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Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines ersten Wärmetauschers für ein luftkühlendes Kältemittel, das in einem Kühlkreis eines mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor versehenen Hybridfahrzeug zirkuliert; eines Kühlers für luftkühlendes Kühlwasser, um den Verbrennungsmotor zu kühlen; und eines Kühlers (eines zweiten Kühlers) für luftkühlendes Kühlwasser, um elektrische Bauteile in Zusammenhang mit dem Elektromotor zu kühlen.
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Herkömmlicherweise sind hinsichtlich einer in einem Hybridfahrzeug vorgesehenen luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung, in welcher ein in einem ersten Wärmetauscher (z. B. einem Kondensator) zirkulierende Kältemittel, ein in einem ersten Kühler zirkulierendes erste Kühlwasser und ein in einem zweiten Kühler zirkulierendes zweites Kühlwasser gleichzeitig luftgekühlt werden, der erste Wärmetauscher, der erste Kühler und der zweite Kühler in der Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet, um so den Aufbau der Vorrichtung zu vereinfachen. Zum Beispiel ist eine solche luftgekühlte Wärmetauschvorrichtung in
JP 2002-187435 A offenbart. Ferner wird in der luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung, in welcher der erste Wärmetauscher, der erste Kühler und der zweite Kühler in der Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind, eine Drehzahl eines Lüfters zur Luftkühlung entsprechend einer Temperatur elektrischer Bauteile in Zusammenhang mit dem Elektromotor gesteuert. Zum Beispiel ist diese luftgekühlte Wärmetauschvorrichtung in
JP 2002-223505 A offenbart.
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In letzter Zeit besteht Bedarf zum Verkleinern eines Raums, in welchem derartige Bauteile angeordnet sind. Deshalb wurde, wie in
JP 2002-187435 A und
JP 2002-223505 A offenbart, die folgende luftgekühlte Wärmetauschvorrichtung untersucht. Die drei Komponenten des ersten Kühlers, des zweiten Kühlers und des ersten Wärmetauschers sind nicht in der Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet, sondern der erste und der zweite Kühler sind in einen integrierten Kühler integriert, und die zwei Komponenten des ersten Wärmetauschers und des integrierten Kühlers sind in der Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet.
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In diesem Fall darf die Temperatur des ersten Kühlwassers zum Kühlen des Verbrennungsmotors 110°C betragen. Deshalb kann das erste Kühlwasser zum Kühlen des Verbrennungsmotors ausreichend luftgekühlt werden, dies durch Luft, an welche Wärme von dem Kältemittel in dem Außenwärmetauscher abgestrahlt worden ist, Jedoch muss die Temperatur des zweiten Kühlwassers zum Kühlen der elektrischen Bauteile in Zusammenhang mit dem Elektromotor auf einem Wert nicht höher als 65°C gehalten werden, sodass die elektrischen Bauteile von Hitze geschützt werden können. Demgemäß besteht eine Möglichkeit, dass das zweite Kühlwasser durch Luft, zu welcher Wärme von dem Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher bewegt worden ist, nicht auf eine Temperatur nicht höher als 65°C luftgekühlt werden kann.
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DE 101 53 587 A1 beschreibt ein System, welches Bauteile erkennt, die eine Kühlung benötigen. Dabei wird mittels einer Pumpe die Temperatur eines Systembauteils aufrechterhalten, indem Kühlmittel durch einen geschlossenen Kühlkreislauf bewegt wird, wobei es Wärme von den Bauteilen aufnimmt. Das Kühlmittel bewegt sich anschließend durch einen Kühler, wobei Wärme nach außen geblasen wird, wenn das Kühlmittel einem Gebläseluftstrom ausgesetzt ist. Dabei überwacht ein Regler die Bauteiltemperaturen und regelt die Gebläsedrehzahl. Die Bauteiltemperaturen werden bestimmt, indem die effektiven Temperaturen von Bauteilen wie die Zylinderkopftemperatur, die Öltemperatur im Getriebe/in der Transaxle, die Temperatur des Inverter-Einzelschaltkreises sowie die Temperaturen der Motorwicklung gemessen werden, oder durch Messung der Kühlmitteltemperatur. Der Regler vergleicht die Temperaturen der Bauteile mit Schwellenwerten, die auf ein genaues Maß einstellbar sind, um zu bestimmen, ob das Gebläse betrieben werden sollte oder nicht, und wenn, mit welcher Drehzahl das Gebläse arbeiten soll.
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US 2002/0073726 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung, die einen Kühlkreislauf mit in Reihe geschalteten Kühlsystemen zum Kühlen von elektrischen Vorrichtungen durch Umwälzen eines Kältemittels, eine Umwälzpumpe zum Zirkulieren des Kältemittels durch den Kühlkreislauf, und einen Kühler umfasst, der im Kühlkreislauf mit den Kühlsystemen in Reihe geschaltet ist und einen Kältemittelauslass aufweist, von dem ein Kältemittel zugeführt wird. Die in Reihe geschalteten Kühlsysteme sind so angeordnet, dass zulässige Temperaturen, die den elektrischen Geräten zugeordnet sind, die jeweils den Kühlsystemen entsprechen, von dem dem Kältemittelauslass am nächsten liegenden Kühlsystem zu dem am Kältemittelauslass am weitesten entfernten Kühlsystem zunehmen, wobei jede zulässige Temperatur die maximale Temperatur ist, bei der die relevante elektrische Vorrichtung arbeiten kann.
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DE 199 60 960 C1 beschreibt ein Wärmetauschsystem, bei welchem das selbe Kühlfluid zur Kühlung von Leistungshalbleitern und des Verbrennungsmotors verwendet wird. In dem Kühlkreislauf der Leistungshalbleiter sind eine elektrisch angetriebene Kühlfluidpumpe sowie Verbindungselemente vorgesehen, die bei niedrigen Kühlfluidtemperaturen den Kühlkreislauf der Leistungshalbleiter mit dem Motorkühlkreislauf so verbinden, dass eine obere Temperatur für die Kühlung der Leistungshalbleiter nicht überschritten wird.
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JP H11-278 065 A beschreibt eine Kühlvorrichtung für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, bei welcher die Kühlluftmenge eines elektrischen Lüfters in Übereinstimmung mit einer Motorlast gesteuert wird, die aus einem Fahrzustand vorhergesagt wird, indem ein Motor für hydraulische Druckerzeugung in einem Kühlluftdurchlassbereich des elektrischen Ventilators zum Motorkühlen und zur Bereitstellung einer Motortemperatur eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Motors vorgesehen ist.
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JP 2000-073 763 A eine Kühlvorrichtung, bei welcher ein erster Kühlkreislauf selektiv einen Zylinderkopf des Motors oder eines Antriebsmotors kühlt oder beide gleichzeitig kühlt. Ein zweiter Kühlkreislauf kühlt einen Zylinderblock des Motors. Ein dritter Kühlkreislauf kühlt eine Elektrizitätssteuereinheit. Die jeweiligen Kühlspezifikationen der jeweiligen Kühlsysteme sind so eingestellt, dass der Kraftstoffverbrauch des Motors verbessert wird. Wenn ein Klimatisierungsheizer eingeschaltet wird, wird nur der Antriebsmotor angetrieben und der Motor wird gestoppt, die Wärmekapazität des Antriebsmotors und des Zylinderkopfes wird als Heizwert verwendet, der dem Klimatisierungsheizkern zugeführt wird.
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US 6 386 279 B1 beschreibt eine Fahrzeugklimaanlage, die einen Heißwasserkreislauf zum Aufwärmen eines Fahrzeuginnenraumes aufweist, wobei der Heißwasserkreislauf eine Heißwasserheizung, eine Heißwasser-Zirkulationspumpe und einen Heizkern, der heißes Wasser verwendet, das von der Heißwasser-Zirkulationspumpe geliefert wird, zum Aufheizen der Luft des Fahrzeuginnenraums enthält, wobei die Heißwasserheizung zumindest einen Elektromotor als Heizquelle enthält, wobei der Elektromotor elektromagnetisch in einen Zustand erregt wird, so daß seine Drehung beschränkt ist, um dadurch Wärme zu erzeugen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine luftgekühlte Wärmetauschvorrichtung, welche für ein Hybridfahrzeug benutzt wird, mit einem ersten Wärmetauscher (z. B. einem Kondensator), einem ersten Kühler und einem zweiten Kühler vorzusehen, die bei geringem Raumbedarf eine gute Kühlleistung bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 2 und 5 genannte Wärmetauschervorrichtung gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird in einem für ein Hybridfahrzeug benutzten luftgekühlten Wärmetauscher mit einem ersten Wärmetauscher zum Luftkühlen eines Kältemittels und auch mit einem integrierten Kühler mit einem ersten Kühler, welcher in der Luftströmungsrichtung in Reihe mit dem ersten Wärmetauscher auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, zum Luftkühlen eines ersten Kühlwassers und auch mit einem zweiten Kühler, welcher parallel zu dem ersten Kühler auf einer Seite des ersten Kühlers in der vertikalen Richtung angeordnet ist, zum Luftkühlen eines zweiten Kühlwassers, wenn die Temperatur der in den zweiten Kühler strömenden Luft niedriger als die Temperatur der in den ersten Kühler strömenden Luft gemacht wird, die Temperatur der Luft für eine Luftkühlung des zweiten Kühlwassers niedriger als die Temperatur der Luft zur Luftkühlung des ersten Kühlwassers. Deshalb kann, selbst wenn der erste und der zweite Kühler in einen Körper integriert sind, um so einen Raum, in welchem die Komponenten angeordnet sind, zu reduzieren, das zweite Kühlwasser durch den zweiten Kühler auf eine Temperatur nicht höher als 65°C luftgekühlt werden.
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In einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist der erste Wärmetauscher in einer solchen Weise angeordnet, dass der erste Wärmetauscher nur der stromaufwärtigen Seite des ersten Kühlers in der Luftströmungsrichtung gegenüber liegt.
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Aufgrund dessen kann die Luft, an welche keine Wärme von dem Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher abgestrahlt wird, in den zweiten Kühler geleitet werden. Deshalb wird die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers niedriger als die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers. Ferner sind an der stromaufwärtigen Seite des zweiten Kühlers keine Hindernisse angeordnet und der Luftwiderstand ist niedrig. Deshalb wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers größer als jene der Luft zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers. Demgemäß kann die gleiche Wirkung wie die zuvor beschriebene vorgesehen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem für ein Hybridfahrzeug benutzten luftgekühlten Wärmetauscher mit einem ersten Wärmetauscher zum Luftkühlen eines Kältemittels und auch mit einem integrierten Kühler mit einem ersten Kühler, welcher in der Luftströmungsrichtung in Reihe mit dem ersten Wärmetauscher auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, zum Luftkühlen eines ersten Kühlwassers und auch mit einem zweiten Kühler, welcher parallel zu dem ersten Kühler auf einer Seite des ersten Kühlers in der vertikalen Richtung angeordnet ist, zum Luftkühlen eines zweiten Kühlwassers, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit der in den zweiten Kühler strömenden Luft höher als jene der in den ersten Kühler strömenden Luft gemacht ist, die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers größer als jene der Luft zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers. Deshalb kann der gleiche Effekt wie jener der zuvor beschriebenen Wärmetauschvorrichtung vorgesehen werden.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung strömt ein Kältemittel im ersten Wärmetauscher nur in einem der stromaufwärtigen Seite des ersten Kühlers in der Luftströmungsrichtung gegenüber liegenden Abschnitt.
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Deshalb wird die in den zweiten Kühler strömende Luft durch die von dem im ersten Wärmetauscher strömenden Kältemittel abgestrahlte Wärme nicht beeinflusst. Demgemäß wird die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers niedriger als die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers. Aufgrund dessen kann der gleiche Effekt wie der zuvor beschriebene vorgesehen werden.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Luftwiderstand in einem der stromaufwärtigen Seite des ersten Kühlers in der Luftströmungsrichtung gegenüber liegenden Abschnitt des ersten Wärmetauschers höher als ein Luftwiderstand in einem der stromaufwärtigen Seite des zweiten Kühlers in der Luftströmungsrichtung gegenüber liegenden Abschnitt des ersten Wärmetauschers gemacht.
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Aufgrund dessen wird die Strömungsgeschwindigkeit der in den zweiten Kühler strömenden Luft größer als jene der in den ersten Kühler strömenden Luft. Demgemäß wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers größer als jene der Luft zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers. Aufgrund dessen kann der gleiche Effekt wie der zuvor beschriebene vorgesehen werden.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist die Ausgabeseite des Kältemittels des ersten Wärmetauschers so angeordnet, dass sie der stromaufwärtigen Seite des zweiten Kühlers in der Luftströmungsrichtung gegenüber liegt.
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Aufgrund dessen wird der in den zweiten Kühler strömenden Luft eine kleinere Wärmemenge von dem Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher abgegeben. Deshalb wird die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers niedriger als die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers. Aufgrund dessen kann die gleiche Wirkung wie die zuvor beschriebene vorgesehen werden.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist der Unterkühlungsabschnitt zum Unterkühlen des Kältemittels in dem ersten Wärmetauscher so angeordnet, dass er der stromaufwärtigen Seite des zweiten Kühlers in der Luftströmungsrichtung gegenüber liegt.
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Aufgrund dessen wird der in den zweiten Kühler strömenden Luft eine kleinere Wärmemenge von dem Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher abgegeben. Deshalb wird die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers niedriger als die Temperatur der Luft zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers. Aufgrund dessen kann der gleiche Effekt wie der zuvor beschriebene vorgesehen werden.
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Die Erfindung kann aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen:
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1 ist eine Konstruktionsdarstellung einer Gesamtanordnung der luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung, des Kühlkreises, des ersten Kühlwasserkreises und des zweiten Kühlwasserkreises des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Konstruktionsdarstellung einer luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
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3 ist ein Diagramm eines Übergangs der Kältemitteltemperatur in der Kältemittelströmungsrichtung in dem ersten Wärmetauscher der luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels;
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4A und 4B sind schematische Darstellungen, die jeweils Strömungen des Kältemittels in den ersten Wärmetauschern der luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung des zweiten bzw. des dritten Ausführungsbeispiels zeigen;
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5 ist eine Konstruktionsdarstellung einer luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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6 ist eine Konstruktionsdarstellung einer luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Bezug nehmend auf 1 wird nachfolgend der Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erläutert. Die luftgekühlte Wärmetauschvorrichtung 2 des ersten Ausführungsbeispiels ist im vorderen Teil des Motorraums 11 des Hybridfahrzeugs 1 mit dem Verbrennungsmotor 81 und dem in der Zeichnung nicht dargestellten Elektromotor angeordnet. Vor der luftgekühlten Wärmetauschvorrichtung 2 ist der Kühlergrill 12 zum Leiten eines Luftstroms in den Motorraum 11 an einer Position an der Oberseite des vorderen Stoßfängers 13 an der Unterseite am vorderen Ende der Motorhaube 14 angeordnet.
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Die luftgekühlte Wärmetauschvorrichtung 2 enthält: einen ersten Wärmetauscher (einen Kondensator) 4 zum Kühlen des in dem Kühlkreis 3 zirkulierenden Kältemittels; einen integrierten Kühler 7 mit einem ersten Kühler 5 zum Luftkühlen des ersten Kühlwassers zum Kühlen des Verbrennungsmotors 81, der in Reihe zu dem ersten Wärmetauscher 4 auf der stromabwärtigen Seite des ersten Wärmetauschers 4 in der Luftströmungsrichtung angeordnet ist, und auch mit einem zweiten Kühler 6 zum Luftkühlen des zweiten Kühlwassers zum Kühlen der elektrischen Bauteile 91 in Zusammenhang mit dem Elektromotor (welche nachfolgend als zugehörige elektrische Bauteile bezeichnet werden), der parallel zu dem ersten Kühler 5 auf der Unterseite des ersten Kühlers 5 in der vertikalen Richtung angeordnet ist; und einen luftkühlenden Lüfter 21 zum Leiten von Luft durch den Kühlergrill 12, der in Reihe zu dem integrierten Kühler 7 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmungsrichtung angeordnet ist.
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Die zugehörigen elektrischen Bauteile 91 sind ein Elektromotor-Wechselrichter (nicht dargestellt), der einen elektrischen Gleichstrom der Hauptbatterie, die an einem Fahrzeug montiert ist, in einen vorgegebenen Wechselstrom in drei Phasen umwandelt und auch diesen Wechselstrom in drei Phasen entsprechend einem von der Motorsteuereinheit (ECU, nicht dargestellt) gegebenen Befehl umwandelt und den umgewandelten elektrischen Strom in den Elektromotor ausgibt, um so die Drehzahl des Elektromotors zu steuern; ein DC/DC-Wandler (nicht dargestellt), der einen elektrischen Gleichstrom der Hauptbatterie, welche an dem Fahrzeug montiert ist, in einen vorgegebenen elektrischen Gleichstrom umwandelt und den so umgewandelten elektrischen Gleichstrom in die Zusatzgerätebatterie (nicht dargestellt) zum Antreiben der Zusatzgeräte, die an dem Hybridfahrzeug 1 montiert sind, ausgibt, um so diese Zusatzgerätebatterie elektrisch aufzuladen; und ein Klimaanlagen-Wechselrichter (auch nicht dargestellt), der den elektrischen Gleichstrom der Zusatzgerätebatterie in einen vorgegebenen elektrischen Wechselstrom in drei Phasen umwandelt und ferner diesen elektrischen Wechselstrom in drei Phasen entsprechend einem Befehl der ECU umwandelt und den umgewandelten elektrischen Strom in den nicht dargestellten Antriebsmotor zum Antreiben des Kältemittelkompressors 31 ausgibt, um so die Drehzahl des Kältemittelkompressors 31 zu steuern.
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Der erste Wärmetauscher 4 ist nur auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Kühlers 5 in der Luftströmungsrichtung angeordnet. Ein auf der Unterseite des ersten Wärmetauschers 4, d. h. einer stromaufwärtigen Seite des zweiten Kühlers 6 in der Luftströmungsrichtung gebildeter Raum ist in einen Nebenkanal 22 zum direkten Leiten der Luft, welche durch den Kühlergrill 12 eingeleitet worden ist, in den zweiten Kühler 6 ausgebildet.
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Der Kühlkreis 3 mit dem ersten Wärmetauscher (dem Kondensator) 4 enthält: einen Kältemittelkompressor 31 zum Komprimieren eines Kältemittelgases in ein Kältemittelgas einer höheren Temperatur und eines höheren Drucks; ein Kältemittelexpansionsventil 32 zum Ausdehnen einer Kältemittelflüssigkeit, welche verflüssigt worden ist, wenn sie durch den ersten Wärmetauscher 4 luftgekühlt wird; und einen zweiten Wärmetauscher (einen Kältemittelverdampfapparat) 33 zum Kühlen und Entfeuchten von Luft, welche in die Fahrgastzelle des Hybridfahrzeugs 1 eingeleitet worden ist, durch Abziehen der Verdampfungswärme der Kältemittelflüssigkeit aus der Luft. Diese Komponenten sind miteinander durch das Kältemittelrohr 34 verbunden, sodass das Kältemittel in der Reihenfolge des Kältemittelkompressors 31, des ersten Wärmetauschers 4, des Kältemittelexpansionsventils 32 und des zweiten Wärmetauschers (Kältemittelverdampfapparat) 33 strömen kann.
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Der erste Kühler 5 bildet zusammen mit dem Verbrennungsmotor 81 und der ersten Kühlwasserpumpe 82 zum Zirkulieren des ersten Kühlwassers einen ersten Kühlwasserkreis 8. Diese Komponenten sind miteinander durch das erste Kühlwasserrohr 83 verbunden, sodass das erste Kühlwasser in der Reihenfolge der ersten Kühlwasserpumpe 82, des Verbrennungsmotors 81 und des ersten Kühlwassers 5 strömen kann.
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Der zweite Kühler 6 bildet zusammen mit den zugehörigen elektrischen Bauteilen 91 und der zweiten Kühlwasserpumpe 92 zum Zirkulieren des zweiten Kühlwassers den zweiten Kühlwasserkreis 9. Diese Komponenten sind miteinander durch das zweite Kühlwasserrohr 93 verbunden, sodass das Kühlwasser in der Reihenfolge der zweiten Kühlwasserpumpe 92, der zugehörigen elektrischen Bauteile 91 und des zweiten Kühlers 6 strömen kann.
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In dem Kühlkreis 3 wird das aus dem Kältemittelkompressor 31 ausgegebene Kältemittelgas hoher Temperatur und hohen Drucks in dem ersten Wärmetauscher 4 durch die durch den luftkühlenden Lüfter 21 durch den Kühlergrill 12 eingeleitete Luft (nachfolgend als Kühlwind bezeichnet) in dem ersten Wärmetauscher 4 gekühlt und verflüssigt. Das flüssige Kältemittel wird durch das Kältemittelexpansionsventil ausgedehnt und zerstäubt. Das so ausgedehnte Kältemittel kühlt und entfeuchtet die in die Fahrgastzelle einzuleitende Luft und verdampft. Das so verdampfte Kältemittel wird durch den Kältemittelkompressor 31 wieder auf eine hohe Temperatur bei einem hohen Druck komprimiert. Auf diese Weise wird der Kühlkreislauf wiederholt.
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In dem ersten Kühlwasserkreis wird das aus der ersten Kühlwasserpumpe 82 ausgegebene erste Kühlwasser zu dem Verbrennungsmotor 81 geschickt und kühlt ihn. Danach wird das erste Kühlwasser zu dem ersten Kühler 5 geschickt und durch einen Kühlwind, der durch den ersten Wärmetauscher 4 gelaufen ist, gekühlt und durch die erste Kühlwasserpumpe 82 wieder ausgegeben.
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In dem zweiten Kühlwasserkreis 9 wird das aus der zweiten Kühlwasserpumpe 92 ausgegebene zweite Kühlwasser zu den zugehörigen elektrischen Bauteilen 91 geschickt und kühlt sie. Danach wird das zweite Kühlwasser zu dem zweiten Kühler 6 geschickt, durch einen Kühlwind, der durch den Nebenkreis 22 gelaufen ist, gekühlt und wieder aus der zweiten Kühlwasserpumpe 92 ausgegeben.
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In diesem Fall empfängt ein Teil des Kühlwindes von dem Kältemittelgas hoher Temperatur und hohen Drucks, das in dem ersten Wärmetauscher 4 strömt, abgestrahlte Wärme und die Temperatur des Teils des Kühlwindes wird höher. Danach wird der Teil des Kühlwindes zu dem ersten Kühler 5 geleitet, um so das erste Kühlwasser luftzukühlen. Daher kann dieser Teil des Kühlwindes ausreichend für eine Luftkühlung verwendet werden, deren obere Grenztemperatur 110°C beträgt. Deshalb kann ein Anstieg der Temperatur des Verbrennungsmotors 81 verhindert werden und der Verbrennungsmotor 81 kann bei der richtigen Temperatur betrieben werden.
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Andererseits läuft der restliche Teil des Kühlwindes durch den Nebenkanal 22 und strömt in den zweiten Kühler 6 und kühlt das zweite Kühlwasser ohne Aufnehmen von von dem Kältemittelgas hoher Temperatur und hohen Drucks in dem ersten Wärmetauscher 4 abgestrahlter Wärme. Demgemäß kann dieser restliche Teil des Kühlwindes ausreichend zum Luftkühlen benutzt werden, dessen obere Grenztemperatur 65°C beträgt. Deshalb kann ein Anstieg der Temperatur der zugehörigen elektrischen Bauteile 91 verhindert werden und die Leistungsfähigkeit der zugehörigen elektrischen Bauteile 91 kann sicher aufrecht erhalten werden.
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In einem für ein Hybridfahrzeug 1 verwendeten luftgekühlten Wärmetauscher 2 mit einem ersten Wärmetauscher 4 zum Luftkühlen des in dem Kühlkreis 3 zirkulierenden Kältemittels und auch mit einem integrierten Kühler 7 mit einem ersten Kühler 5, der in Reihe zu dem ersten Wärmetauscher 4 auf der stromabwärtigen Seite in der Luftströmungsrichtung der Kühlluft angeordnet ist, zum Luftkühlen eines ersten Kühlwassers und auch mit einem zweiten Kühler 6, welcher parallel zu dem ersten Kühler 5 auf einer Seite des ersten Kühlers 5 in der vertikalen Richtung angeordnet ist, zum Luftkühlen eines zweiten Kühlwassers zum Kühlen zugehöriger elektrischer Bauteile 91, strömt, wenn der erste Wärmetauscher 4 in der Strömungsrichtung des Kühlwindes nur auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Kühlers 5 angeordnet ist, ein Kühlwind, der keine Wärme von dem Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher 4 empfängt, in den zweiten Kühler 6. Deshalb kann die Temperatur des in den zweiten Kühler 6 strömenden Kühlwindes niedriger als die Temperatur des in dem ersten Kühler 5 strömenden Kühlwindes gemacht werden. Ferner ist kein erster Wärmetauscher 4 auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Kühlers 6 angeordnet und der Luftwiderstand ist gering. Deshalb wird die Strömungsgeschwindigkeit des in den zweiten Kühler 6 strömenden Kühlwindes größer als jene des in den ersten Kühler 5 strömenden Kühlwindes. Aufgrund dessen ist es für den zweiten Kühler 6 möglich, das zweite Kühlwasser auf eine Temperatur nicht höher als 65°C luftzukühlen, selbst wenn der erste Kühler 5 und der zweite Kühler 6 in einem Körper integriert sind, um so den Raum, in welchem die Komponenten angeordnet sind, zu reduzieren.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der erste Wärmetauscher (der Kondensator) 4 auf der stromaufwärtigen Seite der Kühlluftströmungsrichtung sowohl des ersten Kühlers 5 als auch des zweiten Kühlers 6 angeordnet, wie in 2 dargestellt.
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Wie in 4A dargestellt, enthält der erste Wärmetauscher 4 einen Kernabschnitt 41 zum Wärmeaustausch mit einem Kühlwind; und Behälterabschnitte 42A, 42B zum Verteilen und Sammeln eines Kältemittels, die an beiden Enden des Kernabschnitts 41 angeordnet sind. Der Kernabschnitt 41 ist in der vertikalen Richtung des ersten Wärmetauschers 4 in zwei Teile geteilt. Der obere Teil des Kernabschnitts 41 liegt dem ersten Kühler 5 gegenüber und ist aus einem Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43 aufgebaut, in welchem freie Wärme aus dem Kältemittelgas entfernt wird. Der untere Teil des Kernabschnitts 41 liegt dem zweiten Kühler 6 gegenüber und bildet einen Kältemittelkondensationsabschnitt 44, in welchem gebundene Wärme aus dem Kältemittelgas genommen wird, sodass das Kältemittelgas kondensiert und verflüssigt werden kann. Der Einlass 45 des Kältemittelgases ist in einem oberen Abschnitt des Behälters 42A angeordnet, und der Auslass 46 der Kältemittelflüssigkeit, welche erzeugt worden ist, wenn das Kältemittelgas in dem Kernabschnitt 41 kondensiert und verflüssigt wird, ist in einem unteren Abschnitt des Behälters 42B angeordnet.
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Das Kältemittelgas, dessen Temperatur und Druck durch den Kältemittelkompressor 31 erhöht worden sind, gelangt aus dem Einlass 45 in den Behälter 42A und wird in den Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43 bildende Rohre (nicht dargestellt) verteilt und durch den Kühlwind gekühlt. Das Kältemittelgas wird einmal zu einem oberen Abschnitt des Behälters 42B gesammelt und dann in die den Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43 bildende Rohre verteilt und durch den Kühlwind gekühlt. Zwischenzeitlich wird, wie durch die Punkte A und B in 3 und 4A dargestellt, das Kältemittelgas auf die Kondensationstemperatur des Kältemittels gekühlt und ein Teil des Kältemittels wird kondensiert und verflüssigt und in Kältemittelflüssigkeit verändert. Das so verflüssigte Kältemittel wird in den Zwischenabschnitt des Behälters 42A gesammelt. Danach wird das das Kältemittel in der Gasphase und in der Flüssigphase enthaltende Zweiphasen-Kältemittel in einen unteren Abschnitt des Behälters 42A geleitet und zu den den Kältemittelkondensationsabschnitt 44 bildenden Rohren (nicht dargestellt) verteilt und durch den Kühlwind gekühlt, sodass das Zweiphasen-Kältemittel im Wesentlichen vollständig in eine Kältemittelflüssigkeit gemacht werden kann. Dann wird die Kältemittelflüssigkeit zu einem unteren Abschnitt des Behälters 42B gesammelt und aus dem Auslass 46 zu dem Kältemittelexpansionsventil 32 geleitet.
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Der Kühlwind, welcher durch den Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43 gelaufen ist, wird zu dem ersten Kühler 5 geleitet und kühlt das erste Kühlwasser. Andererseits wird der Kühlwind, der durch den Kältemittelkondensationsabschnitt 44 gelaufen ist, zu dem zweiten Kühler 6 geleitet und kühlt das zweite Kühlwasser.
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Wie oben beschrieben, empfängt der Kühlwind in dem ersten Wärmetauscher 4 Wärme von dem Kältemittelgas, dessen Temperatur hoch ist, in dem Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43 und der Kühlwind empfängt Wärme von dem Kältemittel, welches auf die Kältemittelkondensationstemperatur gekühlt worden ist, in dem Kältemittelkondensationsabschnitt 44. Deshalb ist die Temperatur des Kühlwindes, der durch den Kältemittelkondensationsabschnitt 44 gelaufen ist, niedriger als die Temperatur des Kühlwindes, der durch den Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43 gelaufen ist. Demgemäß ist die Temperatur des in den zweiten Kühler 6 strömenden Kühlwindes niedriger als die Temperatur des in den ersten Kühler 5 strömenden Kühlwindes. Aufgrund dessen ist es für den zweiten Kühler 6 möglich, das zweite Kühlwasser auf eine Temperatur nicht höher als 65°C luftzukühlen, selbst wenn der erste Kühler 5 und der zweite Kühler 6 in einen Körper integriert sind, um so den Raum, in welchem die Komponenten angeordnet sind, zu reduzieren.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Im dritten Ausführungsbeispiel, wie in 5 dargestellt, ist der erste Wärmetauscher (der Kondensator) 4 auf der stromaufwärtigen Seite in der Kühlwindströmungsrichtung sowohl des ersten Kühlers 5 als auch des zweiten Kühlers 6 angeordnet.
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Wie in 4B dargestellt, enthält der erste Wärmetauscher 4 einen Kernabschnitt 41 zum Wärmeaustausch mit dem Kühlwind; Behälterabschnitte 42A, 42B zum Verteilen und Sammeln des Kältemittels, die an beiden Endabschnitten des Kernabschnitts 41 angeordnet sind; und eine Auffangvorrichtung 47 zum vorübergehenden Speichern der Kältemittelflüssigkeit. Der Kernabschnitt 41 ist in der vertikalen Richtung des ersten Wärmetauschers 4 in zwei Teile geteilt. Der obere Teil des Kernabschnitts 41 liegt dem ersten Kühler 5 gegenüber und bildet einen Kältemittelkondensationsabschnitt 48, in welchem freie Wärme aus dem Kältemittelgas entnommen wird, sodass das Kältemittelgas kondensiert und verflüssigt werden kann. Der untere Teil des Kernabschnitts 41 liegt dem zweiten Kühler 6 gegenüber und bildet einen Unterkühlungsabschnitt 49, der hauptsächlich zum weiteren Kühlen der Kältemittelflüssigkeit verwendet wird.
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Das Kältemittelgas, dessen hohe Temperatur und dessen hoher Druck durch den Kältemittelkompressor 31 erhöht worden sind, wird aus dem Einlass 45 zu einem oberen Teil des Behälters 42A geschickt und in den Kältemittelgas-Kondensationsabschnitt 48 bildende Rohre (nicht dargestellt) verteilt und durch einen Kühlwind gekühlt. Nachdem das Kältemittelgas einmal zu einem oberen Teil des Behälters 42B gesammelt worden ist, wird es wieder zu den den Kältemittelgas-Kondensationsabschnitt 48 bildenden Rohren verteilt und durch den Kühlwind gekühlt. Zwischenzeitlich wird im Wesentlichen das gesamte Kältemittelgas verflüssigt und kondensiert, sodass es zu einer Kältemittelflüssigkeit wird. Die so erhaltene Kältemittelflüssigkeit wird zu einem Zwischenabschnitt des Behälters 42A gesammelt. Danach wird die Kältemittelflüssigkeit zu der Auffangvorrichtung 47 geleitet und eine notwendige Menge der Kältemittelflüssigkeit wird zu einem unteren Abschnitt des Behälters 42A geführt und zu den Unterkühlungsabschnitt 49 bildenden Rohren (nicht dargestellt) verteilt und durch den Kühlwind unterkühlt. Dann wird die Kältemittelflüssigkeit zu einem unteren Abschnitt des Behälters 42B gesammelt und aus dem Auslass 46 zu dem Kältemittelexpansionsventil 32 geführt.
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Wie oben beschrieben, strömen in dem Außenwärmetauscher 4 das Kältemittelgas, dessen Temperatur höher als die Kältemittelkondensationstemperatur ist, und die Kältemittelflüssigkeit, deren Temperatur im Wesentlichen gleich der Kältemittelkondensationstemperatur ist, in dem Kältemittelgas-Kondensationsabschnitt 48 und die Kältemittelflüssigkeit, welche auf eine Temperatur nicht höher als die Kältemittelkondensationstemperatur unterkühlt wird, strömt in dem Unterkühlungsabschnitt 49. Demgemäß ist die Temperatur des durch den Unterkühlungsabschnitt 49 laufenden Kühlwinds niedriger als die Temperatur des durch den Kältemittelgas-Kondensationsabschnitt 48 laufenden Kühlwinds. Deshalb ist die Temperatur des in den zweiten Kühlabschnitt 6 strömenden Kühlwinds niedriger als die Temperatur des in den ersten Kühler 5 strömenden Kühlwinds. Aufgrund dessen ist es möglich, das zweite Kühlwasser durch den zweiten Kühler 6 auf eine Temperatur nicht höher als 65°C luftzukühlen, selbst wenn der erste Kühler 5 und der zweite Kühler 6 in einem Körper integriert sind, um so den Raum, in welchem die Komponenten angeordnet sind, zu reduzieren.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der erste Wärmetauscher (der Kondensator) 4 in der Kühlluftströmungsrichtung auf der stromaufwärtigen Seite sowohl des ersten Kühlers 5 als auch des zweiten Kühlers 6 angeordnet. D. h. im zweiten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der untere Endabschnitt des Außenwärmetauschers 4 bis zu einer Position des unteren Endabschnitts des zweiten Kühlers 6. Im vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erstreckt sich jedoch, wie in 6 dargestellt, der untere Endabschnitt des ersten Wärmetauschers 4 bis zu einer Position nahe der Zwischenposition des zweiten Kühlers 6 in der vertikalen Richtung.
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Die Arbeitswirkung dieses vierten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen die gleiche, wie jene des zuvor erläuterten zweiten Ausführungsbeispiels. Die durch den Kältemittelkondensationsabschnitt 44, der ein unterer Abschnitt des Kernabschnitts 41 des ersten Wärmetauschers 4 ist, laufende Kühlluft wird zu dem zweiten Kühler 6 geleitet und kühlt das zweite Kühlwasser. Andererseits wird die durch den Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43, der ein oberer Teil des Kernabschnitts 41 des ersten Wärmetauschers 4 ist, laufende Kühlluft zu dem ersten Kühler 5 geleitet und kühlt das erste Kühlwasser. Der Kühlwind empfängt Wärme von dem Kältemittelgas hoher Temperatur in dem Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43. Der Kühlwind empfängt Wärme von dem Kältemittelgas, welches auf die Kältemittelkondensationstemperatur gekühlt worden ist, in dem Kältemittelkondensationsabschnitt 44. Demgemäß ist die Temperatur des Kühlwindes, welcher durch den Kältemittelkondensationsabschnitt 44 gelaufen ist, niedriger als die Temperatur des Kühlwindes, welcher durch den Kältemittelgas-Kühlabschnitt 43 gelaufen ist. Deshalb wird die Temperatur des in den zweiten Kühler 6 strömenden Kühlwindes niedriger als die Temperatur des in dem Kühler 5 strömenden Kühlwindes. Demgemäß ist es möglich, das zweite Kühlwasser durch den zweiten Kühler 6 auf eine Temperatur nicht höher als 65°C luftzukühlen.
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Auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Kühlers 6 ist der Außenwärmetauscher 4 so angeordnet, dass ein Teil des Außenwärmetauschers 4 entsprechend der oberen Hälfte des zweiten Kühlers 6 dem Außenwärmetauscher 4 gegenüber liegen kann. Deshalb ist der Luftwiderstand im Fall des vierten Ausführungsbeispiels niedriger als jener im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels, in welchem der Außenwärmetauscher 4 so angeordnet ist, dass der Außenwärmetauscher 4 der gesamten Seite des zweiten Kühlers 6 gegenüber liegen kann. Aufgrund der Reduzierung des Luftwiderstandes kann eine Strömungsgeschwindigkeit des in den zweiten Kühler strömenden Kühlwindes erhöht werden.
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(Weiteres Ausführungsbeispiel)
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Im ersten Ausführungsbeispiel ist der integrierte Kühler 7 in einer solchen Weise aufgebaut, dass der zweite Kühler 6 in der vertikalen Richtung an der Unterseite des ersten Kühlers 5 vorgesehen ist. Jedoch kann der zweite Kühler 6 auch in der vertikalen Richtung an der Oberseite des ersten Kühlers 5 vorgesehen sein. In diesem Fall wird ein Raum an der Oberseite des ersten Wärmetauschers 4 als Nebenkanal 22 benutzt und der in den zweiten Kühler 6 geleitete Kühlwind gelangt durch den Nebenkanal 22, ohne dass an ihn Wärme von dem ersten Wärmetauscher 4 abgegeben wird.
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Falls es notwendig ist, die Umgebungen des ersten Wärmetauschers 4 und des integrierten Kühlers 7 mit einer Abdeckung mit einer Funktion einer Rohrleitung zu umgeben, sodass die Verbreitung des Kühlwindes verhindert werden kann und der Kühlwind intensiv zu dem ersten Wärmetauscher 4 und dem integrierten Kühler 7 geleitet werden kann, kann der Wärmetauscher in einer solchen Weise aufgebaut sein, dass das Kältemittel nicht in einem dem zweiten Kühler 6 gegenüber legenden Teil (dem zweiten Kühlerteil) in dem ersten Wärmetauscher 4 strömt, sodass die Temperatur des in den zweiten Kühler 6 geleiteten Kühlwinds nicht erhöht werden kann. Ferner kann in dem Fall, in welchem das Kältemittel in dem zweiten Kühlerteil strömt, um eine Erhöhung der Temperatur des Kühlwindes, welcher in den zweiten Kühler 6 geleitet wird, zu verhindern, der Wärmeübertragungskoeffizient des zweiten Kühlerteils niedriger als jener des dem ersten Kühler 5 gegenüber liegenden Teils gemacht werden. Insbesondere kann der Abstand der Kühlrippen (nicht dargestellt) des zweiten Kühlerteils oder der Abstand der Rohre (nicht dargestellt) so erhöht werden, dass er größer als jener des dem Kühler 5 gegenüber liegenden Teils ist.
