensators hat, ist dessen Kondensationsdruck niedrig. Allerdings ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlwasser und dem Kältemittel klein, und die Temperatur des Kühlwassers ist höher als die der Außenluft, so dass eine Unterkühlung (engl. sub cool) schwierig zu bilden ist, wodurch die generelle Kühlleistung der Klimaanlage vermindert wird.
Ferner verringert sich die Kondensationsmenge des Kühlwassers in einem umweltfreundlichen Fahrzeug, auf das ein (Elektro-)Motor, eine elektrische Leistungskomponente, ein Brennstoffzellen-Stack (bzw. Brennstoffzellen-Stapel) und dergleichen angewendet wird, weil das Kühlwasser jeden (einzelnen) Bestandteil (bzw. jedes konstituierende Element) kühlt und in einen Kondensator fließt und somit/dadurch die Kühlwasser-Temperatur erhöht.
Um die obigen Nachteile zu adressieren, besteht ein Bedarf für eine Kühlwanne und einen Radiator mit großer Kapazität, aber diese haben den Nachteil, dass sie einen engen Motorraum schaffen und Gewicht sowie Herstellungskosten eines Fahrzeugs erhöhen.
Die obigen Informationen, welche in dem Abschnitt „Hintergrund der Erfindung“ offenbart sind, dienen lediglich dem verbesserten Verständnis des Hintergrundes der Offenbarung und können folglich Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, bilden.
Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Klimaanlage für ein Fahrzeug (z.B. ein Kraftfahrzeug) bereit, um die Kühlleistung zu verbessern, indem der Kondensationsdruck reduziert wird und die Kondensationsleistung (bzw. das Kondensationsvermögen) eines Kältemittels durch gemeinsamen Einsatz eines wassergekühlten Kondensators unter Verwendung eines Kühlwassers und eines luftgekühlten Kondensators unter Verwendung von Außenluft bei der Kondensation des Kältemittels erhöht wird.
Ein Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Kühlkreislauf, der einen Radiator, welcher an einer Vorderseite eines Fahrzeugs (z.B. eines Kraftfahrzeugs) angeordnet ist, ein Kühlgebläse, das eingerichtet ist, um Wind zum Radiator zu befördern, einen Reservoir-Tank (bzw. Speichertank oder Sammeltank), der durch eine Kühlleitung mit dem Radiator verbunden ist, um eine Kühlflüssigkeit zu speichern, sowie eine Wasserpumpe, die an der Kühlleitung angeordnet ist, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren, aufweist. Ein wassergekühlter Kondensator, in den die Kühlflüssigkeit fließt, ist zwischen dem Radiator und dem Reservoir-Tank mit der Kühlleitung verbunden, und kondensiert (bzw. verflüssigt) ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem ein überhitztes dampfförmiges Kältemittel (bzw. Dampf-Kältemittel), Gas und Flüssigkeit aus einem Kompressor des Klimaanlagenmittels gemischt sind, durch Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit. Ein luftgekühlter Kondensator, in den ein kondensiertes Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator fließt, ist durch eine Kältemittelleitung mit dem wassergekühlten Kondensator in Reihe (bzw. hintereinander) verbunden, und an einer Vorderseite des Radiators angeordnet, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren (bzw. zu verflüssigen) und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner (z.B. Filter-Trockner) abzuführen. Der luftgekühlte Kondensator erhält nur ein flüssiges Kältemittel, aus dem ein gasförmiges Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners getrennt wird/ist, um das kondensierte Kältemittel zu einem Expansionsventil abzuführen.
Der Kältemittelkreislauf kann aufweisen: ein Expansionsventil zur Expansion des kondensierten Kältemittels, einen Verdampfer zum Verdampfen des expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch mit Luft und den Kompressor zum Komprimieren des verdampften gasförmigen Kältemittels, die miteinander durch die Kältemittelleitung verbunden sind. Der Kältemittelkreislauf kann das aus dem Kompressor abgeführte, komprimierte Kältemittel kondensieren, indem es das abgeführte Kältemittel sequenziell den wassergekühlten Kondensator und den luftgekühlten Kondensator, die miteinander durch die Kältemittelleitung verbunden sind, durchströmen lässt.
Der Sammler-Trockner (bzw. Filter-Trockner) kann durch die Kältemittelleitung mit dem luftgekühlten Kondensator verbunden sein und kann separat vorgesehen sein.
Ein durch die Kühlleitung verbundener Heizkörper, in den eine den wassergekühlten Kondensator durchströmende Kühlflüssigkeit fließt, kann zwischen dem wassergekühlten Kondensator und dem Radiator angeordnet sein.
Der Heizkörper kann eine elektrische Leistungskomponente, einen (Elektro-)Motor oder einen Brennstoffzellen-Stack (bzw. Brennstoffzellen-Stapel) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs sowie einen wassergekühlten Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) eines Verbrennungsmotor-Fahrzeugs aufweisen.
Ein weiterer Radiator für einen Verbrennungsmotor zum Kühlen eines Verbrennungsmotors in einem Verbrennungsmotor-Fahrzeug kann zwischen dem Radiator und dem Kühlgebläse vorgesehen sein.
Eine Klimaanlage gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug weist auf: ein Expansionsventil zur Expansion eines flüssigen Kältemittels, einen Verdampfer zum Verdampfen eines durch das Expansionsventil expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch mit Luft sowie einen Kompressor zum Erhalten eines gasförmigen Kältemittels aus/von dem Verdampfer und zum Komprimieren des gasförmigen Kältemittels, die miteinander durch eine Kältemittelleitung verbunden sind.
Die Klimaanlage weist auf: einen Kühlkreislauf, der einen Radiator, welcher an einer Vorderseite eines Fahrzeugs angeordnet ist, ein Kühlgebläse, das eingerichtet ist, um Wind zum Radiator zu befördern, sowie eine Wasserpumpe aufweist, die durch die Kühlleitung verbunden ist und eingerichtet ist, eine Kühlflüssigkeit zu zirkulieren. Ein wassergekühlter Kondensator, in den die Kühlflüssigkeit fließt, ist zwischen dem Radiator und der Wasserpumpe mit der Kühlleitung verbunden und eingerichtet, ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem ein überhitztes dampfförmiges Kältemittel, Gas und Flüssigkeit aus einem Kompressor gemischt sind, durch Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit zu kondensieren (bzw. zu verflüssigen), und an einer Seite des Radiators in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet. Ein luftgekühlter Kondensator, in den das kondensierte Kältemittel aus/von dem wassergekühlten Kondensator fließt, ist durch eine Kältemittelleitung mit dem wassergekühlten Kondensator in Reihe (bzw. hintereinander) verbunden, und an einer Vorderseite des Radiators angeordnet, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren (bzw. zu verflüssigen) und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner abzuführen. Der luftgekühlte Kondensator erhält ein flüssiges Kältemittel, aus dem ein gasförmiges Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners getrennt ist, um das erhaltene flüssige Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft zusätzlich zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Expansionsventil abzuführen.
Ein durch die Kühlleitung verbundener Heizkörper, in den eine den wassergekühlten Kondensator durchströmende Kühlflüssigkeit fließt, kann zwischen dem wassergekühlten Kondensator und der Wasserpumpe angeordnet sein.
Der Heizkörper kann eine elektrische Leistungskomponente, einen (Elektro-)Motor oder ein Brennstoffzellen-Stack (bzw. Brennstoffzellen-Stapel) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs sowie einen wassergekühlten Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) eines Verbrennungsmotor-Fahrzeugs aufweisen.
Der Sammler-Trockner kann separat am wassergekühlten Kondensator vorgesehen sein und durch die Kältemittelleitung mit dem luftgekühlten Kondensator verbunden sein.
Die das Kältemittel kondensierenden (bzw. verflüssigenden) Kondensatoren sind jeweils als wassergekühlter Typ und als luftgekühlter Typ ausgestaltet, um gemeinsam angewendet zu werden, so dass der wassergekühlte Kondensator das überhitzte dampfförmige Kältemittel und das Zweiphasengebiet-Kältemittel (das gemischte Kältemittel aus Gas und Flüssigkeit) kondensiert (bzw. verflüssigt). Der luftgekühlte Kondensator kondensiert sekundär (bzw. zusätzlich) das flüssige Kältemittel, das den Sammler-Trockner in einem Zustand durchströmt, in dem das Zweiphasengebiet-Kältemittel erneut zusätzlich kondensiert ist, wodurch die Kondensationsleistung (bzw. das Kondensationsvermögen) des Kältemittels erhöht wird und die generelle Kühlleistung verbessert wird.
Die Arbeitslast des Kompressors kann durch die Verringerung des Kondensationsdrucks des Kältemittels verringert werden, wodurch die Betriebskraftstoffeffizienz verbessert wird.
Der luftgekühlte Kondensator kann durch Einsatz des wassergekühlten Kondensators in der Größe verkleinert werden, so dass die Kühlleistung durch Erhöhen eines passierenden Luftvolumens des Radiators und einer Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem flüssigen Kältemittel verbessert wird, wodurch es vorteilhaft ist, um die Unterkühlung (engl. sub cool) des Kältemittels zu bilden.
Die Verbesserung der Kühlleistung des Radiators reduziert die Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung und somit kann eine Wassertemperatur eines zirkulierten Kühlwassers reduziert werden, so dass das Kühlwasser ohne Erhöhung der Kapazität des Radiators und des Kühlgebläses effizient gekühlt werden kann und Gewicht und Herstellungskosten verbessert werden. Der Aufbau im engen Motorraum ist vereinfacht, so dass das Platzangebot verbessert und Gewicht und Herstellungskosten verbessert sind.
Ferner können, wenn die vorliegende Offenbarung auf ein umweltfreundliches Fahrzeug wie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug oder ein Elektrofahrzeug angewendet wird, der Heizkörper, wie die elektrische Leistungskomponente, ein (Elektro-)Motor und ein Brennstoffzellen-Stack oder ein Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) eines Verbrennungsmotor-Fahrzeugs sowie das Klimaanlagen-Kältemittel durch Verwendung des integrierten Radiators gekühlt werden, wodurch die Kühlleistung verbessert wird und die Konfiguration (bzw. Anordnung) vereinfacht wird.
Figurenliste
Die Zeichnungen sind zur Bezugnahme, um die exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben und sollen nicht so ausgelegt werden, dass der technische Sinn der vorliegenden Offenbarung auf die beigefügten Zeichnungen beschränkt ist.

1 ist ein Blockdiagramm einer Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Blockdiagramm einer Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Blockdiagramm einer Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß einer dritten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Blockdiagramm einer Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß einer vierten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend wird die vorliegende Offenbarung näher bzw. umfassender mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen exemplarische Ausführungsformgen gezeigt sind.
Die in der Beschreibung erläuterten exemplarischen Ausführungsformen und die in den Zeichnungen verdeutlichte Konfiguration (bzw. Anordnung) sind lediglich die exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und stellen nicht alles vom technischen Sinn(gehalt) der vorliegenden Offenbarung dar, und somit gibt es verschiedene Äquivalente und Modifikationsbeispiele, die mit den exemplarischen, in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Ausführungsformen sowie in den Zeichnungen zum Zeitpunkt der Anmeldung der vorliegenden Offenbarung verdeutlichten Konfigurationen austauschbar sind.
Außerdem wird in der Beschreibung, solange nicht explizit das Gegenteil beschrieben wird, das Word „aufweisen“ und Variationen wie „weist auf“ oder „aufweisend“ so verstanden, die Einbeziehung der genannten Elemente zu bedeuten, aber nicht die Ausschließung von jedweden anderen Elementen.
1 ist ein Bockdiagramm einer Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 1 verbessert eine Klimaanlage 100 für ein Fahrzeug (z.B. Kraftfahrzeug) durch Reduzierung des Kondensationsdrucks die Kühlleistung und erhöht die Kondensationsleistung eines Kältemittels, indem ein wassergekühlter Kondensator unter Verwendung eines Kühlwassers und ein luftgekühlter Kondensator unter Verwendung von Außenluft bei der Kondensation des Kältemittels gemeinsam eingesetzt werden.
Zu diesem Zweck weist die Klimaanlage 100 für das Fahrzeug einen Kühlkreislauf, einen wassergekühlten Kondensator 110 und einen luftgekühlten Kondensator 120 auf, und jeder Bestandteil (bzw. jedes konstituierende Element) wird im Näheren unten beschrieben.
Der Kühlkreislauf weist einen Radiator 102, der an einer Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist, und ein Kühlgebläse 104 zum Befördern von Wind zum Radiator 102 auf.
Das Kühlgebläse 104 ist mit einer Steuervorrichtung verbunden, die hier nicht dargestellt ist, so dass das Luftvolumen gemäß einem Zustand des Fahrzeugs und einer Temperatur eines Kühlwassers oder einer Kühlflüssigkeit eingestellt werden kann.
Der Kühlkreislauf weist ferner einen Reservoir-Tank 106, der durch eine Kühlleitung 101, durch die eine Kühlflüssigkeit fließt, mit dem Radiator 102 verbunden ist, um die Kühlflüssigkeit zu speichern, sowie eine Wasserpumpe 108 auf, die an der Kühlleitung 101 vorgesehen ist, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren.
Die Kühlflüssigkeit kann ein Kühlwasser aufweisen.
Ein Radiator 103 zum Kühlen eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug kann ferner zwischen dem Radiator 102 und dem Kühlgebläse 104 vorgesehen sein.
Der Radiator 103 für den Verbrennungsmotor ist durch eine Kühlleitung, die von der in dem Kühlungsmittel einbezogenen (bzw. enthaltenen) Kühlleitung 101 getrennt ist, mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Der Radiator 103 kühlt die in dem Verbrennungsmotor erzeugte Wärme und die erhitzte Kühlflüssigkeit mit Außenluft und durch einen Betrieb des Kühlgebläses 104 und führt die gekühlte Kühlflüssigkeit erneut zu.
Der wassergekühlte Kondensator 110 ist zwischen dem Radiator 102 und dem Reservoir-Tank 106 mit der Kühlleitung 101 verbunden, so dass die Kühlflüssigkeit einfließt. Ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem überhitztes dampfförmiges Kältemittel, Gas und Flüssigkeit gemischt sind, fließt durch eine Kältemittelleitung 111 ein, durch die das Kältemittel aus dem Kompressor 116 fließt. Der wassergekühlte Kondensator 110 kondensiert das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem Kältemittel.
Der Kältemittelkreislauf weist ein Expansionsventil 112 zur Expansion des kondensierten Kältemittels, einen Verdampfer 114 zum Verdampfen des expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch zwischen dem expandierten Kältemittel und Luft sowie einen Kompressor 116 zum Komprimieren des Kältemittels in einem verdampften Gaszustand auf, die miteinander durch Kältemittelleitungen 111 verbunden sind.
Der Kältemittelkreislauf kondensiert das aus dem Kompressor 116 abgeführte, komprimierte Kältemittel, indem es das Kältemittel sequenziell den wassergekühlten Kondensator 110 und den luftgekühlten Kondensator 120, die miteinander durch die Kältemittelleitung 111 verbunden sind, durchströmen lässt.
Der luftgekühlte Kondensator 120 ist durch die Kältemittelleitung 111 mit dem wassergekühlten Kondensator 110 in Reihe (bzw. hintereinander) verbunden, so dass das kondensierte flüssige Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator 110 in den luftgekühlten Kondensator 120 fließt.
Der luftgekühlte Kondensator 120 ist an der Vorderseite des Radiators 102 angeordnet, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner 130 abzuführen.
Der luftgekühlte Kondensator 120 erhält nur das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners 130 getrennt ist, und kondensiert zusätzlich das erhaltene flüssige Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft, um das Kältemittel zum Expansionsventil 112 abzuführen.
Der Sammler-Trockner 130, der ein in dem kondensierten Kältemittel verbliebenes gasförmiges Kältemittel trennt, kann durch die Kältemittelleitung 111 mit dem luftgekühlten Kondensator 120 verbunden sein und kann separat vorgesehen sein.
Der Sammler-Trockner 130 trennt ein nicht-kondensiertes gasförmiges Kältemittel, das in dem von dem luftgekühlten Kondensator 120 kondensierten Kältemittel enthalten ist und nicht in der Phase umgewandelt wird, aus dem flüssigen Kältemittel und führt das getrennte Kältemittel erneut dem luftgekühlten Kondensator 120 zu.
Der luftgekühlte Kondensator 120 erhält ein Zweiphasen-Kältemittel (ein gemischtes Kältemittel aus Flüssigkeit und Gas), das zuerst durch den wassergekühlten Kondensator 110 kondensiert ist, und kondensiert das erhaltene Zweiphasen-Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft und führt das kondensierte Kältemittel zum Sammler-Trockner 130 ab.
Das heißt, dass der Sammler-Trockner 130 das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, das in dem eingeführten Kältemittel enthalten ist, aus dem flüssigen Kältemittel trennt, und nur das flüssige Kältemittel durch die Kältemittelleitung 111 in den luftgekühlten Kondensator 120 strömen lässt. In diesem Fall kann der Sammler-Trockner 130 auch in dem Kältemittel enthaltene Fremdkörper filtern.
Dann kondensiert der luftgekühlte Kondensator 120 das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel, welches nicht in der Phase umgewandelt ist, von dem Sammler-Trockner 130 durch Wärmeaustausch mit der Außenluft erneut getrennt ist, wodurch die Kondensationseffizienz des Kältemittels verbessert wird.
Der wassergekühlte Kondensator 110 kühlt das Kältemittel unter Verwendung eines Kühlwassers, das einen größeren Wärmeübergangskoeffizienten (bzw. Wärmeübertragungskoeffizienten) als den von Außenluft hat, wodurch der Kondensationsdruck im Inneren des wassergekühlten Kondensators 110 verringert wird.
Der luftgekühlte Kondensator 120 kondensiert zuerst das beim Durchströmen des wassergekühlten Kondensators 110 kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft, lässt das kondensierte Kältemittel in den Sammler-Trockner 130 fließen und erhält nur das flüssige Kältemittel wieder. Der luftgekühlte Kondensator 120 kühlt dann das erhaltene flüssige Kältemittel, indem Außenluft erneut in einem Zustand verwendet wird, in dem das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, welches in dem flüssigen Kältemittel enthalten ist, getrennt ist, so dass die Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem Kältemittel erhöht wird, wodurch es vorteilhaft ist, um Unterkühlung (engl. sub cool) zu bilden, und eine Wärmeaustauschmenge (bzw. Wärmeübertragungsmenge) der Kühlleitung 101 verringert wird.
Das heißt, dass die Klimaanlage 100 für das Fahrzeug den wassergekühlten Kondensator 110 und den luftgekühlten Kondensator 120 gemeinsam einsetzt, um die Nachteile gemäß jedem Typ zu ergänzen, indem die Kondensationsdruckverringerung, die der Vorteil des wassergekühlten Typs ist, und das zweckmäßige Bilden der Unterkühlung (engl. sub cool), welches der Vorteil des luftgekühlten Typs ist, effizient genutzt werden, wodurch die generelle Kühlleistung der Klimaanlage 100 verbessert wird.
Die das Kältemittel kondensierenden Kondensatoren 110 und 120 sind jeweils als wassergekühlter Typ und als luftgekühlter Typ ausgestaltet, um gemeinsam angewendet zu werden, so dass der wassergekühlte Kondensator 110 das überhitzte dampfförmige Kältemittel und das Zweiphasen-Kältemittel (das gemischte Kältemittel aus Gas und Flüssigkeit) kondensiert. Der luftgekühlte Kondensator 120 kondensiert sekundär (bzw. zusätzlich) das flüssige Kältemittel, das den Sammler-Trockner 130 in einem Zustand durchströmt, in dem das Zweiphasen-Kältemittel erneut zusätzlich kondensiert ist, wodurch die Kondensationsleistung des Kältemittels erhöht wird und die generelle Kühlleistung verbessert wird.
Die Arbeitslast des Kompressors wird durch Verringerung des Kondensationsdrucks des Kältemittels verringert, wodurch die Betriebskraftstoffeffizienz verbessert wird.
Der luftgekühlte Kondensator 120 kann durch Einsatz des wassergekühlten Kondensators 110 in der Größe verkleinert werden. Die Kühlleistung kann durch Erhöhen eines passierenden Luftvolumens des Radiators 102 verbessert werden, und gleichzeitig kann eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem flüssigen Kältemittel erhöht werden, wodurch es vorteilhaft ist, um die Unterkühlung (engl. sub cool) des Kältemittels zu bilden.
Ferner verringert die Verbesserung der Kühlleistung des Radiators 102 die Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung 101 und die Wassertemperatur des zirkulierten Kühlwassers kann verringert werden, und somit wird das Kühlwasser ohne Erhöhung einer Kapazität des Radiators 102 und des Kühlgebläses 104 gekühlt. Die Anordnung (bzw. das Layout) im Inneren des engen Motorraumes wird vereinfacht, und dadurch werden die Bauraumverfügbarkeit, das Gewicht und die Herstellungskosten verbessert.
2 ist ein Blockdiagramm einer Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 2 verbessert eine Klimaanlage 200 für ein Fahrzeug, die auf ein umweltfreundliches Fahrzeug wie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, ein Elektrofahrzeug und dergleichen angewendet wird, die Kühlleistung, indem der Kondensationsdruck reduziert wird und die Kondensationsleistung des Kältemittels durch gemeinsamen Einsatz des wassergekühlten Kondensators unter Verwendung eines Kühlwassers und des luftgekühlten Kondensators unter Verwendung von Außenluft bei einer Kondensation eines Kältemittels erhöht wird.
Die Klimaanlage 200 für das Fahrzeug gemäß der zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist einen Kühlkreislauf, einen ersten Kondensator 210 und einen zweiten Kondensator 220 auf.
Der Kühlkreislauf weist einen Radiator 202, der an einer Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet ist, ein Kühlgebläse 204 zum Befördern von Wind zum Radiator 202, einen Reservoir-Tank 206, der durch eine Kühlleitung 201, durch die eine Kühlflüssigkeit fließt, mit dem Radiator 202 verbunden ist, um die Kühlflüssigkeit zu speichern, sowie eine Wasserpumpe 208 auf, die an der Kühlleitung 201 angeordnet ist, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren.
Das Kühlgebläse 204 ist mit einer Steuervorrichtung verbunden, welche hier nicht dargestellt ist, so dass ein Luftvolumen gemäß einem Zustand des Fahrzeugs und einer Temperatur des Kältemittels oder der Kühlflüssigkeit eingestellt werden kann, und die Kühlflüssigkeit kann ein Kühlwasser aufweisen.
Der wassergekühlte Kondensator 210 ist zwischen dem Radiator 202 und dem Reservoir-Tank 206 mit der Kühlleitung 201 verbunden, so dass die Kühlflüssigkeit einfließt. Ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem ein überhitztes dampfförmiges Kältemittel, ein Gas und eine Flüssigkeit gemischt sind, fließt in eine Kältemittelleitung 211 ein, durch die das Kältemittel aus dem Kompressor 216 fließt, so dass der wassergekühlte Kondensator 210 zuerst das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem Kältemittel kondensiert.
Der Kältemittelkreislauf weist ein Expansionsventil 212 zur Expansion des kondensierten Kältemittels, einen Verdampfer 214 zum Verdampfen des expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch zwischen dem expandierten Kältemittel und Luft sowie einen Kompressor 216 zum Komprimieren des Kältemittels in einen verdampften gasförmigen Zustand auf, die miteinander durch die Kältemittelleitung 211 verbunden sind.
Der Kältemittelkreislauf kondensiert das aus dem Kompressor 216 abgeführte, komprimierte Kältemittel, indem es das Kältemittel sequenziell den wassergekühlten Kondensator 210 und den luftgekühlten Kondensator 220, die miteinander durch die Kältemittelleitung 211 verbunden sind, durchströmen lässt.
Der luftgekühlte Kondensator 220 ist durch die Kältemittelleitung 211 mit dem wassergekühlten Kondensator 210 in Reihe (bzw. hintereinander) verbunden, so dass das kondensierte flüssige Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator 210 einfließt. Der luftgekühlte Kondensator 220 ist an der Vorderseite des Radiators 202 angeordnet, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner 230 abzuführen.
Der luftgekühlte Kondensator 220 erhält nur das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners 230 getrennt ist, und kondensiert zusätzlich das erhaltene flüssige Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft, um das Kältemittel zum Expansionsventil 212 abzuführen.
Der Sammler-Trockner 230, der ein in dem kondensierten Kältemittel verbliebenes, gasförmiges Kältemittel trennt, kann durch die Kältemittelleitung 211 mit dem luftgekühlten Kondensator 220 verbunden sein und kann separat vorgesehen sein. Der Sammler-Trockner 230 trennt ein nicht-kondensiertes gasförmiges Kältemittel, das in dem von dem luftgekühlten Kondensator 220 kondensierten Kältemittel enthalten ist und nicht in der Phase umgewandelt ist, aus dem flüssigen Kältemittel und führt das getrennte Kältemittel erneut dem luftgekühlten Kondensator 220 zu.
Ein durch die Kühlleitung 201 verbundener Heizkörper 240, in den das den wassergekühlten Kondensator 210 durchströmende Kühlwasser fließt, kann zwischen dem wassergekühlten Kondensator 210 und dem Radiator 202 angeordnet sein. Der Heizkörper 240 kann eine elektrische Leistungskomponente, einen (Elektro-)Motor oder einen Brennstoffzellen-Stack (bzw. Brennstoffzellen-Stapel), die auf ein umweltfreundliches Fahrzeug, wie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug und ein Elektrofahrzeug angewendet werden, sowie einen wassergekühlten Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) aufweisen, welcher auf ein Verbrennungsmotor-Fahrzeug angewendet wird.
Das heißt, dass die von dem Heizkörper 240 erzeugte Wärme durch Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser, das durch einen Betrieb der Wasserpumpe 208 in der Kühlleitung 201 zirkuliert, gekühlt wird und aus dem wassergekühlten Kondensator 210 abgeführt wird.
Dementsprechend kühlt das Kühlwasser den Heizkörper 240, fließt erneut in den Radiator 202 und wird in einem erwärmten (bzw. erhitzten) Zustand durch den Betrieb der Wasserpumpe 208 während des Zirkulierens in der Kühlleitung 201 gekühlt. Das Kühlwasser wird in dem Reservoir-Tank 206 durch den Betrieb der Wasserpumpe 208 gespeichert und in den wassergekühlten Kondensator 210 geströmt, um mit dem Kältemittel einen Wärmeaustausch zu durchlaufen, und der Vorgang (bzw. Betrieb) wird wiederholt.
Der luftgekühlte Kondensator 220 erhält durch den wassergekühlten Kondensator 210 das erste kondensierte Zweiphasen-Kältemittel (ein gemischtes Kältemittel aus einer Flüssigkeit und einem Gas), kondensiert das Zweiphasen-Kältemittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft und führt das kondensierte Kältemittel zum Sammler-Trockner 230 ab.
Der Sammler-Trockner 230 trennt das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, das in dem einfließenden Kältemittel enthalten ist, aus dem flüssigen Kältemittel, und lässt nur das flüssige Kältemittel durch die Kältemittelleitung 211 erneut in den luftgekühlten Kondensator 220 fließen. In diesem Fall kann der Sammler-Trockner 230 auch in dem Kältemittel enthaltene Fremdkörper filtern.
Dann kondensiert der luftgekühlte Kondensator 220 das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel, welches nicht in der Phase umgewandelt ist, von dem Sammler-Trockner 230 durch Wärmeaustausch mit Außenluft erneut getrennt ist, wodurch die Kondensationseffizienz des Kältemittels verbessert wird.
In der Klimaanlage 200 kühlt der wassergekühlte Kondensator 210 das Kältemittel durch Verwendung des Kühlwassers, das einen größeren Wärmeübergangskoeffizienten (bzw. Wärmeübertragungskoeffizienten) als den von Außenluft hat, wodurch der Kondensationsdruck im Inneren des wassergekühlten Kondensators 210 verringert wird.
Ferner kondensiert zuerst der luftgekühlte Kondensator 220 das Kältemittel, das beim Durchströmen des wassergekühlten Kondensators 210 durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensiert ist, lässt das kondensierte Kältemittel in den Sammler-Trockner 230 fließen, erhält nur das flüssige Kältemittel und kühlt erneut das erhaltene flüssige Kältemittel durch Verwendung von Außenluft in einem Zustand, in dem das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, das in dem flüssigen Kältemittel enthalten ist, getrennt ist. Eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem Kältemittel kann erhöht werden, wodurch es vorteilhaft ist, eine Unterkühlung (engl. sub cool) zu bilden, und eine Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung 201 verringert wird.
Die Klimaanlage 200 für das Fahrzeug setzt den wassergekühlten Kondensator 210 und den luftgekühlten Kondensator 220 gemeinsam ein, um die Nachteile gemäß jedem Typ zu ergänzen, indem die Kondensationsdruckverringerung, die der Vorteil des wassergekühlten Typs ist, und das Bilden der Unterkühlung (engl. sub cool), welches der Vorteil des luftgekühlten Typs ist, effizient genutzt werden, wodurch die generelle Kühlleistung der Klimaanlage 200 verbessert wird.
Die das Kältemittel kondensierenden Kondensatoren 210 und 220 sind jeweils als wassergekühlter Typ und als luftgekühlter Typ ausgestaltet, um gemeinsam angewendet zu werden. Der wassergekühlte Kondensator 210 kondensiert das überhitzte dampfförmige Kältemittel und das Zweiphasengebiet-Kältemittel (das gemischte Kältemittel aus Gas und Flüssigkeit). Der luftgekühlte Kondensator 220 kondensiert sekundär (bzw. zusätzlich) das flüssige Kältemittel, das den Sammler-Trockner 230 in einem Zustand durchströmt, in dem das Zweiphasengebiet-Kältemittel erneut zusätzlich kondensiert ist, wodurch die Kondensationsleistung des Kältemittels erhöht wird und die generelle Kühlleistung verbessert wird.
Die Arbeitslast des Kompressors wird durch Verringerung des Kondensationsdrucks des Kältemittels verringert, wodurch die Betriebskraftstoffeffizienz verbessert wird.
Der luftgekühlte Kondensator 220 kann durch Einsatz des wassergekühlten Kondensators 210 in der Größe verkleinert werden, so dass die Kühlleistung durch Erhöhen des Luftvolumens des Radiators 202 verbessert wird. Die Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem flüssigen Kältemittel kann gleichzeitig erhöht werden, wodurch es vorteilhaft ist, die Unterkühlung (engl. sub cool) des Kältemittels zu bilden.
Die Verbesserung der Kühlleistung des Radiators 202 verringert die Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung 201. Die Wassertemperatur des zirkulierten Kühlwassers kann reduziert werden, um das Kühlwasser ohne Erhöhung einer Kapazität des Radiators 202 und des Kühlgebläses 204 effizient zu kühlen, und die Anordnung im Inneren des engen Motorraumes zu vereinfachen, so dass die Bauraumverfügbarkeit verbessert wird und Gewicht sowie Herstellungskosten verringert werden.
Ferner können, wenn die vorliegende Offenbarung auf ein umweltfreundliches Fahrzeug wie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug und ein Elektrofahrzeug angewendet wird, der Heizkörper 240, wie die elektrische Leistungskomponente, der (Elektro-)Motor und der Brennstoffzellen-Stack oder der Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) des Verbrennungsmotor-Fahrzeugs, sowie das Klimaanlagen-Kältemittel durch Verwendung des einen integrierten Radiators 202 gekühlt werden, wodurch die Kühlleistung verbessert wird und die Konfiguration (bzw. Anordnung) vereinfacht wird.
3 ist ein Blockdiagramm eines Klimaanlagensystems für ein Fahrzeug gemäß einer dritten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 3 verbessert eine Klimaanlage 300 für ein Fahrzeug gemäß der dritten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durch Reduzierung des Kondensationsdrucks die Kühlleistung und erhöht die Kondensationsleistung (bzw. das Kondensationsvermögen) eines Kältemittels durch gemeinsames Anwenden eines wassergekühlten Kondensators unter Verwendung eines Kühlwassers und eines luftgekühlten Kondensators unter Verwendung von Außenluft, wenn das Kältemittel kondensiert wird.
Die Klimaanlage 300 für das Fahrzeug weist ein Expansionsventil 312 zur Expansion eines flüssigen Kältemittels, einen Verdampfer 314 zum Verdampfen des durch das Expansionsventil expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch zwischen dem expandierten Kältemittel und Luft sowie einen Kompressor 316 zum Erhalten des gasförmigen Kältemittels aus/von dem Verdampfer 314 und Komprimieren des erhaltenen Kältemittels auf, die miteinander durch eine Kältemittelleitung 311 verbunden sind.
Die Klimaanlage 300 für das Fahrzeug weist ferner einen Kühlkreislauf, einen wassergekühlten Kondensator 310 und einen luftgekühlten Kondensator 320 auf, und jeder Bestandteil (bzw. jedes konstituierende Element) wird im Näheren unten beschrieben.
Der Kühlkreislauf weist einen Radiator 302, der an der Vorderseite des Fahrzeugs vorgesehen ist, ein Kühlgebläse 304 zum Befördern von Wind zum Radiator 302 sowie eine Wasserpumpe 306 auf, die durch die Kühlleitung 301 mit dem Radiator 302 verbunden ist, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren.
Das Kühlgebläse 304 ist mit einer Steuervorrichtung verbunden, welche hier nicht dargestellt ist, so dass das Luftvolumen gemäß einem Zustand des Fahrzeugs und der Temperatur des Kältemittels oder der Kühlflüssigkeit eingestellt werden kann. Die Kühlflüssigkeit kann ein Kühlwasser aufweisen.
Der wassergekühlte Kondensator 310 ist zwischen dem Radiator 302 und der Wasserpumpe 306 mit der Kühlleitung 301 verbunden, so dass die Kühlflüssigkeit einfließt. Ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem eine überhitztes dampfförmiges Kältemittel, ein Gas und eine Flüssigkeit gemischt sind, fließt durch eine Kältemittelleitung 311 ein, durch die das Kältemittel aus dem Kompressor 316 fließt, so dass der wassergekühlte Kondensator 310 das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem Kältemittel kondensiert.
Der wassergekühlte Kondensator 310 ist an einer Seite des Radiators 302 in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet.
Der luftgekühlte Kondensator 320 ist durch die Kältemittelleitung 311 mit dem wassergekühlten Kondensator 310 in Reihe (bzw. hintereinander) verbunden, so dass das kondensierte flüssige Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator 310 einfließt.
Der luftgekühlte Kondensator 320 ist an einer Vorderseite des Radiators 302 angeordnet, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner 330 abzuführen.
Der luftgekühlte Kondensator 320 erhält nur das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners 330 getrennt ist, und kondensiert zusätzlich das erhaltene flüssige Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft, um das Kältemittel zum Expansionsventil abzuführen.
Der Sammler-Trockner 330, der ein im kondensierten Kältemittel verbliebenes, gasförmiges Kältemittel trennt, kann durch die Kältemittelleitung 311 mit dem luftgekühlten Kondensator 320 verbunden sein und kann separat vorgesehen sein. Der Sammler-Trockner 330 trennt ein nicht-kondensiertes gasförmiges Kältemittel, das in dem von den luftgekühlten Kondensator 320 kondensierten Kältemittel enthalten ist und nicht in der Phase umgewandelt ist, aus dem flüssigen Kältemittel und führt das getrennte Kältemittel erneut dem luftgekühlten Kondensator 320 zu.
Das heißt, dass der Sammler-Trockner 330 ein nicht-kondensiertes gasförmiges Kältemittel, das in dem von dem luftgekühlten Kondensator 320 kondensierten Kältemittel enthalten ist und nicht in der Phase umgewandelt ist, aus dem flüssigen Kältemittel trennt und das getrennte Kältemittel dem luftgekühlten Kondensator 320 erneut zuführt.
Ferner erhält der luftgekühlte Kondensator 320 ein Zweiphasen-Kältemittel (ein gemischtes Kältemittel aus einer Flüssigkeit und einem Gas), das zuerst durch den wassergekühlten Kondensator 310 kondensiert wird, kondensiert das erhaltene Zweiphasen-Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft und führt das kondensierte Kältemittel zum Sammler-Trockner 330 ab.
Der Sammler-Trockner 330 trennt das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, das in dem eingeführten Kältemittel enthalten ist, aus dem flüssigen Kältemittel, und lässt nur das flüssige Kältemittel durch die Kältemittelleitung 311 erneut in den luftgekühlten Kondensator 320 fließen.
In diesem Fall kann der Sammler-Trockner 330 auch in dem Kältemittel enthaltene Fremdkörper filtern.
Dann kondensiert der luftgekühlte Kondensator 320 das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel, das nicht in der Phase umgewandelt ist, durch den Sammler-Trockner 330 durch Wärmeaustausch mit Außenluft erneut getrennt ist, wodurch die Kondensationseffizienz des Kältemittels verbessert wird.
Der wassergekühlte Kondensator 310 kühlt das Kältemittel durch Verwendung eines Kühlwassers, das einen größeren Wärmeübergangskoeffizienten als den von Außenluft hat, wodurch der Kondensationsdruck im Inneren des wassergekühlten Kondensators 310 verringert wird.
Ferner kondensiert zuerst der luftgekühlte Kondensator 320 das Kältemittel, das beim Durchströmen des wassergekühlten Kondensators 310 durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensiert ist, lässt das kondensierte Kältemittel in den Sammler-Trockner 330 fließen und erhält nur das flüssige Kältemittel wieder und kühlt das erhaltene flüssige Kältemittel durch erneute Verwendung von Außenluft in einem Zustand, in dem das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, das in dem flüssigen Kältemittel enthalten ist, getrennt ist. Eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem Kältemittel kann erhöht werden, wodurch es vorteilhaft ist, eine Unterkühlung (engl. sub cool) zu bilden, und eine Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung 301 verringert wird.
Die Klimaanlage 300 setzt den wassergekühlten Kondensator 310 und den luftgekühlten Kondensator 320 gemeinsam ein, um die Nachteile gemäß jedem Typ zu ergänzen, indem die Kondensationsdruckverringerung, die der Vorteil des wassergekühlten Typs ist, und das zweckmäßige Bilden der Unterkühlung (engl. sub cool), welches der Vorteil des luftgekühlten Typs ist, effizient genutzt werden, wodurch die generelle Kühlleistung der Klimaanlage 300 verbessert wird.
Die das Kältemittel kondensierenden Kondensatoren 310 und 320 sind jeweils als wassergekühlter Typ und als luftgekühlter Typ ausgestaltet, um gemeinsam angewendet zu werden. Der wassergekühlte Kondensator 310 kondensiert das überhitzte dampfförmige Kältemittel und das Zweiphasengebiet-Kältemittel (das gemischte Kältemittel aus Gas und Flüssigkeit), und der luftgekühlte Kondensator 320 kondensiert sekundär (bzw. zusätzlich) das flüssige Kältemittel, das den Sammler-Trockner 330 in einem Zustand durchströmt, in dem das Zweiphasengebiet-Kältemittel erneut zusätzlich kondensiert ist, wodurch die Kondensationsleistung des Kältemittels erhöht wird und die generelle Kühlleistung verbessert wird.
Die Arbeitslast des Kompressors kann durch Verringerung des Kondensationsdrucks des Kältemittels verringert werden, wodurch die Betriebskraftstoffeffizienz verbessert wird.
Der luftgekühlte Kondensator 320 kann durch Einsatz des wassergekühlten Kondensators 310 in der Größe verkleinert werden, so dass die Kühlleistung durch Erhöhen eines passierenden Luftvolumens des Radiators 302 verbessert werden kann und gleichzeitig eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem flüssigen Kältemittel erhöht werden kann, wodurch es vorteilhaft ist, die Unterkühlung (engl. sub cool) des Kältemittels zu bilden.
Die Verbesserung der Kühlleistung des Radiators 302 verringert die Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung 301. Die Wassertemperatur eines zirkulierten Kühlwassers kann reduziert werden, um das Kühlwasser ohne Erhöhung einer Kapazität des Radiators 302 und des Kühlgebläses 304 effizient zu kühlen, und die Anordnung im Inneren des engen Motorraumes zu vereinfachen, so dass die Bauraumverfügbarkeit verbessert wird und Gewicht sowie Herstellungskosten verringert werden.
4 ist ein Blockdiagramm einer Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß einer vierten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf 4 verbessert eine Klimaanlage 400 für ein Fahrzeug, die auf ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, ein Elektrofahrzeug und dergleichen angewendet wird, welche umweltfreundliche Fahrzeuge sind, die Kühlleistung, indem der Kondensationsdruck reduziert wird, und erhöht die Kondensationsleistung (bzw. das Kondensationsvermögen) des Kältemittels, indem der wassergekühlte Kondensator unter Verwendung eines Kühlwassers und der luftgekühlte Kondensator unter Verwendung von Außenluft bei einer Kondensation eines Kältemittels gemeinsam eingesetzt werden.
Die Klimaanlage 400 für das Fahrzeug weist ein Expansionsventil 412 zur Expansion eines flüssigen Kältemittels, einen Verdampfer 414 zum Verdampfen des durch das Expansionsventil 412 expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch zwischen dem expandierten Kältemittel und Luft sowie einen Kompressor 416 zum Erhalten des gasförmigen Kältemittels aus/von dem Verdampfer 414 und zum Komprimieren des erhaltenen Kältemittels auf, die miteinander durch eine Kältemittelleitung 411 verbunden sind.
Die Klimaanlage 400 für das Fahrzeug weist ferner einen Kühlkreislauf, einen wassergekühlten Kondensator 410 und einen luftgekühlten Kondensator 420 auf, und jeder Bestandteil (bzw. jedes konstituierende Element) wird im Näheren unten beschrieben.
Der Kühlkreislauf weist einen Radiator 402, der an einer Vorderseite des Fahrzeugs vorgesehen ist, ein Kühlgebläse 404 zum Befördern von Wind zum Radiator 402 sowie eine Wasserpumpe 406 auf, die durch die Kühlleitung 401 mit dem Radiator 402 verbunden ist, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren.
Das Kühlgebläse 404 ist mit einer Steuervorrichtung verbunden, die hier nicht dargestellt ist, so dass ein Luftvolumen gemäß einem Zustand des Fahrzeugs und einer Temperatur des Kältemittels oder der Kühlflüssigkeit eingestellt werden kann. Die Kühlflüssigkeit kann ein Kühlwasser aufweisen.
Der wassergekühlte Kondensator 410 ist zwischen dem Radiator 402 und der Wasserpumpe 406 mit der Kühlleitung 401 verbunden, so dass die Kühlflüssigkeit einfließt. Ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem ein überhitztes dampfförmiges Kältemittel, ein Gas und eine Flüssigkeit gemischt sind, fließt durch eine Kältemittelleitung 411 ein, durch die das Kältemittel aus dem Kompressor 416 eines Kältemittelkreislaufs fließt, so dass der wassergekühlte Kondensator 410 zuerst das Kältemittel durch Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem Kältemittel kondensiert.
Der wassergekühlte Kondensator 410 ist an einer Seite des Radiators 402 in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs positioniert.
Der luftgekühlte Kondensator 420 ist durch die Kältemittelleitung 411 mit dem wassergekühlten Kondensator 410 in Reihe (bzw. hintereinander) verbunden, so dass das kondensierte flüssige Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator 410 einfließt.
Der luftgekühlte Kondensator 420 ist an einer Vorderseite des Radiators 402 angeordnet, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner 430 abzuführen.
Ferner erhält der luftgekühlte Kondensator 420 nur das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners 430 getrennt ist, und kondensiert zusätzlich das erhaltene flüssige Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft, um das Kältemittel zum Expansionsventil 412 abzuführen.
Der Sammler-Trockner 430, der ein in dem kondensierten Kältemittel verbliebenes, gasförmiges Kältemittel trennt, kann durch die Kältemittelleitung 411 mit dem luftgekühlten Kondensator 420 verbunden sein und kann separat vorgesehen sein. Der Sammler-Trockner 430 trennt ein nicht-kondensiertes gasförmiges Kältemittel, das in dem von dem luftgekühlten Kondensator 420 kondensierten Kältemittel enthalten ist und nicht in der Phase umgewandelt ist, aus dem flüssigen Kältemittel und führt das getrennte Kältemittel dem luftgekühlten Kondensator 420 zu.
Ein durch die Kühlleitung 401 verbundener Heizkörper 440, in den das den wassergekühlten Kondensator 410 durchströmende Kühlwasser fließt, kann zwischen dem wassergekühlten Kondensator 410 und dem Radiator 402 angeordnet sein.
Der Heizkörper 440 kann eine elektrische Leistungskomponente, einen (Elektro-)Motor oder einen Brennstoffzellen-Stack, die auf ein umweltfreundliches Fahrzeug wie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug und ein Elektrofahrzeug angewendet werden, sowie einen wassergekühlten Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) aufweisen, welcher auf ein Verbrennungsmotor-Fahrzeug angewendet wird.
Die von dem Heizkörper 440 erzeugte Wärme wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser, das in der Kühlleitung 401 zirkuliert, durch einen Betrieb der Wasserpumpe 406 gekühlt und aus dem wassergekühlten Kondensator 410 abgeführt.
Dementsprechend kühlt ein Kühlwasser den Heizkörper 440, fließt erneut in den Radiator 402, während es in einem erwärmten (bzw. erhitzten) Zustand durch den Betrieb der Wasserpumpe 406 in der Kühlleitung 401 zirkuliert, fließt durch den Betrieb der Wasserpumpe 406 in den wassergekühlten Kondensator 410, um mit dem Kältemittel einen Wärmeaustausch zu durchlaufen, und der Vorgang (bzw. Betrieb) wird wiederholt durchgeführt.
Der luftgekühlte Kondensator 420 erhält durch den wassergekühlten Kondensator 410 das erste kondensierte Zweiphasen-Kältemittel (ein gemischtes Kältemittel aus einer Flüssigkeit und einem Gas), kondensiert das Zweiphasen-Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft und führt das kondensierte Kältemittel zum Sammler-Trockner 430 ab.
Der Sammler-Trockner 430 trennt das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, das in dem einfließenden Kältemittel enthalten ist, aus dem flüssigen Kältemittel und lässt nur das flüssige Kältemittel durch die Kältemittelleitung 411 erneut in den luftgekühlten Kondensator 420 fließen.
In diesem Fall kann der Sammler-Trockner 430 auch in dem Kältemittel enthaltene Fremdkörper filtern.
Dann kondensiert der luftgekühlte Kondensator 420 das flüssige Kältemittel, aus dem das gasförmige Kältemittel, das nicht in der Phase umgewandelt ist, durch den Sammler-Trockner 430 durch Wärmeaustausch mit Außenluft erneut getrennt ist, wodurch die Kondensationseffizienz des Kältemittels verbessert wird.
Der wassergekühlte Kondensator 410 kühlt unter Verwendung des Kühlwassers, das einen größeren Wärmeübergangskoeffizienten als den von Außenluft hat, das Kältemittel, wodurch der Kondensationsdruck im Inneren des wassergekühlten Kondensators 410 verringert wird.
Ferner kondensiert zuerst der luftgekühlte Kondensator 420 das Kältemittel, das beim Durchströmen des wassergekühlten Kondensators 410 durch Wärmeaustausch mit der Außenluft kondensiert ist, lässt das kondensierte Kältemittel in den Sammler-Trockner 430 fließen, erhält nur das flüssige Kältemittel wieder und kühlt das erhaltene flüssige Kältemittel durch Verwendung von Außenluft in einem Zustand, in dem das nicht-kondensierte gasförmige Kältemittel, das in dem flüssigen Kältemittel enthalten ist, getrennt ist. Die Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem Kältemittel kann erhöht werden, wodurch es vorteilhaft ist, eine Unterkühlung (engl. sub cool) zu bilden, und eine Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung 401 zu verringern.
Das heißt, dass die Klimaanlage 400 den wassergekühlten Kondensator 410 und den luftgekühlten Kondensator 420 gemeinsam einsetzt, um die Nachteile gemäß jedem Typ zu ergänzen, indem die Kondensationsdruckverringerung, die der Vorteil des wassergekühlten Typs ist, und das zweckmäßige Bilden der Unterkühlung (engl. sub cool), welches der Vorteil des luftgekühlten Typs ist, effizient genutzt werden, wodurch die generelle Kühlleistung der Klimaanlage 400 verbessert wird.
Die das Kältemittel kondensierenden Kondensatoren 410 und 420 sind jeweils als wassergekühlter Typ und als luftgekühlter Typ ausgestaltet, um gemeinsam angewendet zu werden. Der wassergekühlte Kondensator 410 kondensiert das überhitzte dampfförmige Kältemittel und das Zweiphasengebiet-Kältemittel (das gemischte Kältemittel aus Gas und Flüssigkeit), und der luftgekühlte Kondensator 420 kondensiert sekundär (bzw. zusätzlich) das flüssige Kältemittel, das den Sammler-Trockner 430 in einem Zustand durchströmt, in dem das Zweiphasengebiet-Kältemittel erneut zusätzlich kondensiert ist, wodurch die Kondensationsleistung des Kältemittels erhöht wird und die generelle Kühlleistung verbessert wird.
Die Arbeitslast des Kompressors kann durch Verringerung des Kondensationsdruckes des Kältemittels verringert werden, wodurch die Betriebskraftstoffeffizienz verbessert wird.
Der luftgekühlte Kondensator 420 kann durch Einsatz des wassergekühlten Kondensators 410 in der Größe verkleinert werden, um die Kühlleistung durch Erhöhen eines passierenden Luftvolumens des Radiators 402 zu verbessern und gleichzeitig eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenluft und dem flüssigen Kältemittel zu erhöhen, wodurch es vorteilhaft ist, die Unterkühlung (engl. sub cool) des Kältemittels zu bilden.
Die Verbesserung der Kühlleistung des Radiators 402 verringert die Wärmeaustauschmenge der Kühlleitung 401. Die Wassertemperatur des zirkulierten Kühlwassers kann reduziert werden, um das Kühlwasser ohne Erhöhung einer Kapazität des Radiators 402 und des Kühlgebläses 404 effizient zu kühlen und die Anordnung im Inneren des engen Motorraumes zu vereinfachen, so dass die Bauraumverfügbarkeit verbessert wird und Gewicht sowie Herstellungskosten verringert werden.
Ferner können, wenn die vorliegende Offenbarung auf ein umweltfreundliches Fahrzeug wie ein Brennstoffzellen-Fahrzeug und ein Elektrofahrzeug angewendet wird, der Heizkörper 440, wie die elektrische Leistungskomponente, der (Elektro-)Motor und der Brennstoffzellen-Stack oder der Ladeluftkühler (bzw. Zwischenkühler) des Verbrennungsmotor-Fahrzeugs, sowie das Klimaanlagen-Kältemittel durch Verwendung des einen integrierten Radiators 402 gekühlt werden, wodurch die Kühlleistung verbessert wird und die Konfiguration (bzw. Anordnung) vereinfacht wird.

Claims

Eine Klimaanlage (100, 200, 300, 400) für ein Fahrzeug, aufweisend: einen Kühlkreislauf, der einen Radiator (102, 202, 302, 402), welcher an einer Vorderseite eines Fahrzeugs angeordnet ist, ein Kühlgebläse (104, 204, 304), das eingerichtet ist, um Wind zum Radiator (102, 202, 302, 402) zu befördern, einen Reservoir-Tank (106), der durch eine Kühlleitung (101, 201, 301, 401) mit dem Radiator (102, 202, 302, 402) verbunden ist, um eine Kühlflüssigkeit zu speichern, sowie eine Wasserpumpe (108, 208, 306, 406), die an der Kühlleitung (101, 201, 301, 401) angeordnet ist, um die Kühlflüssigkeit zu zirkulieren, aufweist, einen wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410), der zwischen dem Radiator (102, 202, 302, 402) und dem Reservoir-Tank (106) mit der Kühlleitung (101, 201, 301, 401) verbunden ist und in den die Kühlflüssigkeit fließt und der eingerichtet ist, ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem ein überhitztes dampfförmiges Kältemittel, Gas und Flüssigkeit aus einem Kältemittelkreislauf gemischt sind, durch Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit zu kondensieren, einen luftgekühlten Kondensator (120, 220), der durch eine Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) mit dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) in Reihe verbunden ist und in den ein kondensiertes Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) fließt und der an einer Vorderseite des Radiators (102, 202, 302, 402) angeordnet ist, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) abzuführen, und der eingerichtet ist, nur ein flüssiges Kältemittel zu erhalten, aus dem ein gasförmiges Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockners (130, 230, 330, 430) getrennt ist, um das kondensierte Kältemittel zu einem Expansionsventil (112, 212, 312, 412) abzuführen, wobei der Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) durch die Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) mit dem luftgekühlten Kondensator (120, 220) verbunden ist, und wobei das Kältemittel aufeinanderfolgend von dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) direkt zu dem luftgekühlten Kondensator (120, 220), dann zu dem Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) und dann zurück zu dem luftgekühlten Kondensator (120, 220) fließt.
Die Klimaanlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 1, wobei der Kältemittelkreislauf ein Expansionsventil (112, 212, 312, 412) zur Expansion des kondensierten Kältemittels, einen Verdampfer (114, 214, 314, 414) zum Verdampfen des expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch mit Luft und einen Kompressor (116, 216, 316, 416) zum Komprimieren des verdampften gasförmigen Kältemittels aufweist, die miteinander durch die Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) verbunden sind, und wobei der Kältemittelkreislauf das aus dem Kompressor (116, 216, 316, 416) abgeführte, komprimierte Kältemittel kondensiert, indem es das abgeführte Kältemittel sequenziell den wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) und den luftgekühlten Kondensator (120, 220), die miteinander durch die Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) verbunden sind, durchströmen lässt.
Die Klimaanlage (100, 200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein durch die Kühlleitung (101, 201, 301, 401) verbundener Heizkörper (240, 440), in den die den wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) durchströmende Kühlflüssigkeit fließt, zwischen dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) und dem Radiator (102, 202, 302, 402) angeordnet ist.
Die Klimaanlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 3, wobei der Heizkörper (240, 440) eine elektrische Leistungskomponente, einen (Elektro-)Motor oder einen Brennstoffzellen-Stack eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs und eines Elektrofahrzeugs sowie einen wassergekühlten Ladeluftkühler eines Verbrennungsmotor-Fahrzeugs aufweist.
Die Klimaanlage (100, 200, 300, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein weiterer Radiator (103) zum Kühlen eines Verbrennungsmotors zwischen dem Radiator (102, 202, 302, 402) und dem Kühlgebläse (104, 204, 304) vorgesehen ist.
Eine Klimaanlage (100, 200, 300, 400) für ein Fahrzeug, aufweisend: ein Expansionsventil (112, 212, 312, 412) zur Expansion eines flüssigen Kältemittels, einen Verdampfer (114, 214, 314, 414) zum Verdampfen eines durch das Expansionsventil (112, 212, 312, 412) expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch mit Luft, einen Kompressor (116, 216, 316, 416) zum Erhalten eines gasförmigen Kältemittels aus dem Verdampfer (114, 214, 314, 414)und zum Komprimieren des gasförmigen Kältemittels, die miteinander durch eine Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) verbunden sind, einen Kühlkreislauf, der einen Radiator (102, 202, 302, 402), der an einer Vorderseite eines Fahrzeugs vorgesehen ist, ein Kühlgebläse (104, 204, 304), das eingerichtet ist, um Wind zum Radiator (102, 202, 302, 402) zu befördern, und eine Wasserpumpe (108, 208, 306, 406), die durch die Kühlleitung (101, 201, 301, 401) verbunden ist und eingerichtet ist, eine Kühlflüssigkeit zu zirkulieren, aufweist, einen wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410), der zwischen dem Radiator (102, 202, 302, 402) und der Wasserpumpe (108, 208, 306, 406) mit der Kühlleitung (101, 201, 301, 401) verbunden ist und in den die Kühlflüssigkeit fließt und der eingerichtet ist, um ein Zweiphasen-Kältemittel, in dem ein überhitztes dampfförmiges Kältemittel, Gas und Flüssigkeit aus einem Kompressor (116, 216, 316, 416) eines Kältemittelkreislaufs gemischt sind, durch Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit zu kondensieren, und der an einer Seite des Radiators (102, 202, 302, 402) in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist, und einen luftgekühlten Kondensator (120, 220, 320, 420), der durch eine Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) mit dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) in Reihe verbunden ist und in den das kondensierte Kältemittel aus dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) fließt und der an einer Vorderseite des Radiators (102, 202, 302, 402) angeordnet ist, um das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der beim Fahren einströmenden Außenluft zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) abzuführen, und der eingerichtet ist, nur ein flüssiges Kältemittel zu erhalten, aus dem ein gasförmiges Kältemittel beim Durchströmen des Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) getrennt ist, um das erhaltene flüssige Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft zusätzlich zu kondensieren und das kondensierte Kältemittel zu einem Expansionsventil (112, 212, 312, 412) abzuführen, wobei der Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) separat an einer Seite des wassergekühlten Kondensators (110, 210, 310, 410) vorgesehen ist und durch die Kältemittelleitung (111, 211, 311, 411) mit dem luftgekühlten Kondensator (120, 220) verbunden ist, und wobei das Kältemittel aufeinanderfolgend von dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) direkt zu dem luftgekühlten Kondensator (120, 220), dann zu dem Sammler-Trockner (130, 230, 330, 430) und dann zurück zu dem luftgekühlten Kondensator (120, 220) fließt.
Die Klimaanlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 6, wobei ein durch die Kühlleitung (101, 201, 301, 401) verbundener Heizkörper (240, 440, 440), in den eine den wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) durchströmende Kühlflüssigkeit fließt, zwischen dem wassergekühlten Kondensator (110, 210, 310, 410) und der Wasserpumpe (108, 208, 306, 406) angeordnet ist.
Die Klimaanlage (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 7, wobei der Heizkörper (240, 440) eine elektrische Leistungskomponente, einen (Elektro-)Motor oder einen Brennstoffzellen-Stack eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs und eines Elektrofahrzeugs sowie einen wassergekühlten Ladeluftkühler eines Verbrennungsmotor-Fahrzeugs aufweist.