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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Innenwärmetauscher, der als ein Kondensator in einer Wärmepumpeneinrichtung, wie etwa einer Fahrzeugklimaanlage, funktioniert.
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STAND DER TECHNIK
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In einer Wärmepumpentyp-Klimaanlage für ein Fahrzeug ist in einem in Patentdokument 1 offenbarten Innenwärmetauscher (Kondensator) auf jeder von beiden Seiten einer Rohrgruppe einschließlich einer Mehrzahl von Kältemittelströmungsrohren, die angeordnet sind, parallel zu sein, ein Kopfteil verbunden, um mit der Rohrgruppe zu kommunizieren. Ein Kältemitteleinführrohr und ein Kältemittelausstoßrohr sind mit einem Kopfteil verbunden, und ein innerer Abschnitt dieses Kopfteils ist in eine Kältemitteleinführrohrverbindungsseite und eine Kältemittelausstoßrohrverbindungsseite unterteilt. Auf diese Weise strömt ein Kältemittel, das von dem Kältemitteleinführrohr in den kältemitteleinführrohrverbindungsseitigen Raum eingeführt wurde, durch einen Teil der Rohrgruppe, die mit dem kältemitteleinführrohrverbindungsseitigen Raum kommuniziert und strömt in das andere Kopfteil, und dann strömt das Kältemittel in den verbleibenden Teil der Rohrgruppe, um so in den kältemittelausstoßrohrverbindungsseitigen Raum eingeführt zu werden und von dem Kältemittelausstoßrohr ausgestoßen zu werden.
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Auf diese Weise wurde durch ein Umkehren einer Strömungsrichtung eines Kältemittels und durch Anpassen der Anzahl von Rohren, einer Länge der Rohre, und dergleichen, eine Temperaturschwankung einer Auslassluft reduziert.
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REFERENZDOKUMENTLISTE
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PATENTDOKUMENT
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- Patentdokument 1: Veröffentlichung der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-172850
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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Jedoch wird der in Patentdokument 1 offenbarte Innenwärmetauscher in einem Arbeitsbereich verwendet, in dem eine Unterkühltemperatur (Unterkühlungsgrad) 25°C oder weniger ist, und wenn der Innenwärmetauscher in einer Tieftemperatur-Umgebung, in der ein weiteres Unterkühlen erforderlich ist, verwendet wird, könnte eine Auslasslufttemperaturschwankung (Temperatur einer von einem Wärmetauscher geblasenen Luft) ansteigen (bezugnehmend auf 6 von Patentdokument 1). Beispielsweise ist es in einer Umgebung, in der die Außenlufttemperatur –10°C oder weniger ist, notwendig, den Kondensationsdruck durch Erhöhen einer Unterkühltemperatur des Innenwärmetauschers (Kondensators) zu erhöhen und auf eine Kondensationstemperatur zu erhöhen, bei der ein gewünschtes Wärmegefühl erzielt werden kann, und es könnte ein Problem sein, dass es unwahrscheinlich ist, dass der in Patentdokument 1 offenbarte Innenwärmetauscher in einem Einsatzbereich, in dem die Auslasstemperaturschwankung sehr leicht ansteigt, verwendet wird.
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Mittlerweile kann in einer Wärmepumpe für ein Fahrzeug ein Verfahren in Betracht gezogen werden, in dem, wenn ein Kondensator zum Heizen in einem Innenraumluftblaspfad angeordnet ist, eine Luftzufuhröffnung davon während eines Kühlens geschlossen ist, so dass ein Wärmeaustausch mit Luft fast nicht ausgeführt wird, und ein Kältemittel veranlasst wird, in einem Gas-Zustand durch zu passieren.
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In diesem Verfahren können, verglichen mit einem Aufbau, in dem ein Kältemittel einen Innenwärmetauscher während eines Kühlens umgeht, Kosten reduziert werden. Jedoch ist es notwendig, einen Druckverlust zu reduzieren, der erzeugt wird, wenn, wie es während eines Kühlens vorliegt, ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Gas passiert.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Probleme getätigt, und eine Aufgabe davon ist es, einen Innenwärmetauscher (Kondensator) bereitzustellen, der in der Lage ist, eine Auslasslufttemperaturschwankung des Innenwärmetauschers während eines Heizens zu reduzieren, und der in der Lage ist, einen Druckverlust, der erzeugt wird, wenn ein Kältemittel in einem Gaszustand während eines Kühlens passiert, zu reduzieren, um eine verbesserte Kühlleistungsfähigkeit zu erhalten.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Innenwärmetauscher bereitgestellt, der ein Paar von Wärmetauschern enthält, von denen jeder eine Rohrgruppe, einschließlich einer Mehrzahl von Kältemittelströmungsrohren, die sich in einer vertikalen Richtung erstrecken und angeordnet sind, parallel zu sein, einem oberen Endabschnitt und einem unteren Endabschnitt der Rohrgruppe, die verbunden sind, um mit einem oberen Kopfteil und einem unteren Kopfteil zu kommunizieren, hat, die Kopfteile sich in einer horizontalen Richtung erstrecken, wobei der in einer Kältemittelströmungsrichtung auf einer stromaufwärtigen Seite angeordnete erste Wärmetauscher in einer Richtung einer zu einer Kabine geblasenen Luft auf einer stromabwärtigen Seite angeordnet ist, und der in der Kältemittelströmungsrichtung auf einer stromabwärtigen Seite angeordnete zweite Wärmetauscher in der Luftblasrichtung auf einer stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, wobei das Kopfteil des ersten Wärmetauschers und das Kopfteil des zweiten Wärmetauschers, das benachbart zu dem Kopfteil des ersten Wärmetauschers ist, verbunden sind, um miteinander zu kommunizieren, wobei der Innenwärmetauscher als ein Gegenstrom-Typ konfiguriert ist, so dass der Innenwärmetauscher als ein Kondensator funktioniert, der in der Lage ist, eine Unterkühloperation bei einer Temperatur, die während eines Heizens 35°C überschreitet, auszuführen, wohingegen, während eines Kühlens, der Innenwärmetauscher es einem Kältemittel ermöglicht, in einem Gaszustand zu passieren, wobei ein innerer Abschnitt von zumindest einem der Kopfteile des ersten Wärmetauschers und des zweiten Wärmetauschers in horizontal angeordnete Räume unterteilt ist, die Rohrgruppe von jedem Wärmetauscher definiert ist, Wärmeaustauschbereiche zu sein, so dass die Kältemittelströmungsrichtung zwischen den benachbarten Rohrgruppen umgekehrt wird, und ein Wärmeaustauschbereich in dem zweiten Wärmetauscher in der Kältemittelströmungsrichtung auf der am stromabwärtigsten Seite festgelegt ist, größer als ein Wärmeaustauschbereich in der Kältemittelströmungsrichtung auf einer stromaufwärtigen Seite zu sein, wobei eine Kältemittelkanalfläche von jedem Wärmeaustauschbereich in dem ersten Wärmetauscher größer festgelegt ist, als eine Querschnittsfläche eines mit dem ersten Wärmetauscher verbundenen Kältemitteleinführrohrs.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß dem Innenwärmetauscher der vorliegenden Erfindung können die folgenden Effekte erzielt werden.
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Wenn eine Unterkühloperation auf hohem Niveau bei einer Unterkühltemperatur, die 35°C überschreitet, ausgeführt wird, kann, obwohl ein unterkühlter Niedertemperatur-Bereich in dem zweiten Wärmetauscher ansteigt, die Temperaturveränderung aufgrund eines Wärmeaustauschs mit der geblasenen Luft behutsam sein, da eine Mehrzahl von Wärmeaustauschbereichen in jedem von dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher definiert ist, und somit kann eine Vergrößerung des Unterkühlungsbereichs, verglichen mit einem Fall, in dem eine Mehrzahl von Wärmeaustauschbereichen nicht definiert ist, reduziert werden.
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Da in dem zweiten Wärmetauscher der Wärmeaustauschbereich auf der stromabwärtigsten Seite festgelegt ist, größer als der Wärmeaustauschbereich auf der stromaufwärtigen Seite zu sein, ist es zusätzlich möglich, den Unterkühlungsbereich innerhalb des Wärmeaustauschbereichs auf der stromabwärtigsten Seite gebildeten zu haben, oder den Unterkühlungsbereich auf einen kleineren Bereich zu beschränken, selbst wenn sich der Unterkühlungsbereich vergrößert und sich über den Wärmeaustauschbereich auf der stromaufwärtigeren Seite erstreckt.
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Da der Unterkühlungsbereich die Temperatur von geblasener Luft, die den Unterkühlungsbereich passiert, in großem Maße beeinflusst, ist es möglich, wie oben beschrieben, eine Auslasslufttemperaturschwankung bei einer durch Reduzieren des Unterkühlungsbereichs zu reduzieren.
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Andererseits ist es während einer Kühl-Operation, obwohl insbesondere ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittelgas auf der stromaufwärtigen Seite in der Kältemittelströmungsrichtung durch den ersten Wärmetauscher passiert, möglich, eine verbesserte Kühl-Leistungsfähigkeit eines Wärmepumpensystems durch Reduzieren eines Anstiegs eines Strömungswiderstands beizubehalten, da die Kältemittelkanalflächen der Rohrgruppe (Gesamtquerschnittsfläche der Rohrgruppe) in jedem von den Wärmeaustauschbereichen festgelegt ist, größer als die Querschnittsfläche des Kältemitteleinführrohrs zu sein.
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KURZE BSCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Plan, der eine Strömung eines Kältemittels in einem Kältemittelkreis in einer Fahrzeugklimaanlage, die mit einem Fahrzeuginnenwärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, während eines Heizens darstellt.
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2 ist ein Plan, der eine Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreis in der Fahrzeugklimaanlage während eines Kühlens darstellt.
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3 ist eine Vorderansicht, wenn der Fahrzeuginnenwärmetauscher in einer Luftblasrichtung von einer stromabwärtigen Seite betrachtet wird.
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4 ist eine Seitenansicht, wenn von A in 3 betrachtet wird.
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5 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B in 3.
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6 ist eine Seitenansicht, wenn von C in 3 betrachtet wird.
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7A und 7B sind eine Draufsicht und eine Vorderansicht, die ein Verbindungsglied darstellen, durch das ein Paar von an einem unteren Endabschnitt des Fahrzeuginnenwärmetauschers angeordneten Kopfteilen mit einander verbunden sind, um miteinander zu kommunizieren.
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8 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Strömung des Kältemittels in dem Fahrzeuginnenwärmetauscher darstellt.
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9 ist ein Diagramm, das eine Temperaturdifferenz einer Auslasstemperatur eines Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers, der als ein Kondensator während eines Heizens funktioniert, mit der eines Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers vergleicht.
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10 ist ein Diagramm eines Heizungs-COP-Verhältnisses von Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauschern mit verschiedenen Größen von Wärmeaustauschbereichen der ersten Passage bis zu der vierten Passage, verglichen mit dem des Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers.
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11 ist ein Diagramm eines Auslasslufttemperaturdifferenzverhältnisses der Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher mit verschiedenen Größen der Wärmeaustauschbereiche der ersten Passage bis zu der vierten Passage, verglichen mit dem des Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers.
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12 ist ein Graph eines Kühlungs-COP-Verhältnisses der Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher mit verschiedenen Größen der Wärmeaustauschbereiche von der ersten Passage bis zu der vierten Passage, verglichen mit dem des Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers.
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13 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einem Vier-Passagen-Verhältnis und einer Auslasslufttemperaturschwankung während eines Heizens darstellt.
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14 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen einer Kältemittelkanalfläche des ersten Wärmetauschers und einem COP während eines Heizens und Kühlens darstellt.
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ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
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1 und 2 sind schematische Ansichten eines Kältemittelkreises in einer Wärmepumpentyp-Fahrzeugklimaanlage, die mit einem Innenwärmetauscher (Kondensator) gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Jedoch ist der Kältemittelkreis, in dem der Innenwärmetauscher der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, nicht darauf beschränkt.
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Die Klimaanlage ist konfiguriert, einen Kompressor 1, einen auf einer stromabwärtigen Seite eines Luftblaspfads 51 in einer Kabine angeordneten ersten Fahrzeuginnenwärmetauscher 2, einen außerhalb der Kabine angeordneten Fahrzeugaußenwärmetauscher 3 und einen auf einer stromabwärtigen Seite des Luftblaspfads 51 in der Kabine angeordneten zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4 zu enthalten.
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Ein Ventilator 52 ist an einem stromaufwärtigen Endabschnitt des Luftblaspfads 51 angeordnet, und ein Umschaltschieber 53, der eine Luftzufuhröffnung des ersten Fahrzeuginnenwärmetauschers 2 nach Belieben öffnet und schließt, ist an der Luftzufuhröffnung montiert.
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Ein erstes Expansionsventil 6 und ein erstes Rückschlagventil 7 sind in der Mitte eines ersten Kältemittelrohrs 5, das sich von einer Kältemittelausstoßöffnung des Kompressors 1 über den ersten Fahrzeuginnenwärmetauscher 2 zu dem Fahrzeugaußenwärmetauscher 3 erstreckt, vorgesehen. Ein erstes Ein-Aus-Ventil 9 und ein Akkumulator 10 sind in der Mitte eines zweiten Kältemittelrohrs 8, das sich von dem Fahrzeugaußenwärmetauscher 3 zu einer Kältemitteleinlassöffnung des Kompressors 1 erstreckt, vorgesehen. Ein drittes Kältemittelrohr 11 verbindet die stromabwärtige Seite des ersten Expansionsventils 6 des ersten Kältemittelrohrs 5 mit einem Abschnitt zwischen dem Außenwärmetauscher 3 und dem ersten Ein-Aus-Ventil 9, und ein zweites Ein-Aus-Ventil 12 ist in dem dritten Kältemittelrohr 11 vorgesehen. Hier ist, wenn das zweite Ein-Aus-Ventil 12 geöffnet ist, da das erste Expansionsventil 6 einen größeren Kanalwiderstand als den des zweiten Ein-Aus-Ventils 12 hat, das erste Expansionsventil 6 im Wesentlichen geschlossen. Jedoch kann das erste Expansionsventil 6 zwangsweise geschlossen werden. Dementsprechend sind das erste Expansionsventil 6 und das zweite Ein-Aus-Ventil 12 wahlweise geöffnet.
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Ein viertes Kältemittelrohr 13, das von der stromabwärtigen Seite von dem ersten Rückschlagventil 7 des ersten Kältemittelrohrs 5 abzweigt und den zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4 erreicht, ist vorgesehen, und ein drittes Ein-Aus-Ventil 14, ein zweites Rückschlagventil 15, ein Hochtemperatur-Abschnitt 16A eines Innenwärmetauschers 16 und ein zweites Expansionsventil 17 sind in dem vierten Kältemittelrohr 13 vorgesehen.
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Ein fünftes Kältemittelrohr 18 verbindet den zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4 mit einem Abschnitt zwischen dem ersten Ein-Aus-Ventil 9 und dem Akkumulator 10, und ein viertes Ein-Aus-Ventil 19 und ein Niedertemperaturabschnitt des Innenwärmetauschers 16 sind in dem fünften Kältemittelrohr 18 vorgesehen. In dem Innenwärmetauscher 16 wird ein Wärmeaustausch zwischen einem Hochtemperaturkältemittel, das durch den Hochtemperaturabschnitt 16A passiert und einem Niedertemperaturkältemittel, das durch den Niedertemperaturabschnitt 16B passiert, ausgeführt.
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Ein sechstes Kältemittelrohr 20, das sich von der stromaufwärtigen Seite von dem ersten Expansionsventils 6 des ersten Kältemittelrohrs 5 zu einer stromabwärtigen Seite von dem Rückschlagventil 15 des vierten Kältemittelrohrs 13 erstreckt, ist vorgesehen, und ein fünftes Ein-Aus-Ventil 21 ist in dem sechsten Kältemittelrohr 20 vorgesehen.
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Als nächstes wird ein Überblick während jeder Operation der Klimaanlage beschrieben.
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Während eines Heizens sind der Schieber 53, das erste Expansionsventil 6 und das erste Ein-Aus-Ventil 9 geöffnet, und das zweite Ein-Aus-Ventil 12, das dritte Ein-Aus-Ventil 14, das vierte Ein-Aus-Ventil 19 und das fünfte Ein-Aus-Ventil 21 sind geschlossen.
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Wie in 1 dargestellt, strömt ein durch den Kompressor 1 verdichtetes Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittelgas in den ersten Fahrzeuginnenwärmetauscher 2, wird einem Wärmeaustausch (Wärmeabstrahlung) mit von dem Ventilator 52 geblasener Luft unterzogen und wird kondensiert und verflüssigt. Die Luft wird durch diesen Wärmeaustausch erwärmt. Die erwärmte Luft wird in die Kabine geblasen und heizt den inneren Bereich der Kabine.
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Dann wird das flüssige Kältemittel über das erste Expansionsventil 6 dekomprimiert, wird in einen gemischten Gas-Flüssigkeit-Zustand gebracht und strömt über das erste Rückschlagventil 7 in den Fahrzeugaußenwärmetauscher 3. In dem Fahrzeugaußenwärmetauscher 3 wird eine Periode, in der das Kältemittel einem Wärmeaustausch (Wärmeabsorption) mit einer Außenluft unterzogen wird und verdampft (in Gas verwandelt) wird und dann das Kältemittel über das erste Ein-Aus-Ventil 9 zu einer Ansaugöffnung des Kompressors 1 zurückgeführt wird, wiederholt.
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Während eines Kühlens sind das zweite Ein-Aus-Ventil 12, das dritte Ein-Aus-Ventil 14 und das vierte Ein-Aus-Ventil 19 geöffnet, und der Schieber 53, das erste Expansionsventil 6, das erste Ein-Aus-Ventil 9 und das fünfte Ein-Aus-Ventil 21 sind geschlossen.
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Wie in 2 dargestellt, wird, obwohl das durch den Kompressor 1 verdichtete Kältemittel durch den ersten Fahrzeuginnenwärmetauscher 2 passiert, ein Wärmeaustausch (Kühlen) zwischen der geblasenen Luft und dem Kältemittel fast nicht ausgeführt, da der Schieber 53 geschlossen ist und ein Luftblasen in den ersten Fahrzeuginnenwärmetauscher 2 unterbrochen ist, und somit strömt das Kältemittel in einem Hochtemperatur- und Hochdruck-Gaszustand aus und strömt über das zweite Ein-Aus-Ventil 12 in den Fahrzeugaußenwärmetauscher 3.
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Der Fahrzeugaußenwärmetauscher 3 funktioniert als ein Kondensator, führt einen Wärmeaustausch (Wärmeabstrahlung) mit Außenluft aus, und kondensiert und verflüssigt das Kältemittelgas. Dieses flüssige Kältemittel erreicht über das dritte Ein-Aus-Ventil 14, das Rückschlagventil 15 und den Niedertemperaturabschnitt 16A des Innenwärmetauschers 16 das zweite Expansionsventil 17, und wird durch das zweite Expansionsventil 17 dekomprimiert, so dass das flüssige Kältemittel in einen gemischten Gas-Flüssigkeit-Zustand gebracht wird, und strömt in den zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4. In dem zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4 wird das Kältemittel einem Wärmeaustausch (Wärmeabsorption) mit der von dem Ventilator 52 geblasenen Luft unterzogen, und das Kältemittel wird in Gas verwandelt. Die durch diesen Wärmeaustausch gekühlte Luft wird in die Kabine geblasen und kühlt die Kabine.
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Zusätzlich wird in dem Zustand während des Kühlens, wie oben beschrieben, die Luft, die durch den zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4 gekühlt und kondensiert wurde und deren Wasser verringert wurde, während eines Entfeuchtens einfach durch Öffnen des Schiebers 53 durch den ersten Fahrzeuginnenwärmetauscher 2 stromabwärts wieder erhitzt, und es ist möglich, Luft, die eine geringere relative Luftfeuchtigkeit hat, in die Kabine zu blasen. Zusätzlich kann, um eine Kühl- und Entfeuchtungs-Funktion, die durch den zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4 ausgeführt wird, zu verbessern, eine Durchflussrate des zu dem zweiten Fahrzeuginnenwärmetauscher 4 zugeführten Kältemittels durch Öffnen des in dem sechsten Kältemittelrohr 20 vorgesehenen fünften Ein-Aus-Ventils 21 erhöht werden.
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Der erste Fahrzeuginnenwärmetauscher 2, der während eines Heizens als ein Kondensator betrieben wird, und der so konfiguriert ist, dass, während eines Kühlens, das Kältemittel, wie oben beschrieben, ohne Ausführen eines Wärmeaustauschs mit Luft strömt, ist wie folgend konfiguriert.
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3 ist eine Vorderansicht, wenn der zweite Fahrzeuginnenwärmetauscher 2 von einer stromabwärtigen Seite in einer Blasrichtung von Luft betrachtet wird, 4 ist eine Ansicht, wenn von A in 3 betrachtet wird, 5 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B in 3 und 6 ist eine Seitenansicht, wenn von C in 3 betrachtet wird.
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Eine Mehrzahl von Kältemittelströmungsrohren 101, die einen flachen Kanalquerschnitt haben und sich in einer vertikalen Richtung erstrecken, ist mit einer zwischen den Kältemittelströmungsrohren 101 angeordneten gewellten Rippe 102 (nur der obere Abschnitt ist in der Zeichnung dargestellt) angeordnet, parallel zu sein, und bildet ein Paar von Rohrgruppen 103A und 103B. Die Rohrgruppen 103A und 103B sind einander zugewandt und sind mit einem Spalt in der Luftblasrichtung des Luftblaspfads 51 auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite in zwei Reihen angeordnet. Jedes Kältemittelströmungsrohr 101 und die gewellte Rippe 102 sind durch Löten oder dergleichen zueinander befestigt.
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Ein Paar von zylindrischen Kopfteilen, die sich in einer horizontalen Richtung erstrecken, ist sowohl auf der oberen als auch der untere Seite von jeder Rohrgruppe 103A und 103B in zwei Reihen angeordnet.
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Jedes der Paare von Kopfteilen 104A und 104B, die an den oberen Seiten der Rohrgruppen 103A und 103B, die in zwei Reihen angeordnet sind, angeordnet ist, enthält eine Mehrzahl von Löchern, in die ein Endabschnitt (oberer Endabschnitt) der Kältemittelströmungsrohre 101 von jeder Rohrgruppe eingefügt ist, und der obere Endabschnitt von jeder der Rohrgruppen 103A und 103B ist in die korrespondierenden Löcher der Kopfteile 104A und 104B eingefügt und ist durch Löten an den Kopfteilen 104A und 104B befestigt.
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Zusätzlich sind beide offenen Enden der oberen Kopfteile 104A und 104B durch Abdeckelemente 105 abgedichtet, und die Abdeckelemente 105 sind durch Löten daran befestigt.
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Ähnlich den Kopfteilen 104A und 104B enthält jedes Paar von Kopfteilen 106A und 106B, die auf den unteren Seiten des Kältemittelströmungsrohrs 101 angeordnet sind, eine Mehrzahl von Löchern, in die die unteren Endabschnitte der Kältemittelströmungsrohre 11 von jeder der Rohrgruppen 103A und 103B eingefügt sind, der untere Endabschnitt von jeder der Rohrgruppen 103A und 103B ist in das korrespondierende Loch der Kopfteile 106A und 106B eingefügt und ist an den Kopfteilen 106A und 106B durch Löten befestigt.
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Ein (an der rechten Seite der Zeichnung) offenes Ende der unteren Kopfteile 106A und 106B ist durch ein Abdeckelement 108 abgedichtet, und das Abdeckelement 108 ist durch Löten daran befestigt.
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Ein Rohrverbinder 109, der einen offenen Mittelabschnitt hat, ist an dem anderen offenen Ende (an der linken Seite der Zeichnung) von jedem der Kopfteile 106A und 106B durch Löten befestigt, ein Kältemitteleinlassrohr 110 ist an dem Kopfteil-106A-seitigen Rohrverbinder 109 durch Löten befestigt, und ein Kältemittelauslassrohr 111 ist an der Kopfteil-106B-seitigen Rohrverbinder 109 durch Löten befestigt.
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Jeder von inneren Räumen der Kopfteile 106A und 106B ist in einer axialen Richtung in der Mitte des Raums durch ein scheibenförmiges Trennelement 106b in zwei Abschnitte unterteilt. Das Trennelement 106b ist an einer inneren Wand von jedem des Paars von Kopfteilen 106A und 106B durch Löten befestigt.
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Hier ist jedes der zwei Trennelemente 106b an einer Position weiter weg als eine mittlere Position in dem internen Raum von dem Kältemitteleinlassrohr 110 und dem Kältemittelauslassrohr 111 angeordnet.
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Zusätzlich ist in den Abschnitten, die durch die Trennelemente 106b der Kopfteile 106A und 106B abgeteilt sind, und die auf der entgegengesetzten Seite des Kältemitteleinlassrohrs 110 und des Kältemittelauslassrohrs 111 (auf der rechten Seite der Zeichnung) befindlich sind, eine Mehrzahl (neun in der Zeichnung) von Durchgangslöchern 106c mit rundem Vorsprung in jeder der inneren Wände, die einander zugewandt sind, gebildet.
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Zusätzlich ist, wie in 7A und 7B dargestellt, ein Verbindungsglied 107, in dem Abschnitte 107a mit rundem Vorsprung, die innerhalb der Abschnitte 107a mit rundem Vorsprung Kommunikationslöcher 107b haben, vorstehen, auf beiden Seiten auf einem flachen Abschnitt eines plattenförmigen Elements gebildet, und, wie in 5 dargestellt, durchdringen die Abschnitte mit runden Vorsprung des Verbindungsglieds 107 die Durchgangslöcher 106c mit runden Vorsprung der Kopfteile 106A und 106B und sind durch Löten an den Kopfteilen 106A und 106B befestigt.
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Beispielsweise können die Abschnitte 107a mit rundem Vorsprung der Verbindungsplatte 107 durch Vorbereiten eines Paars von Plattenelementen, von denen jedes durch Kragenformen gebildete vorstehende Abschnitte hat, um so von einer seitlichen Oberfläche des Plattenelements vorzustehen, und dann durch Befestigen der Plattenelemente aneinander durch Löten oder dergleichen, in einem Zustand, in dem die Plattenelemente den entgegengesetzten Richtungen zugewandt sind, durch Befestigen gebildet werden. Alternativ können die Abschnitte 107a mit rundem Vorsprung durch ein gut bekanntes Verfahren, in dem zuerst ein Kragenformen ausgeführt wird, so dass die vorstehenden Abschnitte zu einer seitlichen Oberfläche des einen Plattenelements vorstehen und dann ein zusätzliches Kragenformen in einer rückwärtigen Richtung ausgeführt wird, so dass vorstehende Abschnitte von der entgegengesetzten Seite vorstehen, gebildet werden.
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Zusätzlich sind, wie in 3 dargestellt, Verstärkungsplatten 112 an beiden Endabschnitten in überlappenden Richtungen der Rohrgruppen 103A, 103B, 106A und 106B befestigt.
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Auf diese Weise sind der Wärmetauscher (erster Wärmetauscher) in der Kältemittelströmungsrichtung auf der stromaufwärtigen Seite, der in der Luftblasrichtung des Luftblaspfads auf der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, und der Wärmetauscher (zweiter Wärmetauscher) in der Kältemittelströmungsrichtung auf der stromabwärtigen Seite, der in der Luftblasrichtung auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, in dem ersten Fahrzeuginnenwärmetauscher 2 miteinander verbunden, um so über Verbindungslöcher miteinander zu kommunizieren.
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Eine Strömung eines Kältemittels des ersten Fahrzeuginnenwärmetauschers 2, der die oben beschriebene Konfiguration hat, ist in 8 durch Pfeile dargestellt.
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Das Kältemittel strömt von dem Kältemitteleinlassrohr 110 in das auf der unteren Seite des ersten Wärmetauschers angeordnete Kopfteil 106A, strömt in die Mehrzahl (14 in 3) von Kältemittelströmungsrohren 101 (erste Rohrgruppe 103Au) durch Öffnungen am unteren Ende davon, die zu einem ersten Kopfteilraum 106Au, der vor der Trennplatte 106b angeordnet ist, offen sind, und strömt durch die erste Rohrgruppe 103Au aufwärts.
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Zusätzlich strömt das Kältemittel, nachdem das Kältemittel durch die Öffnungen am oberen Ende der ersten Rohrgruppe 103Au in das obere Kopfteil 104A strömt, durch Öffnungen am oberen Ende der zweiten Rohrgruppe 103Ad in die Mehrzahl (10 in 3) von Kältemittelströmungsrohren 101 (zweite Rohrgruppe 103Ad), die dahinter positioniert sind, und strömt durch die zweite Rohrgruppe 103Ad abwärts.
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Darüber hinaus strömt das Kältemittel durch die Öffnungen am unteren Ende der zweiten Rohrgruppe 103Ad in einen zweiten Kopfteilraum 106Ad, der hinter der Trennplatte 106b positioniert ist.
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Nachfolgend strömt das Kältemittel in einen dritten Kopfteilraum 106Bu, der hinter der Trennplatte 106b des Kopfteils 106B des zweiten Wärmetauschers, der benachbart zu dem ersten Wärmetauscher ist, durch die Verbindungslöcher 107b der Abschnitte 107a mit rundem Vorsprung des Verbindungsglieds 107, wobei die Verbindungslöcher 107b zu dem zweiten Kopfteilraum 106Ad offen sind.
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Das Kältemittel strömt durch die Öffnungen am unteren Ende der dritten Rohrgruppe 103Bu, die zu dem dritten Kopfteilinnenraum 106Bu offen sind, in die Mehrzahl (10 in 3) von Kältemittelströmungsrohren 101 (dritte Rohrgruppe 103Bu), und strömt durch die dritte Rohrgruppe 103Bu aufwärts.
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Zusätzlich strömt das Kältemittel, nachdem das Kältemittel durch die Öffnungen am oberen Ende der dritten Rohrgruppe 103Bu in das Kopfteil 105B strömt, durch die Mehrzahl (14 in 3) von Kältemittelströmungsrohren 101 (vierte Rohrgruppe 103Bd), die davor positioniert sind, durch die Öffnungen oberen Ende der vierten Rohrgruppe 103Bd abwärts.
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Zusätzlich strömt das Kältemittel durch die Öffnungen am unteren Ende der vierten Rohrgruppe 103Bd in einen vierten Kopfteilraum 106Bd, der vor der Trennplatte 106b positioniert ist, und strömt von dem Kältemittelauslassrohr 111 heraus.
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Wenn der Fahrzeuginnenwärmetauscher 2 während eines Heizens als ein Kondensator funktioniert, wird das Kältemittel einem Wärmeaustausch mit geblasener Luft, die strömt, während sie mit einer äußeren Oberfläche von jedem Rohr 101 in Kontakt kommt, unterzogen, während das Kältemittel durch jedes der Kältemittelströmungsrohre 101 der zwei Rohrgruppen 103A und 103B, wie oben beschrieben, strömt, Wärme von dem Kältemittel wird abgestrahlt, das Kältemittel wird einem Wärmeaustausch mit den gewellten Rippe 102, die durch die geblasene Luft, die mit der äußeren Oberfläche in Kontakt kommt, gekühlt wird, unterzogen, und Wärme von dem Kältemittel wird abgestrahlt. Dementsprechend kann das Kältemittel effektiv gekühlt, kondensiert und verflüssigt werden.
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Hier wird sich, wie in der vorliegenden Ausführungsform, auf einen Wärmetauscher, in dem vier Wärmeaustauschbereiche, die durch eine erste bis vierte Rohrgruppe (erste bis vierte Passage), in denen die Kältemittelströmungsrichtungen veranlasst werden zu drehen (umzukehren) gebildet werden, als einen Vier-Passagen-Typ-Wärmetauscher bezogen. Währenddessen wird sich auf einen Wärmetauscher, der zwei Wärmeaustauschabschnitte enthält, und in dem ein Kältemittel von einem Kältemitteleinlassrohr gleichzeitig durch alle Rohrgruppen eines ersten Wärmetauschers strömt, sich zu einem zweiten Wärmetauscher bewegt, gleichzeitig durch alle Rohrgruppen des zweiten Wärmetauschers strömt und von dem Kältemittelauslassrohr ausströmt, als einen Zwei-Passagen-Typ-Wärmetauscher bezogen.
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9 ist ein Diagramm, das eine Temperaturdifferenz (eine Differenz zwischen der höchsten Temperatur der Auslasslufttemperaturen und der niedrigsten Temperatur der Auslasslufttemperaturen in allen Wärmeaustauschbereichen) von einer Auslasslufttemperatur des Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers, der als ein Kondensator während eines Heizens funktioniert, mit einer Temperaturdifferenz einer Auslasslufttemperatur des Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers vergleicht. Hier sind die Größen der vier Wärmeaustauschbereiche (Querschnittsflächen in Richtungen senkrecht zu der Luftblasrichtung) in dem Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher so festgelegt, dass sie zueinander gleich sind.
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Wenn eine Operation bei Unterkühlungstemperaturen von 30°C und 35°C ausgeführt wird, verringert sich ein Unterkühlungsbereich, in dem ein in dem auf der stromabwärtigen Seite angeordneten zweiten Wärmetauscher kondensiertes flüssiges Kältemittel existiert. Jedoch vergrößert sich der Unterkühlungsbereich, wenn eine Unterkühlungsoperation auf hohem Niveau bei Unterkühlungstemperaturen von 40°C und 45°C ausgeführt wird. Hier steigt die Wärmeaustauscheffizienz zwischen dem Kältemittel und der geblasenen Luft an, da das Kältemittel in dem Unterkühlungsbereich in einem flüssigen Zustand ist, und, verglichen mit anderen Bereichen, steigen Einflüsse, die sich auf die Auslasslufttemperatur der geblasenen Luft, die durch den Unterkühlungsbereich passiert und einem Wärmeaustausch mit dem Unterkühlungsbereich unterzogen wird, auswirken, an. Als ein Ergebnis steigt die Differenz zwischen den Auslasslufttemperaturen, wenn sich der Unterkühlungsbereich erhöht.
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Wenn eine Operation bei Unterkühlungstemperaturen von 30°C und 35°C, ausgeführt wird, in denen sich der Unterkühlungsbereich verringert, ist die Differenz zwischen den Auslasslufttemperaturen des Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers größer als die Differenz zwischen den Auslasslufttemperaturen des Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers. Jedoch wird ein verbessertes Niveau, wie bei 15°C oder weniger, beibehalten.
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Währenddessen ist es notwendig, eine Unterkühlungsoperation auf hohem Niveau bei Unterkühlungstemperaturen von 40°C und 45°C auszuführen, um eine verbesserte Heizfunktion bei einer Niedertemperatur-Umgebung von –10°C oder weniger zu erreichen. In diesem Fall steigt die Temperaturveränderung des Kältemittels in einem Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher an, da der Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher, verglichen dem Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers, einen kürzeren Strömungspfad des Kältemittels hat, und der Hauptabschnitt des Wärmeaustauschbereichs des zweiten Wärmetauschers wird der Unterkühlungsbereich. Dementsprechend überschreitet in einem Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher die Differenz der Auslasslufttemperaturen 15°C bei weitem, und eine Unbehaglichkeit kann einem menschlichen Körper übermittelt werden.
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Andererseits kann die Temperaturänderung des Kältemittels in einem Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher behutsam sein, da der Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher einen längeren Strömungspfad des Kältemittels hat, und ein Erhöhen eines Unterkühlungsbereichs kann reduziert werden, und der Unterkühlungsbereich kann auf ein Ausmaß reduziert werden, das die Hälfte des Wärmeaustauschbereichs des zweiten Wärmetauschers geringfügig überschreitet. Als ein Ergebnis kann ein Ansteigen einer Differenz zwischen den Auslasslufttemperaturen reduziert werden, und ein verbessertes Niveau von 15°C oder weniger kann beibehalten werden.
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Zusätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform der Wärmeaustauschbereich der vierten Passage (vierte Rohrgruppe) des Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers gewählt, größer als der Wärmeaustauschbereich der dritten Passage (dritte Rohrgruppe) zu sein.
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10 bis 12 stellen Verhältnisse von verschiedenen Zustandsgrößen von Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauschern mit verschiedenen Größen der Wärmeaustauschbereiche von der ersten Passage bis zu der vierten Passage, verglichen mit denen des Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers, dar, das heißt, ein Heizungs-COP-Verhältnis, ein Auslasslufttemperaturunterschiedsverhältnis und ein Kühlungs-COP-Verhältnis. Heizbedingungen und Kühlbedingungen sind in den Zeichnungen dargestellt, und während eines Heizens wird die Unterkühloperation bei 45°C ausgeführt.
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Ein Symbol ”a” gibt einen Fall an, in dem der Wärmeaustauschbereich der dritten Passage (zweiten Passage) gewählt ist, größer als der Wärmeaustauschbereich der vierten Passage (ersten Passage) zu sein, und im speziellen einen Fall, in dem die Anzahl der Rohre der dritten Passage (und zweiten Passage) 14 ist und die Anzahl der Rohre der vierten Passage (und ersten Passage) 10 ist.
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Ein Symbol ”b” gibt einen Fall an, in dem die Wärmeaustauschbereiche von der ersten bis vierten Passage gewählt sind, zueinander gleich zu sein, und im speziellen einen Fall, in dem die Anzahl der Rohre von jeder Passage 12 ist.
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Ein Symbol ”c” entspricht der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und gibt einen Fall an, in dem der Wärmeaustauschbereich der vierten Passage (= der Wärmeaustauschbereich der ersten Passage) so gewählt ist, größer als der Wärmeaustauschbereich der vierten Passage (= Wärmeaustauschbereich der ersten Passage) zu sein, und im speziellen einen Fall, in dem die Anzahl der Rohre der vierten Passage (und der ersten Passage) 14 ist, und die Anzahl der Rohre der dritten Passage (und zweiten Passage) 10 ist.
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Wie in 10 dargestellt, hatten die Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher a, b und c hinsichtlich des Heizungs-COP-Verhältnisses, verglichen mit den Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschern verbesserte Ergebnisse, die 5% oder mehr überschreiten.
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Wie in 11 dargestellt, hatten die Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher a, b und c hinsichtlich des Auslasslufttemperaturdifferenzverhältnisses (Vorteile vergrößern sich, wenn das Temperaturdifferenzverhältnis abfällt), verglichen mit den Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschern, bemerkenswert herabgesetzte Auslasslufttemperaturdifferenzverhältnisse (b ist auch in 9 dargestellt), und insbesondere hatte der Vier-Passagen-Typ-Innenwärmetauscher c (die vorliegende Ausführungsform) ein weiter verringertes Auslasslufttemperaturdifferenzverhältnis.
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Es wird erachtet, dass dies aus dem Grund ist, dass die Kältemitteltemperatur an der vierten Passage, durch ein Festlegen, dass die vierte Passage, die der Wärmeaustauschbereich auf der stromabwärtigsten Seite ist, größer als die dritte Passage ist, behutsam herabgesetzt wird, so dass der Unterkühlungsbereich wahrscheinlicher innerhalb der vierten Passage gebildet wird, und der gesamte Unterkühlungsbereich in der Lage ist, reduziert zu werden, selbst wenn der Unterkühlungsbereich ansteigt und sich über zumindest einen Teil der sich stromaufwärts von der vierten Passage befindlichen dritten Passage erstreckt.
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Hier ist es, wie in 13 dargestellt, möglich, dass sich die Auslasslufttemperaturdifferenz verringert, wenn der Wärmeaustauschbereich der vierten Passage ansteigt. Jedoch steigt der Kanalwiderstand an, wenn das Kältemittel während einer Kühloperation des Systems in einen Gaszustand durch die dritte Passage geht, da sich der Wärmeaustauschbereich der dritten Passage relativ verringert, und der Kühlungs-COP herabgesetzt wird. Um einen verbesserten Kühlungs-COP beizubehalten, ist es dementsprechend notwendig, die Verhältnisse der Wärmeaustauschbereiche der vierten Passage und der dritten Passage anzupassen, um eine Kältemittelkanalfläche sicherzustellen. Darüber hinaus ist es in dem ersten Wärmetauscher, in den ein Kältemittelgas, das eine höhere Temperatur und einen höheren Druck als das Kältemittelgas des zweiten Wärmetauschers hat, strömt, und der auf der in der Kältemittelströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite positioniert ist, notwendig, eine Kältemittelkanalfläche sicherzustellen, die in der Lage ist, einen verbesserten Kühlungs-COP beizubehalten.
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14 stellt das Verhältnis zwischen der Kältemittelkanalfläche (der Gesamtquerschnittsfläche der Rohrgruppe der kleineren von der ersten Passage und der zweiten Passage) des ersten Wärmetauschers und einen COP dar. 14 stellt dar, dass der COP während eines Heizens im Wesentlichen beibehalten wird, konstant zu sein, wohingegen während eines Kühlens in einem Fall, in dem die Kältemittelkanalfläche gleich oder mehr als eine Querschnittsfläche des Kältemitteleinführrohrs ist, ein verbesserter COP erhalten werden kann.
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Im speziellen ist, in der vorliegenden Ausführungsform von c, die Anzahl der Rohre von jeder von der zweiten Passage und der dritten Passage auf 10 festgelegt, und die Kältemittelkanalfläche (die Gesamtquerschnittsfläche von 10 Rohren) ist so gewählt, dass sie gleich der oder mehr als die Querschnittsfläche des Kältemitteleinführrohrs 110 ist.
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Als ein Ergebnis ist, wie in 12 dargestellt, das Kühlungs-COP-Verhältnis von c (der vorliegenden Ausführungsform) geringer als die Kühlungs-COP-Verhältnisse von a und b. Jedoch ist es hinsichtlich des Kühlungs-COP-Verhältnisses c (der vorliegenden Ausführungsform) offensichtlich, dass es möglich ist, hinsichtlich des Zwei-Passagen-Typ-Innenwärmetauschers 92,5% sicherzustellen, und es ist möglich, eine verbesserte Kühl-Leistungsfähigkeit des Systems beizubehalten.
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Zusätzlich sind die Verhältnisse der Wärmeaustauschbereiche von der ersten Passage und der zweiten Passage des ersten Wärmetauschers nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann jedes der Verhältnisse auf 50% (die Anzahl der Rohre ist 12) festgelegt werden. Jedoch überlappen sich, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die vollständige erste Passage, die die höchste Temperatur hat, und die vollständige vierte Passage, die die niedrigste Temperatur hat, durch Angleichen der Verhältnisse der Wärmeaustauschbereiche der vierten Passage und der ersten Passage (die Anzahl der Rohre ist 14 und 10), und es ist möglich, eine Schwankung der Auslasslufttemperatur weiter herabzusetzen.
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Zusätzlich ist, beispielsweise gerade wenn die Verbindungsposition zwischen dem Kältemitteleinführrohr und dem Kältemittelausstoßrohr in einem rechts gesteuerten Fahrzeug und die Verbindungsposition zwischen dem Kältemitteleinführrohr und dem Kältemittelausstoßrohr in einem links gesteuerten Fahrzeug in der Luftblasrichtung zueinander symmetrisch sind, ein gemeinsamer Wärmetauscher in der Lage, in einem Zustand montiert zu werden, in dem die rechte und linke Richtung zueinander geändert werden (die Verhältnisse der Wärmeaustauschbereiche der ersten Passage zu der vierten Passage ändern sich nicht), eine Flexibilität kann erhalten werden, und es ist möglich, Kosten herabzusetzen.
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Zusätzlich ist es im Allgemeinen möglich, die Anzahl der Rohre für jede Passage in dem Wärmetauscher der vorliegenden Ausführungsform, in der, verglichen mit dem Wärmetauscher von Patentdokument 1, in dem die Kältemittelströmungsrohre in einer horizontalen Richtung angeordnet sind, die Kältemittelströmungsrohre 101 in der vertikalen Richtung angeordnet sind, zu erhöhen, wenn die Wärmeaustauschbereiche durch dieselbe Anzahl von Passagen gebildet werden, da die Form des Wärmetauschers gewählt ist, horizontal lang zu sein. Dementsprechend ist es möglich, einen Kältemittelströmungswiderstand zu herabzusetzen, und eine Verringerung der Systemeffizienz kann reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- erster Fahrzeuginnenwärmetauscher
- 51
- Luftblaspfad
- 53
- Schieber
- 101
- Kältemittelströmungsrohr
- 103A, 103B
- Rohrgruppe
- 103Au
- erste Rohrgruppe (erste Passage)
- 103Ad
- zweite Rohrgruppe (zweite Passage)
- 103Bu
- dritte Rohrgruppe (dritte Passage)
- 103Bd
- vierte Rohrgruppe (vierte Passage)
- 104A, 104B
- Kopfteil
- 106A, 106B
- Kopfteil
- 106b
- Trennplatte
- 106Au
- erster Kopfteilraum
- 106Bu
- dritter Kopfteilraum
- 106Bd
- vierter Kopfteilraum
- 106Ad
- zweiter Kopfteilraum
- 107b
- Verbindungsloch
- 110
- Kältemitteleinführrohr
- 111
- Kältemittelausstoßrohr
