DE102014112343A1

DE102014112343A1 - Fahrzeugklimaanlagensystem mit einem schaltenden Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102014112343A1
Application number: DE102014112343.3A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO International Amer Brodie Bradley R.; c/o DENSO International Ame Huyghe Erik Philip; c/o DENSO CORPORATION Kurata Masafumi
Original assignee: Denso International America Inc
Current assignee: Denso International America Inc
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-03-19
Also published as: US9862251B2; US20170028814A1; US9499026B2; US20150075204A1

Abstract

Ein Klimaanlagensystem (2) für ein Fahrzeug enthält einen schaltenden Wärmetauscher (30, 120, 150, 180, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650). Der schaltende Wärmetauscher enthält eine Wärmaustauschvorrichtung (82, 122, 152, 214, 252, 302, 352, 404, 452, 508, 552, 602, 654), einen Aufnahmetank (80, 138, 168, 186, 205, 254, 304, 354, 402, 454, 506, 554, 604, 656) und ein Schaltventil (86, 142, 172, 184, 202, 256, 308, 356, 408, 458, 502, 558, 606, 652). Das Schaltventil kann zwischen der Wärmetauschvorrichtung und dem Aufnahmetank zum Steuern der Strömung des Kühlmittels angebracht sein. Ein Controller (28) kann derart konfiguriert sein, dass er das Schaltventil in eine Eintrittsposition während eines Kühlmodus und in eine Bypassposition während eines Erwärmmodus schaltet. Bei der Eintrittsposition ist die Wärmetauschvorrichtung mit dem Aufnahmetank derart verbunden, dass das Kühlmittel von der primären Region der Wärmetauschvorrichtung zu dem Aufnahmetank strömt. In der Bypassposition steht die Wärmetauschvorrichtung mit deren Auslass derart in Verbindung, dass das Kühlmittel von der primären Region aus dem schaltenden Wärmetauscher ausströmt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Fahrzeugklimaanlagensystem mit einem schaltenden Wärmetauscher.
Das Nachstehende stellt Hintergrundinformationen betreffend der vorliegenden Offenbarung bereit, die nicht notwendigerweise Stand der Technik sind.
Da die Beliebtheit von Plug-In-Hybridelektrofahrzeugen (PHEV) und Batterieelektrofahrzeugen (BEV) wächst, wird ein zusätzlicher Fokus darauf gelegt, solche Fahrzeuge energieeffizienter zu gestalten. Ein Bereich dieses Fokus betrifft die Energie, die zum Erwärmen und Kühlen der Fahrgastkabine des Fahrzeugs verwendet wird.
Zum Kühlen wird in modernen Fahrzeugen gewöhnlich ein typisches Dampfkompressionskreislauf basiertes System implementiert. Solche Klimaanlagensysteme können Sub-Kühlkondensatoren bzw. Nebenkühlkondensatoren und interne Wärmetauscher enthalten, um die Systemeffizienz zu verbessern und die zum Kühlen der Fahrgastkabine verwendete Energie zu reduzieren.
Ein Erwärmen kann jedoch eine große Herausforderung darstellen. Insbesondere gibt es in einem PHEV wenig Wärme, um eine aus einer Verbrennungskraftmaschine erzeugte Wärme zum Wärmen der Fahrgastkabine zu verschwenden, und ein BEV weist keine Verbrennungskraftmaschine auf. Derzeitige Techniken zum Bewältigen solcher Probleme können ein elektrisches Heizelement zum Erwärmen der Fahrgastkabine enthalten. Das Problem mit einer solchen Ausgestaltung ist, dass bei dem Heizmodus ein PTC-Heizkoeffizient der Performance (COP) nicht 1 übersteigen kann. Dies bedeutet, dass, falls 5 kW der Leistung angelegt werden, 5 kW der Erwärmung erreicht werden können.
Alternativ kann auch ein Wärmepumpensystem zum Erwärmen der Fahrgastkabine verwendet werden. Mit einem Wärmepumpensystem kann ein COP größer als 1 in dem Heizmodus erreicht werden, wodurch Energie gespart wird. Das Wärmepumpensystem nützt auch den Kompressor und viele andere Komponenten, die bereits für das Fahrzeugklimaanlagensystem benötigt werden. Allerdings ist in einem Wärmepumpensystem der äußere Wärmetauscher in dem Kühlmodus ein Kondensator und in dem Heizmodus ein Verdampfer. Daher wird die Sub- bzw. Nebenkühlsektion des Kondensators normalerweise entfernt, da es zu viel Druckabfall im Heizmodus erzeugt. Dadurch kann die Effizienz des Nebenkühlkondensators während der Kühlung nicht realisiert werden.
Das Nachstehende ist eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit, und ist keine umfassende Offenbarung deren Umfang oder all ihrer Merkmale.
Die vorliegende Offenbarung stellt für ein Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug vorgesehen, das einen schaltenden Wärmetauscher und einen Controller enthält. Der schaltende Wärmetauscher kann an einem Vorderabschnitt des Fahrzeugs angeordnet sein, und enthält eine Wärmetauschvorrichtung, einen Aufnahmetank und ein Schaltventil.
Bei der Wärmetauschvorrichtung wird Wärme zwischen einem darin strömenden Kühlmittel und einer durchblasenen Luft ausgetauscht, und kann eine primäre Region und eine sekundäre Region aufweisen. Ein Einlass des Aufnahmetanks kann mit der primären Region der Wärmetauschvorrichtung verbunden sein und ein Auslass des Aufnahmetanks kann mit der sekundären Region verbunden sein, sodass der Aufnahmetank das Kühlmittel von der Wärmetauschvorrichtung über die primäre Region empfängt und ein Kühlmittel der Wärmetauschvorrichtung über die sekundäre Region bereitstellt. Das Schaltventil kann zwischen der Wärmetauschvorrichtung und dem Aufnahmetank zum Steuern der Strömung des Kühlmittels angebracht sein.
Der Controller kann so konfiguriert sein, dass er das Schaltventil in eine Zugangs- bzw. Eintrittsposition während eines Kühlmodus und in eine Bypassposition während eines Heizmodus schaltet. In der Eintrittsposition öffnet das Schaltventil eine erste Passage, sodass die primäre Region der Wärmetauschvorrichtung mit dem Aufnahmetank verbunden ist, sodass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Aufnahmetank strömt. Aus dem Aufnahmetank kann das Kühlmittel zu der sekundären Region strömen bevor es aus einem Auslass einer Wärmetauschvorrichtung strömt. In der Bypassposition öffnet das Schaltventil eine zweite Passage, sodass die primäre Region der Wärmetauschvorrichtung mit dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, sodass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung strömt.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch bereit, dass der schaltende Wärmetauscher ein Bypassrohr enthält, das ein mit dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung gekoppeltes Ende aufweist. Das Schaltventil kann an einer Anschlussstelle zwischen dem Aufnahmetank, dem anderen Ende des Bypassrohrs und der primären Region der Wärmetauschvorrichtung angeordnet sein.
Demgemäß öffnet in der Eintrittsposition das Schaltventil die zwischen der primären Region und dem Aufnahmetank definierte erste Passage, sodass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Aufnahmetank strömt. In der Bypassposition öffnet das Schaltventil die zwischen der primären Region und dem Bypassrohr definierte zweite Passage, sodass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung über das Bypassrohr strömt.
Ferner werden Bereiche der Anwendbarkeit aus der hierin vorgesehenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind lediglich für Zwecke der Darstellung beabsichtigt und sind nicht zur Begrenzung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung beabsichtigt.
Die hierin beschriebenen Figuren sind lediglich für darstellende Zwecke der ausgewählten Ausführungsformen und für nicht alle möglichen Implementierungen, und beabsichtigen nicht den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
1 zeigt ein darstellendes Fahrzeug, das ein Klimaanlagensystem gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
2 zeigt ein schematisches Diagramm des Klimaanlagensystems während eines Kühlmodus;
3 zeigt ein schematisches Diagramm des Klimaanlagensystems während eines Heizmodus;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schaltenden Wärmetauschers in einer ersten Ausführungsform während des Kühlmodus des Klimaanlagensystems;
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des schaltenden Wärmetauschers der ersten Ausführungsform während des Heizmodus des Klimaanlagensystems;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schaltenden Wärmetauschers in einer zweiten Ausführungsform während des Kühlmodus des Klimaanlagensystems,
7 zeigt eine perspektivische Ansicht des schaltenden Wärmetauschers der zweiten Ausführungsform während des Heizmodus des Klimaanlagensystems;
8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schaltenden Wärmetauschers in einer dritten Ausführungsform während des Kühlmodus des Klimaanlagensystems;
9 zeigt eine perspektivische Ansicht des schaltenden Wärmetauschers der dritten Ausführungsform während des Heizmodus des Klimaanlagensystems;
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schaltenden Wärmetauschers in einer vierten Ausführungsform während des Kühlmodus des Klimaanlagensystems;
11 zeigt eine perspektivische Ansicht des schaltenden Wärmetauschers der vierten Ausführungsform während des Heizmodus des Klimaanlagensystems;
12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines schaltenden Wärmetauschers in einer fünften Ausführungsform während des Kühlmodus des Klimaanlagensystems;
13 zeigt eine perspektivische Ansicht des schaltenden Wärmetauschers der fünften Ausführungsform während des Heizmodus des Klimaanlagensystems;
14A und 14B zeigen perspektivische Ansichten des schaltenden Wärmetauschers in einer sechsten Ausführungsform des Klimaanlagensystems während jeweils des Kühlmodus und des Heizmodus;
15A und 15B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer siebten Ausführungsform des Klimaanlagensystems während jeweils des Kühlmodus und des Heizmodus;
16A und 16B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer achten Ausführungsform des Klimaanlagensystems während des jeweiligen Kühlmodus und des Heizmodus;
17A und 17B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer neunten Ausführungsform des Klimaanlagensystems während des jeweiligen Kühlmodus und Heizmodus;
18A und 18B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer zehnten Ausführungsform des Klimaanlagensystems während des jeweiligen Kühlmodus und des Heizmodus;
19A und 19B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer elften Ausführungsform des Klimaanlagensystems während des jeweiligen Kühlmodus und des Heizmodus;
20A und 20B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer zwölften Ausführungsform des Klimaanlagensystems während des jeweiligen Kühlmodus und des Heizmodus;
21A und 21B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer dreizehnten Ausführungsform des Klimaanlagensystems während des jeweiligen Kühlmodus und des Heizmodus; und
22A und 22B zeigen perspektivische Ansichten eines schaltenden Wärmetauschers in einer vierzehnten Ausführungsform des Klimaanlagensystems während des jeweiligen Kühlmodus und des Heizmodus.
Entsprechende Bezugszeichen zeigen entsprechende Bauteile durchgängig in verschiedenen Ansichten der Figuren.
Beispielhafte Ausführungsformen werden vollständig mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben. Mit Bezug auf die 1 und 2 erwärmt und kühlt ein Klimaanlagensystem 2 einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs, das ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) sein kann. Das System 2 nutzt einen Verdampfkompressionskühlkreislauf 4, der zwischen einem Kühlmodus zum Kühlen der Fahrgastkabine und einem Heizmodus zum Erwärmen der Fahrgastkabine schaltet. Der Verdampfkompressionskühlkreislauf 4 wird wie ein Wärmepumpensystem durch Übertragen einer Wärme von einem Ort zu einem anderen Ort ausgeführt. Zusammen mit Erwärmen und Kühlen kann das Klimaanlagensystem 2 andere Klimaanlagenmodi ausführen, wie z. B. Luftentfeuchtung.
Das Klimaanlagensystem 2 kann einen Kompressor 6, einen inneren Kondensator 8, einen inneren Verdampfer 10 und einen schaltenden Wärmetauscher 30 enthalten. Zudem Dekomprimieren und Expandieren ein thermisches Expansionsventil 12 und eine fixierte Drossel 14 ein in das Klimaanlagensystem 2 strömende Kühlmittel.
Der Verdampfkompressionskühlkreislauf 4 unterscheidet sich bei dem Kühlmodus und dem Heizmodus, wie durch die jeweiligen Pfeile in den 2 und 3 gezeigt. Um die Richtung des durch das System 2 für unterschiedliche Modi durchströmenden Kühlmittels zu steuern, sind eine Mehrzahl von elektromagnetischen(EM)-Ventilen 16, 18, 22, 24 vorgesehen. Der Zustand der EM-Ventile 16, 18, 22, 24 kann durch einen Controller (C) 28 gesteuert werden, der das Klimaanlagensystem 2 steuert.
Der Kompressor 6 saugt, komprimiert und gibt das Kühlmittel in den Kühlkreislauf 4 ab. Der Kompressor 6 kann ein elektrischer Kompressor sein, der einen fixierten Verdrängungskompressionsmechanismus mit einer festgelegten Ladekapazität mittels eines elektrischen Motors antreibt. Verschiedene Arten von Kompressoren mit einem festgelegten Verdrängungskompressormechanismus, wie z. B. ein Kompressor vom Scrolltyp und ein Drehschieberkompressor kann verwendet werden. Der Kompressor kann auch ein variabler Kompressor sein.
Der Kompressor 6 ist mit dem inneren Kondensator 8 derart gekoppelt, dass das Kühlmittel von dem Kompressor 6 zu dem inneren Kondensator 8 strömt. Der Kondensator 8 erwärmt die von dem Verdampfer 10 strömende Luft durch Übertragen der Wärme von dem darin strömenden Kühlmittel zu einer durchströmenden Luft.
Der innere Kondensator 8 kann mit dem elektromagnetischen Ventil 16 gekoppelt sein. Das EM-Ventil 16 kann ein Dreiwegeventil sein, das die Strömung des Kühlmittels entweder zu der fixierten Drossel 14 oder des schaltenden Wärmetauschers 30 leitet. In einem erregten Zustand, in dem Leistung vorgesehen ist, leitet das EM-Ventil 16 die Strömung des Kühlmittels in Richtung der fixierten Drossel 14. Andererseits leitet in einem nicht-erregten Zustand, in dem eine Leistung nicht vorgesehen ist, das EM-Ventil 16 die Strömung des Kühlmittels in Richtung des schaltenden Wärmetauschers 30. Das EM-Ventil 16 kann durch einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Aktuator geschaltet werden, der keine Leistung außer zum Verändern der Position des EM-Ventils 16 konsumiert.
Die fixierte Drossel 14 dekomprimiert und expandiert das darin strömende Kühlmittel. Die fixierte Drossel 14 kann als kapillares Rohr oder Öffnung vorgesehen sein. Alternativ können die durch die fixierte Drossel 14 ausgeführte Dekomprimierung und Expansion durch den elektrisch variablen Drosselmechanismus ausgeführt werden, der einen Drosselpassagenbereich aufweist, der durch den Controller 28 eingestellt werden kann. Das von dem Auslass der fixierten Drossel 14 strömende Kühlmittel kann durch die EM-Ventile 18 geleitet werden.
Bei dem nicht-erregten Zustand leitet das EM-Ventil 16 die Strömung des Kühlmittels in Richtung des schaltenden Wärmetauschers 30 und des EM-Ventils 24. Das EM-Ventil 24 kann ein Niederspannungstyp des Ventils sein, das normalerweise in dem nicht-erregten Zustand geschlossen ist. Andererseits ist in dem erregten Zustand das EM-Ventil 24 geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Kühlmittel in Richtung des thermischen Expansionsventils 12 über ein erstes Rückschlagventil 32 strömt, das verhindert, dass das Kühlmittel in das EM-Ventil 24 strömt.
Der schaltende Wärmetauscher 30 kann in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs als ein äußerer Wärmetauscher des Wärmepumpensystems angeordnet sein. Der schaltende Wärmetauscher 30 tauscht Wärme zwischen dem darin strömenden Kühlmittel und der in einen Ventilator 34 eingeblasenen Außenluft aus. Der Ventilator 34 kann ein elektrisches Gebläse sein. Der Controller 28 kann den Ventilator 34 zum Regulieren der Menge an durch den Ventilator 34 geblasener Luft steuern.
Der schaltende Wärmetauscher 30 kann mit den EM-Ventilen 18, 22 gekoppelt sein, die die in den schaltenden Wärmetauscher 30 eintretende und verlassende Strömung des Kühlmittels leitet. Die EM-Ventile 18, 22 können normalerweise geöffnete Ventile sein, die während des nicht-erregten Zustands geöffnet sind und während des erregten Zustands geschlossen sind.
Das EM-Ventil 22 steuert ferner die Strömung des Kühlmittels in das thermische Expansionsventil über das dazwischen angeordnete zweite Rückschlagventil 38. Das zweite Rückschlagventil 38 ermöglicht lediglich, dass das Kühlmittel von dem EM-Ventil 22 zu dem thermischen Expansionsventil 12 strömt.
Der innere Verdampfer 10 ist an einer Stromaufwärtsseite des Luftstroms des inneren Kondensators 8 angeordnet. Der innere Verdampfer 10 kann ein Wärmetauscher sein, der die Luft durch Übertragen von Wärme von der durchblasenen Luft zu dem darin durchströmenden Kühlmittel überträgt, wodurch das Kühlmittel erwärmt wird.
Der Auslass des inneren Verdampfers 10 ist mit dem thermischen Expansionsventil 12 gekoppelt. Das thermische Expansionsventil 12 dekomprimiert und expandiert das darin strömende Kühlmittel und gibt anschließend das Kühlmittel aus dessen Auslass aus. Das thermische Expansionsventil 12 kann beispielsweise ein inneres Druckausgleichsexpansionsventil sein, das den Temperatursensor und einen Drosselmechanismus aufweist. Das thermische Expansionsventil 12 kann auch als Kapillarrohr oder eine Öffnung vorgesehen sein.
Ein Sammler 40 nimmt das Kühlmittel von dem thermischen Expansionsventil 12 auf. Der Sammler 40 kann ein niederdruckseitiger Dampfflüssigkeitsseparator sein, um die Flüssigkeit und den Dampf von dem darin strömenden Kühlmittel zu separieren, und etwas überschüssiges Kühlmittel speichern. Der Auslass des Sammlers 40 ist mit einem Kühlmittelansauganschluss des Kompressors 6 gekoppelt, der den Dampf von dem Kühlmittel des Sammlers 40 extrahiert.
Ein Gehäuse 42 des Klimaanlagensystems 2 ist hinter einem Armaturenbrett oder einer Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet, und nimmt ein Gebläse 44, den inneren Verdampfer 10, den inneren Kondensator 8, eine Heizvorrichtung 46 und ein PCT-Heizgerät 48 auf. Das Gehäuse 42 definiert die Luftpassagen, in denen die Luft konditioniert wird bevor sie in die Fahrgastkabine geblasen wird. Das Gehäuse 42 kann aus Harz, wie z. B. Polypropylen, ausgebildet sein.
Eine Zuluftschaltbox 50 ist an einer Stromaufwärtsseite des Gebläses 44 ausgebildet. Die Zuluftschaltbox 50 kann die Quelle der Zuluft entweder von außerhalb des Fahrzeugs oder von der Fahrgastkabine des Fahrzeugs (d. h. Innenluft) auswählen.
Das Gebläse 44 kann eine Luft von der Zuluftschaltbox 50 in den inneren Verdampfer 10 blasen und ansaugen. Das Gebläse 44 kann ein elektrisches Gebläse mit einem zentrifugalen mehrblättrigen Ventilator sein, der durch einen Elektromotor angetrieben wird, und durch den Controller 28 gesteuert wird.
Der innere Verdampfer 10 ist stromabwärts des Gebläses 44 angeordnet, und mehrere Luftpassagen sind stromabwärts des inneren Verdampfers 10 positioniert. Insbesondere sind eine erwärmte-Luft-Passage bzw. Passage für die erwärmte Luft 52, eine gekühlte-Luft-Passage bzw. Passage für die gekühlte Luft 54 und eine gemischte-Luft-Passage bzw. Passage für die gemischte Luft 56 stromabwärts des inneren Verdampfers 10 vorgesehen.
Die erwärmte-Luft-Passage 52 ist derart konfiguriert, dass sie die aus dem inneren Verdampfer 10 strömende Luft erwärmt. Die Heizvorrichtung 46, der innere Kondensator 8 und das PTC-Heizgerät 48 können beispielsweise entlang der erwärmte-Luft-Passage 52 zum Erwärmen der von dem inneren Verdampfer 10 strömenden Luft angebracht sein.
Für ein PHEV ist eine Heizvorrichtung 46 ein Wärmetauscher, der Luft durch Austauschen der Wärme des darin strömenden Kühlmittels mit der von dem inneren Verdampfer 10 geblasenen Luft erwärmt. Das in der Heizvorrichtung 46 strömende Kühlmittel nimmt Wärme aus der Maschine (nicht gezeigt) und wird anschließend in der Heizvorrichtung 46 gekühlt. Alternativ kann für ein PHEV und für ein BEV, das keine Maschine aufweist, die Heizvorrichtung 46 mit einer anderen Quelle zum Erwärmen der Luft ersetzt werden, wie z. B. ein Heizgerät zum direkten Erwärmen der Luft oder ein Heizgerät, das zum Erwärmen von Wasser verwendet wird, das zum Erwärmen der Fahrgastkabine verwendet wird.
Das PTC-Heizgerät 48 kann ein elektrisches Heizgerät mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) sein, das ein Element erwärmt, das Wärme erzeugt, wenn Leistung zugeführt wird, wodurch die von dem inneren Kondensator 8 strömende Luft erwärmt wird. Das PTC-Heizgerät 48 kann mehrere Heizgeräte enthalten und kann durch den Controller 28 gesteuert werden.
Die gekühlte-Luft-Passage 54 ermöglicht der Luft, die erwärmte-Luft-Passage 52 zu umströmen, sodass die von dem inneren Verdampfer 10 strömende Luft direkt in die gemischte-Luft-Passage 56 strömt. Eine Klappe 58 steuert die Menge der in die erwärmte-Luft-Passage 52 und die gekühlte-Luft-Passage 54 einströmenden Luft, und dadurch wird die Temperatur der Luft in der gemischte-Luft-Passage 56 gesteuert. Die Klappe 58 kann durch einen Controller 28 gesteuert werden.
Die in der Gemischte-Luft-Passage 56 vorgesehene Luft kann anschließend jeweils zu den Auslässen 60, 62, 64 strömen, die Luft in die Fahrgastkabine des Fahrzeugs beispielsweise in Richtung der Füße, des Gesichts, und zu dem Entfroster blasen. Die Temperatur und die Menge der in die Auslässe 60, 62, 64 eingeblasenen Luft kann durch den Controller 28 gesteuert werden.
Der Controller 28 kann eine CPU, einen RAM und einen ROM enthalten. Der Controller 28 empfängt Informationen aus verschiedenen Sensoren, die überall in dem System 2 angeordnet sind, und von Klimasteuermessgeräten, die an einer Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet sind, die durch einen Nutzer betätigt werden. Basierend auf solchen Informationen steuert der Controller 28 verschiedene Komponenten, wie z. B. die Zuluftschaltbox 50, das Gebläse 44 und das PTC-Heizgerät 48, um die in die Fahrgastkabine auf die gewünschte Temperatur eintretende Luft zu erwärmen und abzukühlen. Ferner führt durch Steuern der EM-Ventile 16, 18, 22, 24 der Controller 28 eine Schaltsteuerung aus, um zwischen dem Kühlmodus und dem Erwärmen des Verdampfkompressionskühlkreislaufes 4 zu schalten.
Mit Bezug auf die 4 und 5 wird eine erste Ausführungsform des schaltenden Wärmetauschers 30 der vorliegenden Offenbarung nunmehr beschrieben. Der schaltende Wärmetauscher 30 kann einen Aufnahmetank 80, eine Wärmetauschvorrichtung 82, ein Bypassrohr 84 und ein Schaltventil 86 enthalten.
Die Wärmetauschvorrichtung 82 umfasst einen ersten Ausgleichstank 88 und einen zweiten Ausgleichstank 90, die jeweils eine zylindrische Form aufweisen. Eine Mehrzahl von flachen Rohren 92 sind horizontal zwischen dem ersten Ausgleichstank 88 und dem zweiten Ausgleichstank 90 derart angeordnet, dass ein Ende des flachen Rohrs 92 mit dem ersten Ausgleichstank 88 gekoppelt ist und das andere Ende mit dem zweiten Ausgleichstank 90 gekoppelt ist. Eine gerillte Lamelle ist zwischen den flachen Rohren 92 in einer Wärmeübertragungsbeziehung angeordnet. Die Wärmetauschvorrichtung 82 kann ein Mehrfachstromkondensator sein.
Ein Vorrichtungseinlass 96 kann an einem oberen Abschnitt des ersten Ausgleichstanks 88 angeordnet sein, und ein Vorrichtungsauslass 98 kann an einem unteren Abschnitt des zweiten Ausgleichstanks 90 angeordnet sein. Das in den Vorrichtungseinlass 96 strömende Kühlmittel strömt zwischen dem ersten Ausgleichstank 88 und dem zweiten Ausgleichstank 90 durch die flachen Rohre 92 in schlangenförmiger Art und Weise.
Ein erster Separator 100 und ein zweiter Separator 102 können in dem ersten Ausgleichstank 88 angeordnet sein, und ein dritter Separator 104 kann in dem zweiten Ausgleichstank 90 angeordnet sein. Der zweite Separator 102 und der dritte Separator 104 sind jeweils beim gleichen Niveau des ersten Ausgleichstanks 88 und des zweiten Ausgleichstanks 90 angeordnet. Der erste Ausgleichstank 88 kann betrachtet werden als wäre er in drei Sektionen 88a, 88b und 88c durch den ersten Separator 100 und den zweiten Separator 102 geteilt, und der zweite Ausgleichstank 90 kann betrachtet werden, als wäre er in zwei Sektionen 90a, 90b durch den dritten Separator 104 geteilt.
Der Abschnitt der Wärmetauschvorrichtung 82 oberhalb des zweiten Separators 102 und des dritten Separators 104 ist als eine primäre Region 101 vorgesehen. Der Abschnitt der Wärmetauschvorrichtung 82 unter dem zweiten Separator 102 und dem dritten Separator 104 ist als eine sekundäre Region 103 vorgesehen. Obwohl die primäre Region 101 so gezeigt ist, als hätte sie zwei Strömungspfade, kann die primäre Region einen Strömungspfad oder mehr als zwei Strömungspfade aufweisen. Ferner kann die sekundäre Region 103 als der letzte Strömungspfad der Wärmetauschvorrichtung 82 und/oder als der nach dem Aufnahmetank 80 vorgesehene Strömungspfad identifiziert werden. Wie in dem Nachstehenden ersichtlich, wird der schaltende Wärmetauscher 30 in dem Kühlmodus ausgeführt wie ein Nebenkühlkondensator, wohingegen der Heizmodus wie ein Verdampfer ausgeführt wird.
Der Aufnahmetank 80 separiert die Flüssigkeit und den Dampf von dem darin strömenden Kühlmittel. Ein Tankeinlass 106 ist oberhalb des zweiten Separators 102 (die primäre Region 101) positioniert. Ein Tankauslass 108 ist mit einer unter dem zweiten Separator 102 (die zweite Region 103) definierten Kühlpassage 110 gekoppelt. Der Aufnahmetank 80 kann entlang der Seite des ersten Ausgleichstanks 88 angebracht sein, und kann vollständig mit dem ersten Ausgleichstank 88 integriert sein. Der Aufnahmetank 80 kann beispielsweise mit der Seitenoberfläche des ersten Ausgleichstanks 88 mit dem davon erstreckenden Tankeinlass zum Koppeln des Schaltventils 86 gelötet sein.
Das Bypassrohr 84 kann ein Aluminiumrohr sein, das sich zwischen dem Schaltventil 86 und dem Vorrichtungsauslass 98 erstreckt. Das Bypassrohr 84 leitet beispielsweise das Kühlmittel von dem ersten Ausgleichstank 88 zu dem Vorrichtungsauslass 98, bei dem das Kühlmittel in den Dampfkompressionskühlmittelkreislauf 4 des Klimaanlagensystems 2 strömt.
Das Schaltventil 86 kann ein elektromagnetisches Dreiwegeventil sein, und kann durch den Controller 28 gesteuert werden. Das Schaltventil 86 kann auch durch einen Schrittmotor oder einen anderen geeigneten Aktuator geschaltet werden, der keine Leistung außer zum Verändern der Position des Schaltventils 86 konsumiert. Das Schaltventil 86 ist an einer Anschlussstelle 113 zwischen dem Aufnahmetank 80, der Wärmetauschvorrichtung 82 und dem Bypassrohr 84 angeordnet. Insbesondere ist an der Anschlussstelle 113 das Schaltventil 86 zwischen einer oberhalb des zweiten Separators 102 des ersten Ausgleichstanks 88, des Tankeinlasses 106 und einem Ende des Bypassrohrs 84 definierten Ventilpassage 112 angebracht. Demgemäß leitet das Schaltventil 86 die Strömung des von der Wärmetauschvorrichtung 82 strömenden Kühlmittels entweder in den Aufnahmetank 80 oder in das Bypassrohr 84. Das Schaltventil 86 kann auch ein bimetallisches Ventil, ein Thermostat, ein thermostatisches Expansionsventil oder ein druckempfindliches Ventil sein, die eine ähnliche Funktionalität aufweisen, aber nicht durch den Controller 28 gesteuert werden müssen, wodurch das Klimaanlagensystem 2 vereinfacht wird.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 86 in die Eintrittsposition, sodass die Wärmetauschvorrichtung 82 mit dem Aufnahmetank 80 verbunden ist. In der Eintrittsposition öffnet das Schaltventil 86 beispielsweise eine erste Passage zwischen der Ventilpassage 112 und dem Tankeinlass 106 des Aufnahmetanks 180 und schließt eine zweite Passage zwischen der Ventilpassage 112 und dem Bypassrohr 84. Dadurch strömt, wie durch die Pfeile in 4 angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 101 der Wärmetauschvorrichtung 82 in den Aufnahmetank 80, bei dem das Kühlmittel separiert wird. Der flüssige Anteil des Kühlmittels strömt anschließend in die sekundäre Region 103 der Wärmetauschvorrichtung 82, und strömt von dem Vorrichtungsauslass 98 aus.
Im Gegenzug setzt während des Heizmodus der Controller 28 das Schaltventil 86 in eine Bypassposition, sodass die Wärmetauschvorrichtung 82 mit dem Bypassrohr 84 verbunden ist. In der Bypassposition öffnet insbesondere das Schaltventil 86 die zweite Passage zwischen der Ventilpassage 112 und dem Bypassrohr 84, und schließt die erste Passage zwischen der Ventilpassage 112 und dem Aufnahmetank 80. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 5 gezeigt, das Kühlmittel von der ersten Region 101 der Wärmetauschvorrichtung 82 in das Bypassrohr 84 und strömt anschließend aus dem Vorrichtungsauslass 98.
Der Betrieb des Klimaanlagensystems 2 während des Kühlmodus und des Heizmodus wird nunmehr beschrieben.
Während des Kühlmodus steuert der Controller 28 das System 2 derart, dass das Kühlmittel durch den Dampfkompressionskühlmittelkreislauf 4 strömt, wie durch die Pfeile in den 2 und 4 gezeigt. Der Controller 28 steuert insbesondere die elektromagnetischen Ventile 16 derart, dass das Ventil 16 den Kondensator 8 mit dem schaltenden Wärmetauscher 30 koppelt und die EM-Ventile 18, 22 öffnet und die EM-Ventile 24 schließt. Zudem setzt der Controller 28 das Schaltventil 86 in die Eintrittsposition zum Koppeln der Ventilpassage 112 mit dem Aufnahmetank 80.
Demgemäß strömt das in den Kompressor 6 zirkulierende Kühlmittel zu dem inneren Kondensator 8, bei dem die Luft von dem inneren Kondensator 10 das Kühlmittel kühlt. Das Kühlmittel strömt anschließend von dem inneren Kondensator 8 zu dem schaltenden Wärmetauscher 30 mittels des EM-Ventils 16.
Das in den Vorrichtungseinlass 96 strömende Kühlmittel strömt durch die Sektion 88a des ersten Ausgleichstanks 88 in die oberhalb des ersten Separators 100 positionierten Rohre 92, und anschließend in die Sektion 90a des zweiten Ausgleichstanks 90. Das Kühlmittel strömt anschließend in die zwischen dem ersten Separator 100 und dem zweiten Separator 102 positionierten Rohre 92 zurück und tritt in die Sektion 88b des ersten Ausgleichstanks 88 ein. Da das Kühlmittel durch die Rohre 92 der primären Region 101 durchströmt, verhält sich die Wärmetauschvorrichtung 82 wie ein Kondensator und kühlt das Kühlmittel durch Übertragen der Wärme des Kühlmittels auf die durch den Ventilator 34 geblasene Luft.
Das Kühlmittel, das eine Mischung einer gesättigten Flüssigkeit und Dampf enthält, strömt in die Ventilpassage 112 des ersten Ausgleichstanks 88 und in den Tankeinlass 106 mittels des Schaltventils 86. Sobald es in dem Aufnahmetank 80 ist, wird das Kühlmittel in einen Dampf- und Flüssigkeitsanteil separiert. Das Kühlmittel, das nun lediglich den Flüssigkeitsanteil enthält, kann anschließend in diese Sektion 88c über die Sub- bzw. Nebenkühlpassage 110 des ersten Ausgleichtanks 88 strömen. Aus dem ersten Ausgleichstank 88 strömt das Kühlmittel in die unter dem zweiten Separator 102 und dem dritten Separator 104 (d. h. die sekundäre Region 103) positionierten Rohre 92, dort wird das Kühlmittel weiter abgekühlt. Das Kühlmittel strömt anschließend in die Sektion 90b des zweiten Ausgleichstanks 90 und strömt aus dem Vorrichtungsauslass 98.
Das gekühlte Kühlmittel von dem schaltenden Wärmetauscher 30 strömt anschließend zu dem thermischen Expansionsventil 12 mittels EM-Ventil 22 und dem zweiten Rückschlagventil 38. Das thermische Expansionsventil 12 dekomprimiert und expandiert das Kühlmittel. Das Niederdruckkühlmittel strömt anschließend in den Verdampfer 10, bei dem das Kühlmittel die Wärme von der durch das Gebläse 44 geblasenen Luft absorbiert, wodurch die durch den inneren Verdampfer 10 durchströmende Luft gekühlt wird. Die gekühlte Luft kann anschließend durch die Luftpassage 52, 54, 56 und in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs strömen.
Nachdem es durch den inneren Verdampfer 10 geströmt ist, strömt das Kühlmittel, das durch die Luft erwärmt wird und sowohl eine flüssige und eine dampfförmigen Form enthält, in den Sammler 40 über das thermische Expansionsventil 12. Der Sammler 40 separiert die flüssige und dampfförmige Form des Kühlmittels, und die dampfförmige Form des Kühlmittels wird anschließend durch den Kompressor 6 angesaugt, bei dem es erneut komprimiert wird.
Während des Heizmodus steuert der Controller 28 das Klimaanlagensystem 2 derart, dass das Kühlmittel durch den Dampfkompressionskühlmittelkreislauf 4 strömt, wie durch die Pfeile in den 3 und 5 angezeigt. Der Controller 28 steuert insbesondere das EM-Ventil 16, sodass das EM-Ventil 16 den inneren Kondensator 8 mit der fixierten Drossel 14 koppelt, und öffnet die EM-Ventile 18, 24 und schließt die EM-Ventile 22. Zudem setzt der Controller 28 das Schaltventil 86 in die Bypassposition zum Koppeln der Ventilpassage 112 mit dem Bypassrohr 84.
Demgemäß strömt das in den Kompressor 6 zirkulierende Kühlmittel in den inneren Kondensator 8, bei dem die Luft von dem inneren Verdampfer 10 das Kühlmittel kühlt. Der innere Kondensator 8 überträgt insbesondere die Wärme von dem darin strömenden Kühlmittel auf die durchströmende Luft, wodurch die durch die erwärmte-Luft-Passage 52 durchströmende Luft erwärmt wird. Die erwärmte Luft strömt anschließend durch das PCT-Heizgerät 48 und in die gemischte-Luft-Passage 56, bei der die Luft auf eine gewünschte Temperatur eingestellt wird, bevor sie in die Fahrgastkabine des Fahrzeugs geblasen wird.
Mittels des EM-Ventils 16 strömt das Kühlmittel von dem inneren Kondensator 8 zu der fixierten Drossel 14, bei der es dekomprimiert wird. Das Niederdruckkühlmittel strömt anschließend in den schaltenden Wärmetauscher 30 mittels des EM-Ventils 18.
Das Kühlmittel strömt von der fixierten Drossel 14 zu dem Vorrichtungseinlass 96 des schaltenden Wärmetauschers 30. Anschließend strömt es durch die Sektion 88a des ersten Ausgleichstanks 88 in die oberhalb des ersten Separators 100 positionierten Rohre 92 und anschließend in die Sektion 90a des zweiten Ausgleichstanks 90. Das Kühlmittel kann anschließend zurück in die zwischen dem ersten Separator 100 und dem zweiten Separator 102 positionierten Rohre 92 strömen und in die Sektion 88b des ersten Ausgleichstanks 88 strömen. Da das Kühlmittel durch die Rohre 92 der primären Region 101 strömt, verhält sich die Wärmetauschvorrichtung 82 wie ein Verdampfer, und das Kühlmittel verdampft durch Absorbieren der Wärme der durch den Ventilator 34 eingeblasenen Luft, wodurch das Kühlmittel erwärmt wird.
Das Kühlmittel, das eine Mischung einer gesättigten Flüssigkeit und Dampf enthält, strömt in die Ventilpassage 112 des ersten Ausgleichstanks 88 und anschließend durch das Bypassrohr 84 mittels des Schaltventils 86. Dadurch umströmt das Kühlmittel den Aufnahmetanks 80 und die sekundäre Region 103 der Wärmetauschvorrichtung 82, und strömt stattdessen durch das Bypassrohr 84 und durch den Vorrichtungsauslass 98 aus.
Nachdem es durch den schaltenden Wärmetauscher 30 geströmt ist, strömt das Kühlmittel zu dem Sammler 40 mittels des EM-Ventils 24 und des ersten Rückschlagventils 32. Der Sammler 40 separiert die flüssige und dampfförmige Form des Kühlmittels, und die dampfförmige Form des Kühlmittels wird anschließend durch den Kompressor 6 angesaugt, bei dem es erneut komprimiert wird und anschließend durch den Dampfkompressionskühlmittelkreislauf 4 gesandt wird.
Basierend auf dem Vorstehenden nutzt das Klimaanlagensystem 2 den schaltenden Wärmetauscher 30 als einen äußeren Wärmetauscher für ein Wärmepumpensystem. In dem Kühlmodus arbeitet der schaltende Wärmetauscher 30 insbesondere als Nebenkühlkondensator, da das Kühlmittel durch die primäre Region 101, den Aufnahmetank 80 und die zweite Region 103 strömt, wodurch die Kühlperformance des Systems 2 verbessert wird.
Durch Umströmen des Aufnahmetanks 80 und der zweiten Region 103 während des Heizmodus arbeitet der schaltende Wärmetauscher 30 wie ein äußerer Verdampfer, und das Klimaanlagensystem 2 erfährt ein wenig bis überhaupt keinen Druckabfall über den schaltenden Wärmetauscher 30. Das Klimaanlagensystem 2 der vorliegenden Offenbarung realisiert die Energieeffizienz und Performance sowohl eines Systems mit einem sub- bzw. nebenkühlenden Kondensators und eines Wärmepumpensystems.
Obwohl der schaltende Wärmetauscher 30 der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einem nicht-umgekehrten Strömungswärmepumpensystem beschrieben wird, kann der schaltende Wärmetauscher 30 auch an ein umgekehrtes strömendes Wärmepumpensystem angepasst werden.
Die nachstehenden Ausführungsformen stellen Veränderungen des schaltenden Wärmetauschers 30 der ersten Ausführungsform dar. Der Betrieb des Klimaanlagensystems 2 in dem Kühlmodus und dem Heizmodus ist im Wesentlichen der gleiche wie der für die erste Ausführungsform vorstehend beschriebene.
Mit Bezug auf die 6 und 7 enthält in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Klimaanlagensystem 2 einen schaltenden Wärmetauscher 120. Der schaltende Wärmetauscher 120 enthält eine vertikale Wärmetauschvorrichtung 122 mit einem oberen Ausgleichstank 124 und einem unteren Ausgleichstank 126. Eine Mehrzahl von vertikalen flachen Rohren 128 ist vertikal zwischen dem oberen Ausgleichstank 124 und dem unteren Ausgleichstank 126 angeordnet. Auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform sind gerillte Rippen (nicht gezeigt) zwischen den vertikalen flachen Rohren 128 in einer Wärmeübertragungsbeziehung angeordnet.
Der obere Ausgleichstank 124 weist einen an einem Ende angeordneten Vorrichtungseinlass 130 und einen an einem anderen Ende angeordneten Vorrichtungsauslass 132 auf. Das in den Vorrichtungseinlass 130 strömende Kühlmittel strömt zwischen dem oberen Tank 124 und dem unteren Tank 126 durch die vertikalen flachen Rohre 128 in einer schlauchförmigen Art und Weise.
Der schaltende Wärmetauscher 120 enthält wenigstens zwei Separatoren, um die vertikale Wärmetauschvorrichtung 122 in eine primäre Region 134 und eine sekundäre Region 136 zu separieren.
Der schaltende Wärmetauscher 120 enthält ferner einen Aufnahmetank 138, ein Bypassrohr 140 und ein Schaltventil 142. Der Aufnahmetank 138 und das Bypassrohr 140 können nahe der zweiten Region 136 parallel zu den vertikalen flachen Rohren 128 angebracht sein.
Ähnlich zu der ersten Ausführungsform ist der Auslass 144 des Aufnahmetanks 138 an die sekundäre Region 136 gekoppelt, und das Schaltventil 142 ist an einer Anschlussstelle 143 zwischen einem Einlass 146 des Aufnahmetanks 138, einem Ende des Bypassrohrs 140 und der primären Region 134 der vertikalen Wärmetauschvorrichtung 122 angeordnet. Ein Erweiterungsabschnitt 148 des unteren Ausgleichstanks 126 kann sich insbesondere von der primären Region 134 zu der Anschlussstelle 143 erstrecken.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 142 in eine Eintrittsposition, um eine erste Passage zwischen der primären Region 134 und dem Einlass des Aufnahmetanks 138 zu öffnen, und um eine zweite Passage zwischen der primären Region 134 und dem Bypassrohr 140 zu schließen. Daher ist die primäre Region 134 mit dem Aufnahmetank 138 verbunden.
Dadurch strömt, wie durch die Pfeile in 6 angezeigt, das Kühlmittel in den Vorrichtungseinlass 130 von einem inneren Kondensator 8 und anschließend in die primäre Region 134 der vertikalen Wärmetauschvorrichtung 122. Von dem Erstreckungsabschnitt 148 des unteren Ausgleichstanks 126 strömt das Kühlmittel in den Aufnahmetank 138, bei dem das Kühlmittel separiert wird. Der flüssige Anteil des Kühlmittels strömt anschließend in die sekundäre Region 136, und strömt anschließend von dem Vorrichtungsauslass 132 aus.
Im Gegenzug setzt mit Bezug auf 7 während des Heizmodus der Controller 28 das Schaltventil 142 in eine Bypassposition, um die zweite Passage zwischen der primären Region 134 und dem Bypassrohr 140 zu öffnen, und um die erste Passage zwischen der primären Region 134 und dem Aufnahmetank 138 zu schließen. Daher ist die primäre Region 134 mit dem Bypassrohr 140 verbunden.
Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 7 angezeigt, das Kühlmittel in den Vorrichtungseinlass 130 von der fixierten Drossel 144 und anschließend in die primäre Region 134 der vertikalen Wärmetauschvorrichtung 122. Aus dem Erstreckungsabschnitt 148 des unteren Ausgleichstanks 126 strömt Kühlmittel in das Bypassrohr 140 und strömt anschließend von dem Vorrichtungsauslass 132 aus.
Der schaltende Wärmetauscher 120 der zweiten Ausführungsform erreicht die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform unter Verwendung eines vertikalen Wärmetauschers. Unter Verwendung der vertikalen Wärmetauschvorrichtung kann der schaltende Wärmetauscher 120 Vorteile erreichen, die normalerweise mit einer vertikalen Wärmetauschvorrichtung verbunden sind. Beispielsweise können die vertikalen flachen Rohre flache Rohre ermöglichen, die eine kürzere Länge aufweisen. Eine solche Konfiguration kann einen Druckabfall über den Wärmetauscher verringern. Ferner können die vertikalen Rohre ermöglichen, dass Wasser von den Rohren während des Heizmodus abzugeben. Eis kann beispielsweise an den Rohren während des Heizprozesses ausgebildet werden. Da das Eis taut, wird das Wasser bei den vertikalen Rohren schneller als bei den horizontalen Rohren abgegeben.
Mit Bezug auf die 8 und 9 enthält in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Klimaanlagensystem 2 einen schaltenden Wärmetauscher 150. Der schaltende Wärmetauscher 150 ist so konfiguriert, dass er einen toten Raum normalerweise verfügbar über dem schaltenden Wärmetauscher 150 verwendet, wenn der äußere Wärmetauscher in dem Fahrzeug angeordnet ist.
Der schaltende Wärmetauscher 150 enthält eine vertikale Wärmetauschvorrichtung 152, die ähnlich der zweiten Ausführungsform ist. Die vertikale Wärmetauschvorrichtung 152 enthält eine Mehrzahl von vertikalen flachen Rohren 154, die vertikal zwischen dem oberen Ausgleichstank 156 und einem unteren Ausgleichstank 158 angeordnet sind.
Der obere Ausgleichstank 156 kann ein Vorrichtungseinlass 160 sein, der an einem Ende angeordnet ist, und der untere Ausgleichstank 158 kann ein Vorrichtungsauslass 162 sein, der an einem dem Vorrichtungseinlass 160 gegenüberliegenden Ende angeordnet ist. Das in den Vorrichtungseinlass 160 strömende Kühlmittel strömt zwischen dem oberen Ausgleichstank 156 und dem unteren Ausgleichstank 158 durch die vertikalen flachen Rohre 154 in einer schlangenförmigen Art und Weise und tritt aus dem Vorrichtungsauslass 162 aus.
Ähnlich zu den vorstehenden Ausführungsformen enthält der schaltende Wärmetauscher 150 wenigstens zwei Separatoren, um die vertikale Wärmetauschvorrichtung 152 in eine primäre Region 164 und eine sekundäre Region 166 zu separieren.
Der schaltende Wärmetauscher 150 enthält ferner einen Aufnahmetank 168, ein Bypassrohr 170 und ein Schaltventil 172. Der Aufnahmetank 168 kann nahe dem oberen Ausgleichstank 156 angebracht sein, und kann derart konfiguriert sein, dass er im Wesentlichen parallel zu der Länge des oberen Ausgleichstanks 156 und zu der Länge des unteren Ausgleichstanks 158 ist.
Das Bypassrohr 170 erstreckt sich von dem unteren Ausgleichstank 158 bis zu dem oberen Ausgleichstank 156, bei dem es eine Anschlussstelle 173 zwischen einem Einlass 176 des Aufnahmetanks 168 und einer durch den oberen Ausgleichstank 156 definierten Ventilpassage 178 trifft.
Ähnlich zu den vorstehenden Ausführungsformen ist der Einlass 176 des Aufnahmetanks 168 mit der primären Region 164 gekoppelt und ein Auslass 181 des Aufnahmetanks 168 ist mit der sekundären Region 166 gekoppelt. Ebenso ist das Schaltventil 172 an einer Anschlussstelle 174 zwischen dem Einlass 176 des Aufnahmetanks 168 und einem Ende des Bypassrohrs 170 und der primären Region 164 der vertikalen Wärmetauschvorrichtung 152 angeordnet. Insbesondere kann die primäre Region 164 mit dem Schaltventil 172 mittels der an dem oberen Ausgleichstank 165 definierten Ventilpassage 128 verbunden sein.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 128 das Schaltventil 172 in eine Eintrittsposition, um die erste Passage zwischen der primären Region 164 und dem Einlass 176 des Aufnahmetanks 168 zu öffnen, und um die zweite Passage zwischen der primären Region 164 und dem Bypassrohr 170 zu schließen. Demgemäß ist die primäre Region 164 mit dem Aufnahmetank 168 während des Kühlmodus verbunden. Dadurch strömt, wie durch die Pfeile in 8 dargestellt, das Kühlmittel von der primären Region 164 der vertikalen Wärmetauschvorrichtung 152 in den Aufnahmetank 168, bei dem das Kühlmittel separiert wird. Der flüssige Anteil des Kühlmittels strömt anschließend in die sekundäre Region 166 und anschließend von dem Vorrichtungsauslass 162 aus.
Im Gegensatz dazu setzt mit Bezug auf 9 während des Heizmodus der Controller 88 das Schaltventil 172 in die Bypassposition, um die zweite Passage zwischen der primären Region 164 der vertikalen Wärmeaustauschvorrichtung 152 und dem Bypassrohr 170 zu öffnen, und um die erste Passage zwischen der primären Region 164 und dem Aufnahmetank 168 zu schließen. Daher ist die primäre Region 164 mit dem Bypassrohr 170 verbunden. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 9 angezeigt, das Strömungsmittel von der primären Region 164 in das Bypassrohr 170 und anschließend strömt es von dem Vorrichtungsauslass 162 aus.
Der schaltende Wärmetauscher 150 der dritten Ausführungsform erreicht die gleichen Vorteile wie die erste und zweite Ausführungsform. Insbesondere arbeitet während des Kühlmodus der schaltende Wärmetauscher 150 wie ein Nebenkühlkondensator und in dem Heizmodus arbeitet er wie ein Verdampfer. Zudem kann durch Anordnen des Aufnahmetanks 168 oberhalb des oberen Ausgleichstanks 156 der Tauscher 150 den toten Raum nutzen, wodurch die Konfiguration des Klimaanlagensystems 2 verbessert wird.
Mit Bezug auf die 10 und 11 enthält in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Klimaanlagensystem 2 einen schaltenden Wärmetauscher 180. Der schaltende Wärmetauscher 180 der vierten Ausführungsform ist ähnlich zu dem schaltenden Wärmetauscher 30 der ersten Ausführungsform. Insbesondere enthält der schaltende Wärmetauscher 180 die Wärmetauschvorrichtung 82 der ersten Ausführungsform.
Im Gegensatz zu der vorherigen Ausführungsform enthält der schaltende Wärmetauscher 180 kein längliches Bypassrohr, das die primäre Region 101 mit dem Vorrichtungsauslass 98 koppelt. Stattdessen enthält der Tauscher 180 ein Bypassrohr 182, das die primäre Region 101 mit der sekundären Region 103 mittels eines Schaltventils 184 zum Umströmen eines Aufnahmetanks 186 koppelt.
Das Schaltventil 184 ist insbesondere an einer Anschlussstelle 188 zwischen einem Tankeinlass 190 des Aufnahmetanks 186, der Ventilpassage 112 der primären Region 101 und einem Ende des Bypassrohrs 182 angeordnet. Das andere Ende des Bypassrohrs 182 ist mit einem Tankauslass 192 des Aufnahmetanks 186 gekoppelt, wodurch die zweite Region 103 verbunden ist.
Der Auslass 192 des Aufnahmetanks 186 ist mit der Sub- bzw. Nebenkühlpassage 110 gekoppelt. In den 10 und 11 koppelt das Bypassrohr 182 den Tankauslass 192 des Aufnahmetanks 186, um mit der Nebenkühlpassage 110 verbunden zu sein. Alternativ kann das Bypassrohr 182 sich so erstrecken, dass es parallel zu dem Tankauslass 192 verläuft, wobei dessen Ende mit der Nebenkühlpassage 110 gekoppelt ist.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 184 in eine Eintrittsposition, um eine erste Passage zwischen der primären Region 101 und dem Einlass 190 des Aufnahmetanks 186 zu öffnen, und um eine zweite Passage zwischen der primären Region 101 und dem Bypassrohr 182 zu schließen. Demgemäß ist während des Kühlmodus die primäre Region 101 mit dem Aufnahmetank 186 verbunden.
Dadurch strömt, wie durch die Pfeile in 10 gezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 101 der Wärmetauschvorrichtung 82 in den Aufnahmetank 186, bei dem das Kühlmittel separiert wird. Der flüssige Anteil des Kühlmittels strömt anschließend in die sekundäre Region 103 und strömt von dem Vorrichtungsauslass 98 aus. Ähnlich zu den vorhergehenden Ausführungsformen verhält sich der schaltende Wärmetauscher 180 wie der Nebenkühlkondensator während des Kühlmodus.
Im Gegensatz dazu setzt mit Bezug auf 11 während des Heizmodus der Controller 28 das Schaltventil 184 in eine Bypassposition, um die zweite Passage zwischen der primären Region 101 und dem Bypassrohr 182 zu öffnen, und um die erste Passage zwischen der primären Region 101 und dem Aufnahmetank 186 zu schließen. Daher ist während des Heizmodus die primäre Region 101 mit der sekundären Region 103 mittels des Bypassrohrs 182 verbunden.
Dadurch strömt, wie durch die Pfeile in 11 gezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 101 in dem Bypassrohr 182, in die zweite Region 103 mittels des Tankauslasses 192 und anschließend von dem Vorrichtungsauslass 98 aus. Ähnlich zu den vorstehenden Ausführungsformen verhält sich der schaltende Wärmetauscher 180 wie ein Verdampfer während des Wärmemodus.
Der schaltende Wärmetauscher 180 der vierten Ausführungsform entfernt das längliche Bypassrohr der ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen, was die Kosten des schaltenden Wärmetauschers 180 reduziert und schließlich des Klimaanlagensystems 2. Es soll beachtet werden, dass ein kleiner Druckabfall erfahren wird, wenn das Kühlmittel von der primären Region 101 zu der sekundären Region 103 strömt. Allerdings verbleibt beim Umströmen des Aufnahmetanks 186 während des Heizmodus das Kühlmittel sowohl in flüssiger als auch dampfförmiger Form wie es durch die zweite Region und in den Sammler 40 strömt, bei dem der Dampf von der Flüssigkeit separiert wird.
Obwohl das Schaltventil als an einem Einlass des Aufnahmetanks angeordnet beschrieben wurde, kann der schaltende Wärmetauscher auch so konfiguriert sein, dass er das an einem Auslass des Aufnahmetanks angeordnete Schaltventil aufweist. Ein Beispiel einer solchen Konfiguration ist in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, in der ein schaltender Wärmetauscher 200 so konfiguriert ist, dass er ein an einem Tankauslass 204 eines Aufnahmetanks 205 angeordneten Schaltventils 202 aufweist.
Durch das Beispiel ist eine Ventilpassage 206 mit einem Tankeinlass 208 des Aufnahmetanks 205 gekoppelt. Das Schaltventil 202 ist an einer Anschlussstelle 210 zwischen dem Tankeinlass 204 und dem Aufnahmetank 205, einer Nebenkühlpassage 212 der Wärmetauschvorrichtung 214 und einem Ende eines Bypassrohrs 216 angeordnet.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 202 in eine Eintrittsposition, um eine erste Passage zwischen der sekundären Region 103 und dem Tankauslass 204 des Aufnahmetanks 205 zu öffnen, und um eine zweite Passage zwischen dem Tankauslass 204 und dem Bypassrohr 216 zu schließen. Daher ist der Aufnahmetank 205 mit der sekundären Region 103 verbunden. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 12 dargestellt, das Kühlmittel von der primären Region 101 in den Aufnahmetank 205 und anschließend in die sekundäre Region 103, bei der es von dem Vorrichtungsauslass 98 ausströmt.
Dagegen setzt während des Heizmodus der Controller 28 das Schaltventil 202 in eine Bypassposition, um eine zweite Passage zwischen dem Tankauslass 204 und einem Bypassrohr 206 zu öffnen, und um die erste Passage zwischen der sekundären Region 103 und dem Tankauslass 204 zu schließen. Daher ist der Aufnahmetank 205 mit dem Bypassrohr 216 verbunden. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 13 angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 101 in den Aufnahmetank 205, anschließend in das Bypassrohr 216, und strömt von dem Vorrichtungsauslass 98 aus, wodurch die sekundäre Region 103 umströmt wird.
Wenn die vierte und fünfte Ausführungsform verglichen wird, reduziert der schaltende Wärmetauscher 200 der fünften Ausführungsform den Druckabfall über den schaltenden Wärmetauscher während des Heizmodus. Das Kühlmittel umströmt insbesondere die sekundäre Region 103 über das Bypassrohr 216 während des Heizmodus.
Bei den vorherigen Ausführungsformen ist das Schaltventil des schaltenden Wärmetauschers als ein Dreiwegeventil vorgesehen, und ist an einer Anschlussstelle zwischen dem Aufnahmetank, der Heizvorrichtung und dem Bypassventil angeordnet. Alternativ kann das Schaltventil ein Zweiwegeventil sein, das günstiger als ein Dreiwegeventil ist, um die Strömung des Kühlmittels zu steuern, das einen Auslass des schaltenden Wärmetauschers verlässt.
Während des Heizmodus kann das Klimaanlagensystem 2 weniger Kühlmittel als während des Kühlmodus verwenden. Dadurch muss das überschüssige Kühlmittel, das normalerweise während des Heizmodus verfügbar ist, in dem Klimaanlagensystem 2 gespeichert sein. Herkömmlich ist das übermäßige Kühlmittel in dem Sammler 40 gespeichert. Allerdings kann das überschüssige Kühlmittel zu viel für den Sammler 40 sein, wodurch der Sammler 40 überläuft. Um zu verhindern, dass der Sammler 40 überläuft, kann das Schaltventil des schaltenden Wärmetauschers an einer Position zwischen dem Aufnahmetank und dem Auslass des schaltenden Wärmetauschers angeordnet sein, sodass ein in das Klimaanlagensystem 2 strömendes überschüssiges Kühlmittel im Wesentlichen durch den schaltenden Wärmetauscher zurückbehalten werden kann.
Beispielsweise enthält in den 14A und 14B der schaltende Wärmetauscher 250 in einer sechsten Ausführungsform eine Wärmetauschvorrichtung 252, einen Aufnahmetank 254, ein Schaltventil 256, ein Bypassrohr 258 und einen Auslass 260. Ähnlich zu den vorstehenden Ausführungsformen kann die Wärmetauschvorrichtung 252 ein horizontaler Wärmetauscher mit horizontalen Rohren 253 sein, und kann eine primäre Region 262 und eine sekundäre Region 264 enthalten, die durch eine Mehrzahl der Separatoren getrennt sind. Der Aufnahmetank 254 ist mit der Wärmetauschvorrichtung 252 derart gekoppelt, dass ein Einlass des Aufnahmetanks 254 mit der primären Region 262 gekoppelt ist und ein Auslass des Aufnahmetanks 254 mit der sekundären Region 264 gekoppelt ist. Das Bypassrohr 258 kann sich von dem Aufnahmetank 254 zu dem Auslass 260 des schaltenden Wärmetauschers 250 erstrecken. Das Schaltventil 256 ist entlang des Bypassrohrs 258 angeordnet und kann ein Zweiwegeventil sein.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 256 in eine Eintrittsposition, um eine Passage zwischen dem Aufnahmetank 254 und dem durch das Bypassrohr 258 definierten Auslass 260 zu schließen. Dadurch strömt, wie durch die Pfeile in den 14A angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 262 zu dem Aufnahmetank 254, bei dem das Kühlmittel in eine flüssige und dampfförmige Form separiert wird. Die flüssige Form des Kühlmittels kann anschließend in die sekundäre Region 264 strömen, und von dem schaltenden Wärmetauscher 250 über den Auslass 260 ausströmen. Eine wesentliche Menge der dampfförmigen Form des Kühlmittels kann durch den Aufnahmetank 254 zurückbehalten werden, wenn die Passage zu dem Auslass 260 geschlossen wird.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 256 in eine Bypassposition, um die Passage zwischen dem Empfangstank 254 und dem Auslass 260 zu öffnen. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 14B gezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 262 zu dem Aufnahmetank 254, bei dem die dampfförmige Form des Kühlmittels von dem Auslass 260 zu dem Sammler 40 des Klimaanlagensystems 2 strömt. Eine wesentliche Menge des flüssigen Kühlmittels kann in dem Aufnahmetank 254 und der sekundären Region 264 während des Heizmodus gehalten werden.
Bei einer anderen Konfiguration kann das Klimaanlagensystem 2 einen schaltenden Wärmetauscher 300 einer siebten Ausführungsform enthalten, wie in den 15A und 15B gezeigt. Der schaltende Wärmetauscher 300 enthält eine Wärmetauschvorrichtung 302, einen Aufnahmetank 304, ein Bypassrohr 306, ein Schaltventil 308 und einen Auslass 310. Ähnlich zu den vorherigen Ausführungsformen enthält die Wärmetauschvorrichtung 302 eine primäre Region 312 und eine sekundäre Region 314, die durch eine Mehrzahl von Separatoren getrennt sind. Der Aufnahmetank 304 ist mit der Wärmetauschvorrichtung 302 derart gekoppelt, dass ein Einlass des Aufnahmetanks 304 mit der primären Region 312 gekoppelt ist und ein Auslass des Aufnahmetanks 304 mit der sekundären Region 314 gekoppelt ist. Das Bypassrohr 306 kann zwischen dem Aufnahmetank 304 und dem Auslass 310 gekoppelt sein. Das Schaltventil 308 ist entlang des Bypassrohrs 306 angeordnet, um eine durch das Bypassrohr 306 definierte Passage zu öffnen und zu schließen.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Ventil 308 in eine Eintrittsposition, um die Passage zwischen dem Aufnahmetank 304 und dem durch das Bypassrohr 306 ausgebildeten Auslass zu schließen. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 15A gezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 312 zu dem Aufnahmetank 304, wo es separiert wird. Die flüssige Form des Kühlmittels strömt in die sekundäre Region 314 und strömt anschließend von dem schaltenden Wärmetauscher 300 über den Auslass 310 aus. Eine wesentliche Menge des Dampfes eines Kühlmittels kann durch den Aufnahmetank 254 zurückbehalten werden, da die Passage zu dem Auslass 310 geschlossen wird.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Ventil 308 in eine Bypassposition, um die Passage zwischen dem Aufnahmetank 304 und dem Auslass 310 zu öffnen, wodurch ermöglicht wird, dass das Kühlmittel von dem Aufnahmetank 304 zu dem Auslass 310 strömt. Beispielsweise strömt, wie durch die Pfeile in 15B angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 312 zu dem Aufnahmetank 304, bei dem die flüssige Form des Kühlmittels durch den Aufnahmetank 304 und der sekundären Region 314 zurückbehalten wird, und die Dampfform des Kühlmittels kann von dem schaltenden Wärmetauscher 300 über den Auslass 310 strömen.
Der schaltende Wärmetauscher (250, 300) der sechsten und siebten Ausführungsform kann ein Zweiwegeventil als das Schaltventil (256, 308) verwenden. Durch Anbringen des Schaltventils (256, 308) entlang des Bypassrohrs (258, 306) kann die Passage von dem Aufnahmetank (254, 304) direkt zu dem Auslass (260, 310) gesteuert werden, um die Strömung des Kühlmittels während des Heizmodus zu ermöglichen, und die Strömung des Kühlmittels während des Kühlmodus zu verhindern.
Ferner kann durch Anbringen des Bypassrohrs an einen oberen Abschnitt des Aufnahmetanks (254, 304), das normalerweise die Dampfform des Kühlmittels hält, der schaltende Wärmetauscher (250, 300) die Dampfform des Kühlmittels zu dem Sammler 40 vorsehen und das Meiste der flüssigen Form des Kühlmittels während des Heizmodus zurückbehalten. Daher verwendet das Klimaanlagensystem 2 den Aufnahmetank (254, 304) und/oder die sekundäre Region (264, 314) des schaltenden Wärmetauschers (250, 300) als ein Speicherbereich für das überschüssige Kühlmittel, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel 40 überströmt.
Als Zweiwegeventil kann das Schaltventil einen Strömungspfad öffnen und schließen. Bei den sechsten und siebten Ausführungsformen ist das Schaltventil (256, 308) angebracht, um den durch das Bypassrohr (258, 306) definierten Strömungspfad zu öffnen und schließen. Dadurch kann während des Heizmodus das flüssige Kühlmittel, das zu dem Aufnahmetank (254, 304) und der zweiten Region (264, 314) strömt, in das Klimaanlagensystem 2 über den Auslass (260, 310) strömen. Um eine solche Strömung des flüssigen Kühlmittels zu verhindern, kann das Klimaanlagensystem 2 der vorliegenden Offenbarung einen in den 16A und 16B in einer achten Ausführungsform gezeigten schaltenden Wärmetauscher 350 enthalten.
Der schaltende Wärmetauscher 350 enthält eine wärmende Wärmetauschvorrichtung 352, einen Aufnahmetank 354, ein Schaltventil 356, ein Bypassrohr 358 und einen Auslass 360. Die Wärmetauschvorrichtung 352 kann ein vertikaler Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von vertikalen Rohren 351 sein. Der Aufnahmetank 354 ist mit der Wärmetauschvorrichtung 352 derart gekoppelt, dass ein Einlass des Aufnahmetanks 354 mit einer primären Region 362 gekoppelt ist und ein Auslass des Aufnahmetanks 354 ist mit der sekundären Region 364 verbunden.
Der Auslass 360 des schaltenden Wärmetauschers 350 kann mit zwei parallelen Passagen gekoppelt sein, die einen Strömungspfad des Kühlmittels vorsehen. Eine erste Passage 370 kann durch einen Ausgangskanal 380 definiert sein, der die zweite Region 364 der Wärmetauschvorrichtung 352 des Auslasses 360 koppelt. Der Ausgangskanal 368 kann eine Erweiterung eines oberen Ausgleichstanks der Wärmetauschvorrichtung 352 sein. Eine zweite Passage 366 kann durch ein Bypassrohr 358 definiert sein, das den Aufnahmetank 354 und den Auslass 360 koppelt. Die erste Passage 370 und die zweite Passage 366 können parallel zueinander angebracht sein.
Das Schaltventil 356 kann zum Steuern der Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass 360 von der ersten Passage 370 und der zweiten Passage 366 angebracht sein. Das Schaltventil 356, das ein Zweiwegeventil sein kann, ist so konfiguriert, dass es einen Strömungspfad öffnet, während ein anderer blockiert ist. Beispielsweise setzt während des Kühlmodus der Controller 28 das Schaltventil 356 in eine Eintrittsposition, um die zwischen der sekundären Region 364 und dem Auslass 360 durch den Ausgangskanal 368 ausgebildete Passage 370 zu öffnen. Durch Öffnen der ersten Passage 370 schließt das Schaltventil 356 die zwischen dem Aufnahmetank 354 und dem Auslass 360 ausgebildete zweite Passage 366 durch das Bypassrohr 358. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 16A angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 362 zu dem Aufnahmetank 354, bei dem das Kühlmittel separiert wird. Das Kühlmittel kann anschließend in die zweite Region 364 strömen und anschließend von dem Auslass 360 über die erste Passage 370 ausströmen.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 356 in eine Bypassposition, um die zwischen dem Aufnahmetank 354 und dem Auslass 360 durch das Bypassrohr 358 ausgebildete zweite Passage zu öffnen. Durch Öffnen der zweiten Passage 366 schließt das Schaltventil 356 die zwischen der sekundären Region 364 und dem Auslass 366 durch den Ausgangskanal 368 ausgebildete erste Passage 370. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 16B angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 362 zu dem Aufnahmetank 354, der das Kühlmittel separiert, und das Kühlmittel, das im Wesentlichen in einer dampfförmigen Form vorliegt, kann von dem Auslass 360 über die zweite Passage 366 strömen. Die flüssige Form des Kühlmittels kann in dem Aufnahmetank 354 und der sekundären Region 364 zurückbehalten werden, und wird vom Eintreten in das Klimaanlagensystem 2 über die erste Passage 370 durch das Schaltventil 356 blockiert.
Durch Anordnen des Schaltventils 356 entlang der ersten Passage 370 und der zweiten Passage 366 steuert der schaltende Wärmetauscher 350 die in den Sammler 40 des Klimaanlagensystems 2 eintretende Strömung des Kühlmittels. In dem Kühlmodus strömt das Kühlmittel, das im Wesentlichen in flüssiger Form vorliegt von dem Auslass 360 aus, nachdem es durch die zweite Region 364 geströmt ist. Wohingegen in dem Heizmodus das Kühlmittel, das im Wesentlichen in dampfförmiger Form vorliegt, die sekundäre Region 364 umströmt und von dem Auslass 360 ausströmt.
Der schaltende Wärmetauscher 350 der achten Ausführungsform verwendet einen vertikalen Wärmetauscher als die Wärmetauschvorrichtung 352. In einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet ein schaltender Wärmetauscher 400, der in den 17A und 17B gezeigt ist, eine horizontale Art von Wärmetauscher als eine Wärmetauschvorrichtung 404, und enthält ein Schaltventil 408 zum Steuern der Strömung des Kühlmittels zu einem Auslass 410. Ähnlich zu den vorstehenden Ausführungsformen ist ein Aufnahmetank 402 mit der Wärmetauschvorrichtung 404 derart gekoppelt, dass ein Einlass des Aufnahmetanks 402 mit einer primären Region 412 gekoppelt ist und ein Auslass des Aufnahmetanks 402 ist mit einer sekundären Region 414 gekoppelt. Ein Bypassrohr 406 ist zwischen dem Aufnahmetank 402 und dem Auslass 410 konfiguriert.
Ähnlich zu der achten Ausführungsform kann der Auslass 410 des schaltenden Wärmetauschers 400 mit zwei parallelen Passagen gekoppelt sein, die einen Strömungspfad für das Kühlmittel vorsehen. Eine erste Passage 418 kann durch einen Ausgangskanal 420 ausgebildet sein, der die zweite Region 414 und den Auslass 410 koppelt. Eine zweite Passage 416 kann durch das Bypassrohr 406 ausgebildet sein, das den Aufnahmetank 402 und den Auslass 410 koppelt. Die erste Passage 418 und die zweite Passage 416 können parallel zueinander angebracht sein.
Das Schaltventil 408 kann zum Steuern der Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass 410 von der ersten Passage 418 und der zweiten Passage 416 angebracht sein. Als ein Zweiwegeventil kann das Schaltventil 408 derart konfiguriert sein, dass es einen Strömungspfad öffnet, während ein anderer blockiert wird. Beispielsweise setzt während des Kühlmodus der Controller 28 das Schaltventil 408 in eine Eintrittsposition, um die zwischen der sekundären Region 414 und dem Auslass 410 durch den Auslasskanal 420 ausgebildete Passage zu öffnen. Durch Öffnen der ersten Passage 418 schließt das Schaltventil 408 die zweite Passage 416. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 17A angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 412 der Wärmetauschvorrichtung 404 zu dem Aufnahmetank 402, anschließend zu der sekundären Region 414 und strömt von dem schaltenden Wärmetauscher 400 über den Auslass 410 aus.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 408 in eine Bypassposition, um die zwischen dem Aufnahmetank 402 und dem Auslass 410 durch das Bypassrohr 406 ausgebildete zweite Passage 416 zu öffnen, und daher wird die erste Passage 418 geschlossen. Demgemäß strömt, wie durch die in 17B gezeigten Pfeile angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 412 zu dem Empfangstank 402, bei dem das Kühlmittel von dem Auslass 410 ausströmt. Da das Bypassrohr 406 an einem oberen Abschnitt des Empfangstanks 402 angebracht ist, strömt der Dampf von dem Kühlmittel durch den Auslass 410. Ferner verbleibt ein wesentlicher Anteil der flüssigen Form des Kühlmittels in dem Aufnahmetank 402 und der sekundären Region 414, und wird vom Durchströmen durch den Auslass 410 über die erste Passage 418 über das Schaltventil 408 blockiert.
Gemäß der Konfiguration des schaltenden Wärmetauschers 400 der neunten Ausführungsform strömt während des Kühlmodus das Kühlmittel, das im Wesentlichen in flüssiger Form vorliegt, durch die sekundäre Region 414, bevor es von dem Auslass 410 ausströmt. Wohingegen in dem Heizmodus das Kühlmittel, das im Wesentlichen in dampfförmiger Form vorliegt, die sekundäre Region 364 umströmt und von dem Auslass 360 ausströmt. Eine solche Steuerung des Kühlmittels wird unter Verwendung eines Zweiwegeventils als Schaltventil erreicht, das günstiger und weniger komplexer als ein Dreiwegeventil ist.
Der schaltende Wärmetauscher (350, 400) der achten und neunten Ausführungsform umfasst den entlang einer Seite der Wärmetauschvorrichtung (352, 404) positionierten Aufnahmetank (354, 402). Bei einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst, wie in den 18A und 18B gezeigt, ein schaltender Wärmetauscher 450 einen Aufnahmetank 454, der entlang einer oberen oder unteren Seite der Wärmetauschvorrichtung 452 angebracht ist, um einen toten Raum, der normalerweise oberhalb des schaltenden Wärmetauschers 450 verfügbar ist, zu verwenden, wenn er in das Fahrzeug eingebaut wird. Eine solche Konfiguration ist ähnlich zu dem schaltenden Wärmetauscher 150 der dritten Ausführungsform.
Der Aufnahmetank 454 ist mit der Wärmetauschvorrichtung 452 derart gekoppelt, dass ein Einlass des Aufnahmetanks 454 mit einer primären Region 462 gekoppelt ist, und ein Auslass des Aufnahmetanks 454 ist mit einer sekundären Region 464 gekoppelt. Ein Bypassrohr 456 ist zwischen dem Empfangstank 454 und dem Auslass 460 gekoppelt.
Der Auslass 460 des schaltenden Wärmetauschers 450 kann mit zwei parallelen Passagen gekoppelt sein, die einen Strömungspfad für das Kühlmittel vorsehen. Eine erste Passage 468 kann durch einen Ausgangskanal 470 ausgebildet sein, der die sekundäre Region 464 und den Auslass 460 koppelt. Eine zweite Passage 466 kann durch das Bypassrohr 456 ausgebildet sein, das den Aufnahmetank 454 und den Auslass 460 koppelt. Die erste Passage 468 und die zweite Passage 466 können parallel zueinander angebracht sein. Das Schaltventil 458 kann zum Steuern der Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass 460 von der ersten Passage 468 und der zweiten Passage 466 angebracht sein.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 458 in eine Eintrittsposition, um die zwischen der zweiten Region 464 und dem Auslass 460 durch den Ausgangskanal 470 vorgesehene erste Passage 468 zu öffnen, und dadurch die zwischen dem Aufnahmetank 454 und dem Auslass 460 durch das Bypassrohr 456 vorgesehene zweite Passage 466 schließt. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 18A angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 462 zu dem Aufnahmetank 454, anschließend zu der sekundären Region 464 und von dem Auslass 460 von dem schaltenden Wärmetauscher 450 aus.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 458 in eine Bypassposition, um die zwischen dem Aufnahmetank 454 und dem Auslass 460 durch das Bypassrohr 456 ausgebildete zweite Passage 466 zu öffnen, wodurch die erste Passage 468 geschlossen wird. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 18B angezeigt, das Strömungsmittel von der primären Region 462 zu dem Aufnahmetank 454, wodurch der Dampf von dem Kühlmittel von dem Auslass 460 über das Bypassrohr 456 ausströmt. Die Flüssigkeit von dem Kühlmittel strömt in den Aufnahmetank 454 (wie durch den gepunkteten Pfeil in 18B angezeigt), und kann in den Aufnahmetank 454 und der sekundären Region 464 gespeichert werden.
Zudem kann zu den durch die schaltenden Wärmetauscher (350, 400) der achten und neunten Ausführungsformen erreichten Vorteile der schaltende Wärmetauscher 450 der zehnten Ausführungsform auch einige der Vorteile des schaltenden Wärmetauschers 150 der dritten Ausführungsform erreichen. Insbesondere durch Anordnen des Aufnahmetanks 454 oberhalb des oberen Tanks der Wärmetauschvorrichtung 452 kann der schaltende Wärmetauscher 450 den toten Raum, der normalerweise oberhalb des schaltenden Wärmetauschers 450 verfügbar ist, verwenden, wodurch die Konfiguration des Klimaanlagensystems 2 verbessert wird.
Bei der achten bis zehnten Ausführungsform ist das Schaltventil (356, 408, 458) entlang zweier paralleler Passagen angebracht, sodass, wenn es eine Passage öffnet, die andere Passage schließt. Bei der Konfiguration des schaltenden Wärmetauschers (250, 300) der sechsten und zehnten Ausführungsform steuert der schaltende Wärmetauscher (250, 300) die Strömung des Kühlmittels durch den Auslass (260, 310) durch Öffnen oder Schließen der durch das Bypassrohr (258, 306) ausgebildeten Passage. Allerdings verbleibt eine Passage zwischen der sekundären Region (264, 314) und dem Auslass (260, 310) geöffnet, wodurch ermöglicht wird, dass das Kühlmittel durchströmt. Als eine Alternative zu den schaltenden Wärmetauscher (350, 400, 450) der achten bis zehnten Ausführungsformen umfasst in einer elften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in den 19A und 19B gezeigt, ein schaltender Wärmetauscher 500 ein Schaltventil 502 und einen oberhalb eines Aufnahmetanks 506 positionierten Auslass 504, der verhindert, dass die Flüssigkeit des Kühlmittels in den Sammler 40 während des Heizmodus strömt.
Eine Wärmetauschvorrichtung 508 des schaltenden Wärmetauschers 500 ist mit dem Aufnahmetank 506 derart gekoppelt, dass ein Einlass des Aufnahmetanks 506 mit einer primären Region 510 gekoppelt ist, und ein Auslass des Aufnahmetanks 506 ist mit einer sekundären Region 512 gekoppelt. Ein Bypassrohr 514 erstreckt sich von dem Aufnahmetank 506 zu dem Auslass 504 zum Ausbilden einer Passage dazwischen. Das Schaltventil 502 ist entlang des Bypassrohrs 514 zum Öffnen oder Schließen der durch das Bypassrohr 514 durch den Aufnahmetank 506 und den Auslass 504 ausgebildeten Passage angeordnet.
Ähnlich zu den sechsten und siebten Ausführungsformen setzt während des Kühlmodus der Controller 28 das Schaltventil 502 in eine Eintrittsposition zum Schließen der durch das Bypassrohr 514 ausgebildeten Passage. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 19A angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 510 zu dem Aufnahmetank 506, strömt anschließend durch die sekundäre Region 512 und von dem Auslass 504 des schaltenden Wärmetauschers 500 aus.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 502 in eine Bypassposition, um die durch das Bypassrohr 514 ausgebildete Passage zu öffnen. Demgemäß strömt, wie durch die in 19B gezeigten Pfeile angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 510 zu dem Aufnahmetank 506. Von dem Aufnahmetank 506 strömt eine wesentliche Menge der dampfförmigen Form des Kühlmittels von dem Auslass 504 durch das Bypassrohr 514 aus; wohingegen die flüssige Form des Kühlmittels in einem Aufnahmetank 506 und in der sekundären Region 512 (wie durch den gepunkteten Pfeil in 19B angezeigt) gesammelt werden kann.
Bei der elften Ausführungsform umfasst der schaltende Wärmetauscher 500 das Schaltventil 502 und den oberhalb des Aufnahmetanks 506 positionierten Auslasses 504, sodass in dem Heizmodus das flüssige Kühlmittel in dem Aufnahmetank 506 und in der sekundären Region 512 gesammelt wird, wodurch ein übermäßiges Kühlmittel von der Zirkulation des Klimaanlagensystems 2 entfernt wird.
Um die Separation des Kühlmittels in dem Aufnahmetank sicherzustellen, kann der schaltende Wärmetauscher einen Gasflüssigkeitsseparator enthalten. Mit Bezug auf die 20A und 20B in einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält beispielsweise ein schaltender Wärmetauscher 550 eine Wärmetauschvorrichtung 552, einen Aufnahmetank 554, einen Gasflüssigkeitsseparator 556, ein Schaltventil 558, ein Bypassrohr 560 und einen Auslass 562. Die Wärmetauschvorrichtung 552 ist mit dem Aufnahmetank 554 derart gekoppelt, dass der Einlass des Aufnahmetanks 554 mit der primären Region 564 gekoppelt ist und der Auslass des Aufnahmetanks 554 ist mit einer sekundären Region 556 gekoppelt. Der Gasflüssigkeitsseparator 556 kann an dem Einlass des Aufnahmetanks 554 angeordnet sein, um die flüssigen und dampfförmigen Formen des Kühlmittels zu separieren, wenn das Kühlmittel durch den Aufnahmetank 554 strömt. Das Schaltventil 558 kann entlang des Bypassrohrs 560 an einer Position zwischen dem Gasflüssigkeitsseparator 556 und dem Auslass des Schaltwärmetauschers 550 angeordnet sein.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 558 in eine Eintrittsposition zum Schließen der durch das Bypassrohr 560 zwischen dem Aufnahmetank 554 und dem Auslass 562 ausgebildeten Passage. Demgemäß strömt, wie durch die in 20A gezeigten Pfeile angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 564 der Wärmetauschvorrichtung 552 zu dem Aufnahmetank 554 mittels des Gasflüssigkeitsseparators 556. Der Gasflüssigkeitsseparator 556 separiert das Kühlmittel, wenn es in den Aufnahmetank 554 eintritt. Die flüssige Form des Kühlmittels strömt von dem Aufnahmetank 554 zu der sekundären Region 566 und anschließend von dem Auslass 562 zu dem Sammler 40 des Klimaanlagensystems 2 aus. Die dampfförmige Form des Kühlmittels kann durch den Aufnahmetank 554 zurückbehalten werden.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 558 in eine Bypassposition, um die durch das Bypassrohr 560 ausgebildete Passage zu öffnen. Demgemäß strömt, wie durch die in 20B gezeigten Pfeile angezeigt, das Strömungsmittel von der primären Region 564 zu dem Aufnahmetank 554 mittels des Gasflüssigkeitsseparators 556. Der Gasflüssigkeitsseparator 556 trennt das Kühlmittel, wenn es in den Aufnahmetank 554 eintritt. Demgemäß strömt die dampfförmige Form des Kühlmittels von dem Auslass des schaltenden Wärmetauschers 550 aus; wohingegen die flüssige Form des Kühlmittels in den Aufnahmetank 554 strömt (wie durch den gepunkteten Pfeil in 20B gezeigt) und kann durch den Aufnahmetank 554 und die sekundäre Region 566 gehalten werden.
Bei der zwölften Ausführungsform kann die flüssige Form des Kühlmittels zu der sekundären Region 566 strömen und von dem Auslass 562 ausströmen. Um die flüssige Form des Kühlmittels zurückzubehalten enthält der schaltende Wärmetauscher 600 in der dreizehnten Ausführungsform einen Aufnahmetank 604, wie in den 21A und 21B gezeigt. Insbesondere ist eine Wärmetauschvorrichtung 602 mit dem Aufnahmetank 604 gekoppelt, sodass eine primäre Region 614 mit einem Einlass des Aufnahmetanks 604 gekoppelt ist, und eine sekundäre Region 616 ist mit einem Auslass des Aufnahmetanks 604 mittels eines Rohrs 618 gekoppelt. Ein Bypassrohr 610 kann sich von dem Aufnahmetank 604 zu einem Auslass 612 erstrecken, wodurch eine Passage dazwischen vorgesehen ist. Ein Schaltventil 606, das ein Zweiwegeventil ist, kann entlang dem Bypassrohr 610 angeordnet sein, um die ausgebildete Passage zu öffnen und zu schließen. Ein Gasflüssigkeitsseparator 608 ist an dem Einlass des Aufnahmetanks 604 angebracht, um die dampfförmige und flüssige Form des Kühlmittels zu separieren, das in den Tank 604 eintritt.
Die Leitung 618 kann so konfiguriert sein, dass sie ein Ende aufweist, das sich innerhalb des Aufnahmetanks 604 zu einer Position erstreckt, die im Wesentlichen zu einem Boden des Aufnahmetanks 604 geschlossen ist, und das andere Ende aufweist, das mit der sekundären Region 616 gekoppelt ist. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, sammelt sich die dampfförmige Form des Kühlmittels an einem oberen Abschnitt des Aufnahmetanks 604 und die flüssige Form sammelt sich an einem unteren Abschnitt des Aufnahmetanks 604. Dadurch kann durch Aufweisen der Leitung 618 die Flüssigkeit von dem Kühlmittel zu der sekundären Region 616 vorgesehen sein und der Dampf kann in den oberen Abschnitt verbleiben und/oder durch das Bypassrohr 610 strömen, wenn das Schaltventil 606 geöffnet ist.
Während des Kühlmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 606 in eine Eintrittsposition, um die durch das Bypassrohr 610 ausgebildete Passage zu schließen. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 21A angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 614 zu dem Aufnahmetank 604 mittels des Gasflüssigkeitsseparators 608. Nachdem es durch den Gasflüssigkeitsseparator 608 separiert ist, strömt die flüssige Form des Kühlmittels in die sekundäre Region 616 über die Leitung 618. Aus der sekundären Region 616 strömt das Kühlmittel von dem Auslass 612 aus.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil in eine Bypassposition, um die durch das Bypassrohr 610 ausgebildete Passage zu öffnen. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 21B angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 614 der Wärmetauschvorrichtung 602 zu dem Aufnahmetank 604 mittels des Gasflüssigkeitsseparators 608. Nachdem es durch den Gasflüssigkeitsseparator 608 getrennt wird, strömt die gasförmige Form des Kühlmittels zu dem Bypassrohr 610 und von dem Auslass 612 aus. Die flüssige Form des Kühlmittels kann in den Aufnahmetank 604 strömen (wie durch den gepunkteten Pfeil angezeigt), bei dem es während des Heizmodus gehalten wird.
Der schaltende Wärmetauscher 600 der zwölften Ausführungsform nutzt den Gasflüssigkeitsseparator 608, um das in die Tanks eintretende Kühlmittel zu separieren, sodass die dampfförmige Form des Kühlmittels über das Bypassrohr 610 während des Heizmodus freigelassen werden kann, und die flüssige Form des Kühlmittels kann über die sekundäre Region 616 während des Kühlmodus freigegeben werden. Ferner behält während des Heizmodus der Aufnahmetank 604 die flüssige Form des Kühlmittels zurück, wodurch er wie ein Sammler ausgeführt wird und verhindert, dass der Sammler 40 mit dem überschüssigen Kühlmittel überströmt.
Der schaltende Wärmetauscher 600 der dreizehnten Ausführungsform kann eine wesentliche Menge des flüssigen Kühlmittels während des Heizmodus zurückhalten. Allerdings gibt es eine Möglichkeit, dass einiges an flüssigen Kühlmittel von dem Auslass 612 ausströmen kann. Daher verwendet bei einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in den 22A und 22B gezeigt, ein schaltender Wärmetauscher 650 ein Schaltventil 652 zum Öffnen einer Passage und Schließen einer anderen.
Insbesondere kann der schaltende Wärmetauscher 650 eine Wärmeaustauschvorrichtung 654, einen Aufnahmetank 656, ein Bypassrohr 658 und einen Auslass 660 enthalten. Ähnlich zu den vorherigen Ausführungsformen kann der Aufnahmetank 656 mit einer Wärmetauschvorrichtung 654 derart gekoppelt sein, dass ein Einlass des Aufnahmetanks 656 mit einer primären Region 662 gekoppelt ist und ein Auslass des Aufnahmetanks 656 ist mit einer sekundären Region 664 verbunden. Ein Gasflüssigkeitsseparator 666 kann an einem Einlass des Aufnahmetanks 656 angebracht sein, um das in den Aufnahmetank 656 von der primären Region 662 eintretende Kühlmittel zu separieren.
Der Auslass 660 des schaltenden Wärmetauschers 650 kann mit zwei parallelen Passagen gekoppelt sein, die einen Strömungspfad für das Kühlmittel vorsehen. Eine erste Passage 670 kann durch einen Ausgangskanal 672 ausgebildet sein, der die sekundäre Region 664 und den Auslass 660 koppelt. Eine zweite Passage 668 kann durch das Bypassrohr 658 ausgebildet sein, das den Aufnahmetank 656 und den Auslass 660 koppelt. Die erste Passage 670 und die zweite Passage 668 können parallel zueinander angebracht sein.
Das Schaltventil 652 kann zum Steuern der Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass 660 von der ersten Passage 670 und der zweiten Passage 668 angebracht sein. Als ein Zweiwegeventil kann das Schaltventil 652 derart konfiguriert sein, dass es einen Strömungspfad öffnet, während ein anderer blockiert wird.
Beispielsweise setzt während des Kühlmodus der Controller 28 das Schaltventil 652 in eine Eintrittsposition, um die zwischen der sekundären Region 664 und dem Auslass 660 durch den Ausgangskanal 672 ausgebildete erste Passage 670 zu öffnen. Durch Öffnen der ersten Passage schließt das Schaltventil 652 die zweite Passage 668. Demgemäß strömt, wie durch die Pfeile in 22A angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 662 der Wärmetauschvorrichtung 654 zu dem Aufnahmetank 656 mittels des Gasflüssigkeitsseparators 666. Der Gasflüssigkeitsseparators 666 separiert dampfförmige und flüssige Formen des Kühlmittels, wenn das Kühlmittel in den Aufnahmetank 656 eintritt. Aus dem Aufnahmetank 656 strömt die flüssige Form des Kühlmittels zu der sekundären Region 664 und von dem Auslass 660 aus.
Während des Heizmodus setzt der Controller 28 das Schaltventil 408 in eine Bypassposition, um die zwischen dem Aufnahmetank 656 und dem Auslass durch das Bypassrohr 658 ausgebildete zweite Passage 668 zu öffnen, wodurch die erste Passage 670 geschlossen wird. Demgemäß strömt, wie durch die in 22A dargestellten Pfeile angezeigt, das Kühlmittel von der primären Region 662 zu dem Aufnahmetank 656 mittels des Gasflüssigkeitsseparators 666. Der Gasflüssigkeitsseparator 666 separiert die dampfförmige und flüssige Form des Kühlmittels, wenn das Kühlmittel in den Aufnahmetank 656 eintritt. Aus dem Aufnahmetank 656 strömt eine dampfförmige Form des Kühlmittels von dem Auslass 660 durch das Bypassrohr 658 aus. Ein wesentlicher Anteil der flüssigen Form des Kühlmittels tritt in den Aufnahmetank 656 ein (wie durch den gepunkteten Pfeil angezeigt), und wird durch den Aufnahmetank 656 und der sekundären Region 664 beibehalten. Insbesondere wird während des Heizmodus die flüssige Form des Kühlmittels vom Durchströmen durch den Auslass 660 über die erste Passage 670 durch das Schaltventil 652 blockiert.
Basierend auf der vierzehnten Ausführungsform verwendet der schaltende Wärmetauscher 650 den Gasflüssigkeitsseparator 666, um das Kühlmittel zu separieren, wenn es in den Aufnahmetank 656 eintritt, und verwendet das Schaltventil 652 zum Steuern der Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass 660. Dadurch kann während des Kühlmodus die flüssige Form des Kühlmittels von dem schaltenden Wärmetauscher 650 ausströmen, nachdem es durch die sekundäre Region 664 gekühlt wird, und die dampfförmige Form des Kühlmittels kann in dem Aufnahmetank 656 zurückbehalten werden. Ferner kann während des Heizmodus die dampfförmige Form des Kühlmittels von dem Auslass 660 mittels des Bypassrohrs 658 ausströmen, wodurch die sekundäre Region 664 umströmt wird. Dadurch wird die flüssige Form des Kühlmittels in dem Aufnahmetank 656 und in der sekundären Region 664 zurückbehalten, und es wird verhindert, dass es durch den Auslass 660 strömt.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde für Zwecke der Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Es ist nicht beabsichtigt, vollständig zu sein oder die Offenbarung zu begrenzen. Individuelle Elemente oder Merkmale einer besonderen Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt, sondern gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht insbesondere gezeigt oder beschrieben wird. Das Gleiche kann auf viele verschiedene Art und Weisen verändert werden. Solche Veränderungen sollen nicht als Abweichung von der Offenbarung betrachtet werden, und solche Abwandlungen werden beabsichtigt innerhalb des Umfangs der Offenbarung enthalten zu sein.
Beispielhafte Ausführungsformen sind derart vorgesehen, dass die Offenbarung durchgängig ist, und werden vollständig den Umfang dem Fachmann lehren. Zahlreiche spezifische Details sind dargelegt, wie z. B. Beispiele oder spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein durchgängiges Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorzusehen. Es wird ersichtlich für den Fachmann, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, die beispielhafte Ausführungsformen können in vielen verschiedenen Ausbildungen verkörpert sein und diese sollen auch den Umfang der Offenbarung nicht beschränkend auslegen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben werden.
Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”in Eingriff stehend”, ”verbunden mit”, oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder Schicht bezeichnet ist, kann es direkt auf, in Eingriff stehen, verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element oder Schicht sein, oder dazwischenliegende Elemente oder Schichten können vorhanden sein. Dagegen, wenn ein Element als ”direkt an”, ”direkt im Eingriff stehend mit”, ”direkt verbunden mit”, oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder Schicht bezeichnet ist, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Mit anderen Worten, die Beziehung zwischen den Elementen wird gewöhnlich so beschrieben und soll auf der Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart”, usw.). Wie hierin verwendet, enthält der Begriff ”und/oder” eine und alle Kombinationen von einem oder mehreren assoziierten aufgelisteten Punkten.
Obwohl die Begriffe erstens, zweitens, drittens, usw. hierin verwendet werden, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Sektionen zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Sektionen nicht auf diese Begriffe begrenzt werden. Diese Begriffe können lediglich zum Unterscheiden eines Elements, einer Komponente, einer Region, einer Schicht oder einer Sektion von einer anderen Region, einer Schicht oder Sektion verwendet werden. Begriffe, wie z. B. ”erstens”, ”zweitens” und andere numerische Begriffe, wenn hierin verwendet, bedeuten keine Sequenz oder Reihenfolge, außer es ist durch den Zusammenhang klar spezifiziert. Dadurch kann ein erstes Element, Komponente, Region, Schicht oder Sektion, die nachstehend diskutiert werden, ein zweites Element, Komponente, Region, Schicht oder Sektion sein, ohne von der Lehre der beispielhaften Ausführungsform abzuweichen.
Räumlich relative Begriffe, wie z. B. ”innen”, ”außen”, ”unterhalb”, ”unten”, ”nieder”, ”oben”, ”oberhalb”, und dergleichen können hierin zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um ein Element einer Merkmalsbeziehung zu einem anderen Element oder Merkmal wie in den Figuren dargestellt zu beschreiben. Räumlich relative Begriffe können beabsichtigen unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung im Gebrauch oder im Betrieb zusätzlich zu den in den Figuren angezeigten Orientierungen zu umfassen. Beispielsweise wären, falls die Vorrichtung in den Figuren umgedreht werden, die als ”unten” oder ”oben” beschrieben, andere Elemente oder Merkmale anschließend ”oberhalb” der anderen Elemente oder Merkmale. Dadurch kann der beispielhafte Begriff ”unten” sowohl eine Orientierung oberhalb als auch unterhalb umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders orientiert sein (um 90 Grad verdreht oder eine andere Orientierung) und die räumlich relativen Beschreiber haben dies entsprechend interpretiert.

Claims

Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: einen schaltenden Wärmetauscher (30, 120, 150, 180, 200), der an einem vorderen Abschnitt eines Fahrzeugs angeordnet ist und eine Wärmeaustauschvorrichtung (82, 122, 152, 214), einen Aufnahmetank (80, 138, 168, 186, 205) und ein Schaltventil (86, 142, 172, 184, 202) enthält, wobei die Wärmeaustauschvorrichtung eine primäre Region (101, 134, 164) und eine sekundäre Region (103, 136, 166) aufweist, wobei die primäre Region vor der sekundären Region liegt, wobei die Wärmeaustauschvorrichtung Wärme zwischen einem darin strömenden Kühlmittel und einer durchgeblasenen Luft austauscht, wobei ein Einlass des Aufnahmetanks mit der primären Region der Wärmetauschvorrichtung zum Aufnehmen des Kühlmittels verbunden ist und ein Auslass des Aufnahmetanks mit der sekundären Region zum Bereitstellen des Kühlmittels zu der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, wobei das Schaltventil zwischen der Wärmetauschvorrichtung und dem Aufnahmetank zum Steuern der Strömung des Kühlmittels von der Wärmetauschvorrichtung zu dem Aufnahmetank angebracht ist; und einen Controller (28), der derart konfiguriert ist, dass er das Schaltventil zu einer Eintrittsposition während eines Kühlmodus und zu einer Bypassposition während eines Erwärmmodus schaltet, wobei in der Eintrittsposition das Schaltventil eine erste Passage öffnet, um die primäre Region der Wärmetauschvorrichtung mit dem Aufnahmetank zu verbinden und das Kühlmittel strömt von der primären Region zu dem Aufnahmetank, von dem das Kühlmittel zu der sekundären Region strömt bevor es aus einem Auslass (98, 132, 162) der Wärmetauschvorrichtung ausströmt, und in der Bypassposition das Schaltventil eine zweite Passage öffnet, um die primäre Region der Wärmetauschvorrichtung mit dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung zu verbinden und das Kühlmittel strömt von der primären Region zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 1, wobei der schaltende Wärmetauscher ferner aufweist: ein Bypassrohr (84, 140, 170), bei dem ein Ende mit dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, wobei das Schaltventil an einer Anschlussstelle zwischen dem Aufnahmetank, dem anderen Ende des Bypassrohrs und der primären Region der Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist, das Schaltventil in der Eintrittsposition die zwischen der primären Region und dem Aufnahmetank definierte erste Passage öffnet, so dass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Aufnahmetank strömt, und das Schaltventil in der Bypassposition die zwischen der primären Region und dem Bypassrohr definierte zweite Passage öffnet, so dass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung über das Bypassrohr strömt.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der schaltende Wärmetauscher ferner aufweist: ein Bypassrohr (182), bei dem ein Ende mit der sekundären Region der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, wobei das Schaltventil an einer Anschlussstelle zwischen dem Einlass des Aufnahmetanks, dem anderen Ende des Bypassrohrs und der primären Region der Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist, das Schaltventil in der Eintrittsposition die zwischen dem Einlass des Aufnahmetanks und der primären Region der Wärmetauschvorrichtung definierte erste Passage öffnet, so dass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Aufnahmetank strömt, und das Schaltventil in der Bypassposition die zwischen der primären Region und dem Bypassrohr definierte zweite Passage öffnet, so dass das Kühlmittel von der primären Region zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung durch das Bypassrohr und die zweite Region der Wärmetauschvorrichtung strömt.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 1, wobei der Aufnahmetank (168) oberhalb der Wärmetauschvorrichtung angebracht ist.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 1, wobei das Schaltventil (202) an einem Auslass des Aufnahmetanks angeordnet ist.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 1, wobei der schaltende Wärmetauscher ferner aufweist: ein Bypassrohr (216), bei dem ein Ende mit dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, wobei das Schaltventil an einer Anschlussstelle zwischen einem Auslass des Aufnahmetanks, dem anderen Ende des Bypassrohrs und der sekundären Region der Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist, das Schaltventil in der Eintrittsposition die zwischen dem Auslass des Aufnahmetanks und der zweiten Region der Wärmetauschvorrichtung definierte erste Passage öffnet, so dass das durch die primäre Region vorgesehene Kühlmittel von dem Aufnahmetank zu der sekundären Region strömt, von der das Kühlmittel aus dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung strömt, und das Schaltventil in der Bypassposition eine zwischen dem Auslass des Aufnahmetanks und dem Bypassrohr definierte zweite Passage öffnet, so dass das durch die primäre Region vorgesehene Kühlmittel von dem Aufnahmetank zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung mittels des Bypassrohres strömt.
Klimaanlagensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: ein Wärmepumpsystem (4), das den Fahrgastraum während des Kühlmodus kühlt und den Fahrgastraum des Fahrzeugs während des Erwärmungsmodus erwärmt, wobei der schaltende Wärmetauscher in dem Wärmepumpsystem als ein äußerer Wärmetauscher angeordnet ist, um wie ein Sub-Kühlkondensator während des Kühlmodus zu arbeiten und wie ein äußerer Verdampfer während des Erwärmmodus zu arbeiten.
Klimaanlagensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: einen schaltenden Wärmetauscher (250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650), der an einem vorderen Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet ist und eine Wärmetauschvorrichtung (252, 302, 352, 404, 452, 508, 552, 602, 654), einen Aufnahmetank (254, 304, 354, 402, 454, 506, 554, 604, 656), ein Bypassrohr (258, 306, 358, 406, 456, 514, 560, 610, 658) und ein Schaltventil (256, 308, 356, 408, 458, 502, 558, 606, 652) enthält, wobei die Wärmetauschvorrichtung eine primäre Region (262, 312, 362, 412, 462, 510, 564, 614, 662) und eine sekundäre Region (264, 314, 364, 414, 464, 512, 566, 616, 664) aufweist, wobei die primäre Region vor der sekundären Region liegt, wobei die Wärmetauschvorrichtung Wärme zwischen einem darin strömenden Kühlmittel und einer durchgeblasenen Luft austauscht, wobei ein Einlass des Aufnahmetanks mit der primären Region der Wärmetauschvorrichtung zum Aufnehmen des Kühlmittels verbunden ist und ein Auslass des Aufnahmetanks mit der sekundären Region zum Bereitstellen des Kühlmittels zur Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, wobei das Bypassrohr ein Ende, das mit einem Auslass (260, 310, 360, 410, 460, 504, 562, 612, 660) der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, und ein anderes Ende aufweist, das mit dem Aufnahmetank zum Definieren einer Passage zwischen dem Aufnahmetank und dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, wobei das Schaltventil entlang des Bypassrohrs zum Steuern der Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass über die durch das Bypass vorgesehene Passage angebracht ist; und einen Controller (28), der so konfiguriert ist, dass er das Schaltventil zu einer Eintrittsposition während eines Kühlmodus und zu einer Bypassposition während eines Erwärmmodus schaltet, wobei in der Eintrittsposition das Schaltventil die Passage zwischen dem Aufnahmetank und dem durch das Bypassrohr vorgesehenen Auslass schließt, so dass das Kühlmittel von dem Tank durch die sekundäre Region strömt und aus dem Auslass ausströmt, und in der Bypassposition das Schaltventil die Passage zwischen dem Aufnahmetank und dem durch das Bypassrohr vorgesehenen Auslass öffnet, so dass das Kühlmittel von dem Aufnahmetank zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung strömt.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 8, wobei der schaltende Wärmetauscher ferner aufweist: einen Ausgangskanal (368, 420, 470, 672), der ein Ende, das mit dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist, und ein anderes Ende aufweist, das mit der sekundären Region verbunden ist, wobei der Ausgangskanal parallel zu dem Bypassrohr verläuft, wobei der Ausgangskanal eine erste Passage (370, 418, 468, 670) zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung definiert und die durch das Bypassrohr definierte Passage ist eine zweite Passage (366, 416, 466, 668) zu dem Auslass, wobei das Schaltventil entlang dem Bypassrohr und dem Ausgangsrohr angebracht ist, um die Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung von der ersten Passage zu der zweiten Passage zu steuern, das Schaltventil in der Eintrittsposition die erste Passage öffnet und die zweite Passage schließt, so dass das Kühlmittel von der zweiten Region zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung strömt, und das Schaltventil in der Bypassposition die zweite Passage öffnet und die erste Passage schließt, so dass das Kühlmittel von dem Aufnahmetank zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung strömt.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 9, wobei der Aufnahmetank (454) oberhalb der Wärmetauschvorrichtung angebracht ist.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 8, wobei der schaltende Wärmetauscher (500) ein Bypassrohr (514), das Schaltventil (502) und den Auslass (504) der oberhalb des Aufnahmetanks (506) positionierten Wärmetauschvorrichtung (508) aufweist.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 8, wobei der schaltende Wärmetauscher ferner aufweist: einen Gasflüssigkeitsseparator (556, 608, 666), der an dem Einlass des Aufnahmetanks angeordnet ist, um das in den Aufnahmetank eintretende Kühlmittel zu separieren, wobei das Bypassrohr mit dem Einlass des Aufnahmetanks und dem Auslass des Wärmetauschers verbunden ist, um die Passage zwischen dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung und dem Aufnahmetank zu definieren, und das Schaltventil entlang dem Bypassrohr an einer Position stromabwärts des Gasflüssigkeitsseparators angebracht ist.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 12, wobei das Schaltventil in der Eintrittsposition die durch das Bypassrohr vorgesehene Passage schließt, so dass die Dampfform des Kühlmittels in dem Aufnahmetank zurückgehalten wird und die flüssige Form des Kühlmittels durch die sekundäre Region strömt und anschließend aus dem Auslass ausströmt, und das Schaltventil in der Bypassposition die durch das Bypassrohr vorgesehene Passage öffnet, so dass die Dampfform des Kühlmittels von dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung über das Bypassrohr ausströmt und die flüssige Form des Kühlmittels in dem Aufnahmetank im Wesentlichen zurückgehalten wird.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 12, wobei der schaltende Wärmetauscher ferner aufweist: einen Ausgangskanal (672), bei dem ein Ende mit dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung verbunden ist und ein anderes Ende mit der sekundären Region verbunden ist, wobei der Ausgangskanal parallel zu dem Bypassrohr derart verläuft, dass der Ausgangskanal eine erste Passage (670) zu dem Auslass definiert und die durch das Bypassrohr definierte Passage eine sekundäre Passage (668) zu dem Auslass ist, wobei das Schaltventil entlang dem Ausgangskanal und dem Bypassrohr an einer Position stromabwärts des Gasflüssigkeitsseparators angebracht ist, um die Strömung des Kühlmittels zu dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung von der ersten Passage und der zweiten Passage zu steuern, das Schaltventil in der Eintrittsposition die erste Passage öffnet und die zweite Passage schließt, so dass das von der zweiten Region strömende Kühlmittel aus dem Auslass strömt, und das Schaltventil in der Bypassposition die zweite Passage öffnet und die erste Passage schließt, so dass die Dampfform des Kühlmittels durch den Gasflüssigkeitsseparator separiert wird, um von dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung auszuströmen, und die flüssige Form des durch den Gasflüssigkeitsseparator separierten Kühlmittels im Wesentlichen in dem Aufnahmetank während des Erwärmmodus zurückgehalten wird.
Klimaanlagensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Bypassrohr mit einem oberen Abschnitt des Aufnahmetanks und dem Auslass der Wärmetauschvorrichtung gekoppelt ist.
Klimaanlagensystem nach Anspruch 8, wobei der Aufnahmetank (454, 506) oberhalb der Wärmetauschvorrichtung angebracht ist.
Klimaanlagensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 16, ferner aufweisend: ein Wärmepumpsystem (4), das den Fahrgastraum während des Kühlmodus kühlt und den Fahrgastraum des Fahrzeugs während des Erwärmmodus erwärmt, wobei der schaltende Wärmetauscher in dem Wärmepumpensystem als ein äußerer Wärmetauscher angeordnet ist, um wie ein Sub-Kühlkondensator während des Kühlmodus zu arbeiten und wie ein äußerer Verdampfer während des Erwärmmodus zu arbeiten.