DE112012005066T5

DE112012005066T5 - Wärmetauschsystem

Info

Publication number: DE112012005066T5
Application number: DE112012005066.5T
Authority: DE
Inventors: c/o Denso Corp. Katoh Yoshiki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-09-04
Also published as: JP5994588B2; US20140290296A1; CN103998267B; US9592717B2; JP2013139250A; CN103998267A; WO2013084466A1

Abstract

Ein Wärmeaustauschsystem umfasst einen ersten Wärmetauscher (5A), der Wärme wenigstens eines Kühlkreislaufs abstrahlt, einen Kühlerkreis (2R), in dem ein Kühlmittel für eine wärmeemittierende Vorrichtung (1) strömt, mehrere Wärmetauscher (5B, 5C), die mit dem Kühlerkreis (2R) verbunden sind und Wärme des Kühlmittels abstrahlen, und ein Gebläse (11), das Luft zu dem ersten Wärmetauscher (5A) und den mehreren Wärmetauschern (5B, 5C) befördert, um zu kühlen. Die mehreren Wärmetauscher (5B, 5C) sind in einer Blasrichtung des Gebläses (11) angeordnet und strahlen getrennt Wärme des Kühlerkreises (2R) ab. Der Wärmetauscher (5B) der mehreren Wärmetauscher (5B, 5C), der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, ist thermisch mit dem ersten Wärmetauscher (5A) verbunden und der Wärmetauscher (5B), der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, strahlt durch sich selbst Wärme ab und strahlt auch Wärme durch den ersten Wärmetauscher (5A) ab.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-266137 , eingereicht am 5. Dezember 2011 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-249578 , eingereicht am 13. November 2012, deren gesamte Inhalte hier per Referenz eingebunden sind.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmeaustauschsystem, das wenigstens ein duales Wärmeabstrahlungs- oder Wärmeabsorptionssystem umfasst, und insbesondere ein Wärmeaustauschsystem, das einen Wärmetauscher für eine Fahrzeugklimaanlage und einen Strahlungswärmetauscher für eine andere Vorrichtung als einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs umfasst.
Hintergrundtechnik
PTL1 offenbart eine Vorrichtung, um neben einer Funktion als eine Heizung zum Heizen von Luft, die in einem Fahrgastraum geblasen werden soll, unter Verwendung eines Kühlmittels, das von einem Verbrennungsmotor geheizt wird, als eine Wärmequelle eine Funktion zum Erleichtern des Aufwärmbetriebs eines Verbrennungsmotors und eine Funktion als eine Heizung, die ein Hochdruckkältemittel als eine Wärmequelle verwendet.
Um den vorstehenden Zweck zu erreichen, werden die Funktion als eine Heizung, die Luft, die in einen Fahrgastraum geblasen werden soll, unter Verwendung eines Kühlmittels als eine Heizquelle heizt und die Funktion als eine Heizung unter Verwendung eines Hochdruckkältemittels als eine Heizquelle durch einen Wärmetauscher (eine Heizung für eine Klimaanlage) realisiert, und ein U-förmiges Rohr, das Wärme zwischen dem Hochdruckkältemittel und dem Kühlmittel austauscht, ist in einem Kältemittelbehälter angeordnet. Wenn ferner die Temperatur des Kühlmittels niedrig ist, wird das Kühlmittel durch das U-förmige Rohr zirkulieren gelassen. Wenn die Temperatur des Kühlmittels zu hoch ist, wird das Kühlmittel durch ein Kühlmittelrohr zirkulieren gelassen.
PTL2 offenbart eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung mit einem Wärmepumpenkältekreislauf, die den Heizwirkungsgrad verbessert, wenn sie einen Heizbetrieb unter Verwendung einer Heizeinheit durchführt, die heißes Wasser als eine Wärmequelle in Kombination verwendet. Um den vorstehend spezifizierten Zweck zu erreichen, ist ein Wärmetauscher zum Kühlen auf einer windabgewandten Seite eines Gebläses in einem Kanal angeordnet, der Blasluft in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs bläst. Ein Wärmetauscher zum Heizen und ein Heizungskern, der eine Heißwasserheizeinheit bildet, sind auf der windabgewandten Seite des Wärmetausches zum Kühlen angeordnet. Der Heizungskern wird durch eine Pumpe mit Salzlösung versorgt, die von einer Heißwasserheizung vom Verbrennungstyp geheizt wird, und heizt umgebende Luft durch Abstrahlen der Wärme der Salzlösung in den Kanal. Der Heizungskern ist auf der windabgewandten Seite des Wärmetauschers zum Heizen angeordnet und nutzt die Rippen gemeinsam mit dem Wärmetauscher zum Heizen.
Ein Drei-Fluid-Wärmetauscher, der in dieser Offenbarung beschrieben werden soll, wird hier beschrieben. Ein Wärmetauscher dient im Allgemeinen dazu, Wärme zwischen zwei Medien, wie etwa Luft und Kältemittel, auszutauschen. Jedoch ist der Drei-Fluid-Wärmetauscher, der in dieser Offenbarung beschrieben werden soll, ein Wärmetauscher, der im Wesentlichen Wärme gleichzeitig zwischen drei Medien, wie etwa Kühlmittel, Luft und Kältemittel, austauscht.
Ferner sind die Medien nicht auf Kühlmittel, Kältemittel und Luft beschränkt und werden als ein erstes Fluid, ein zweites Fluid und ein drittes Fluid bezeichnet. Folglich bildet der Heizungskern, der die Rippen mit dem Wärmetauscher zum Heizen von PTL2 gemeinsam nutzt, den Drei-Fluid-Wärmetauscher. Das heißt, der Drei-Fluid-Wärmetauscher ist wohlbekannt.
Ferner offenbart PTL3 eine Fahrzeugklimaanlage mit einer verringerten Größe, die eine schnelle Heizbetriebsart unter Verwendung eines Hochdruckkältemittels hat. Um den vorstehend spezifizierten Zweck zu erreichen, werden eine Funktion als eine Heizung, die Luft, die in einen Fahrgastraum geblasen werden soll, unter Verwendung eines Motorkühlmittels als eine Wärmequelle heizt, und eine Funktion als eine Heizung unter Verwendung eines Hochdruckkältemittels als eine Wärmequelle durch einen Wärmetauscher (eine Heizung für eine Klimaanlage) realisiert.
Wenn in PTL3 die Schnellheizung durchgeführt wird, wird das Motorkühlmittel zwischen einem Umleitungsdurchgang und einer Heizung für eine Klimaanlage zirkulieren gelassen, und das Hochdruckkältemittel wird durch die Heizung für die Klimaanlage zirkulieren gelassen, während das Einströmen des Motorkühlmittels, das aus dem Motor geströmt ist, in die Heizung für eine Klimaanlage gestoppt ist. Während die Montierbarkeit der Klimaanlage auf dem Fahrzeug durch die Verringerung der Größe der Klimaanlage verbessert wird, wird folglich eine Schnellheizkapazität verbessert. Die Heizung für die Klimaanlage ist auch der Drei-Fluid-Wärmetauscher, der in dieser Offenbarung beschrieben werden soll, und umfasst drei Fluide, wie etwa ein Motorkühlmittel, Kältemittel und Luft.
Eine Nachfrage für das Management der Wärme eines Fahrzeugs nimmt zu, wenn es eine Zunahme der Arten von thermischen Vorrichtungen außer einem Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug gibt. Jedoch hat insbesondere ein Kühlmittelkreis für ein Fahrzeug eine große Differenz in der Zunahme und Abnahme der Wärmemenge, die durch verschiedene Situationen bewirkt wird. Wenn folglich ein Wärmetauscher, der konstruiert ist und hergestellt ist, um eine erforderliche maximale Leistung zu haben, in einem Fahrzeug als jeder Wärmetauscher angeordnet ist, wird ein sehr großer Raum benötigt, und es kann eine Platzverschwendung geben. Wenn indessen die Abwärme eines Automobils verringert wird, hat die Wärmemenge, die in einem normalen Betrieb abgestrahlt werden soll, die Neigung, kontinuierlich niedrig zu sein. Jedoch sind spezifische Lösungen für diese Themen in PTL1 bis 3 nicht beschrieben.
Referenzliste
Patentdokument

PTL1: Japanisches Patent Nr. 4023320
PTL2: Japanisches Patent Nr. 3275415
PTL3: Japanisches Patent Nr. 4311115

Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe dieser Offenbarung ist es, ein raumsparendes Wärmeaustauschsystem bereitzustellen, das die Zunahme der Kapazität des zweiten Fluidkreises einschließlich eines Niedertemperatur-Wärmetauschers, der die Wärme einer anderen Vorrichtung als eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug abstrahlt, bewältigen kann, während es im Wesentlichen die Leistung als ein erster Fluidkreis, der einen Kühlkreislauf betrifft, aufrecht erhalten kann.
Die Beschreibung von als die verwandte Technik erwähnten PTLs kann per Referenz als die Beschreibung technischer Elemente, die in dieser Beschreibung beschrieben sind, eingeführt oder eingebunden werden.
Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung umfasst ein Wärmeaustauschsystem einen ersten Wärmetauscher, der Wärme wenigstens eines Kühlkreislaufs abstrahlt, einen Kühlerkreis, in dem ein Kühlmittel für eine wärmeemittierende Vorrichtung strömt, mehrere Wärmetauscher, die mit dem Kühlerkreis verbunden sind und Wärme des Kühlmittels abstrahlen; und ein Gebläse, das den ersten Wärmetauscher und die mehreren Wärmetauscher durch Blasen von Luft kühlt. Das Abstrahlen der Wärme des Kühlerkreises wird durch die mehreren Wärmetauscher, die in einer Blasrichtung des Gebläses angeordnet sind, getrennt durchgeführt. Einer der mehreren Wärmetauscher, der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, ist thermisch mit dem ersten Wärmetauscher verbunden und strahlt durch sich selbst Wärme ab und strahlt auch Wärme durch den ersten Wärmetauscher ab.
Dementsprechend strahlt der eine der mehreren Wärmetauscher, der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, durch sich selbst Wärme ab und strahlt auch durch den ersten Wärmetauscher Wärme ab. Selbst wenn folglich eine Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität des Kühlerkreises für die wärmeemittierende Vorrichtung eine Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität zu einer normalen Zeit beträchtlich übersteigt, kann die Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität, welche die Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität zu einer normalen Zeit beträchtlich übersteigt, unter Verwendung einer Wärmeabstrahlungsfunktion des ersten Wärmetauschers gemäß dem Kühlkreislauf erfüllt werden. Daher kann die Größe des Wärmetauschers, die für das Abstrahlen von Wärme des Kühlerkreises erforderlich ist, verringert werden.
Der Wärmetauscher, der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, strahlt Wärme durch sich selbst ab und strahlt auch Wärme durch den ersten Wärmetauscher ab. Zum Beispiel werden während eines Kühlbetriebs die Abstrahlung der Wärme des ersten Wärmetauschers, der als ein Strahler dient, und die Abstrahlung der Wärme des Wärmetauschers, der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, gemeinsam durchgeführt.
Da in diesem Fall die von dem Wärmetauscher, der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, abgestrahlte Wärmemenge kleiner ist, wird die Wärmeabstrahlungsleistung des ersten Wärmetauschers verbessert. Im Übrigen ist eine Wärmeerzeugungssituation einer Vorrichtung (zum Beispiel ein Inverter oder ein Motorgenerator) sehr begrenzt, und die Wärmemenge, die in der Wärmeerzeugungssituation erzeugt wird, ist ziemlich groß, wenngleich nicht so groß wie des Verbrennungsmotors.
Wenn unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten die abgestrahlte Wärmemenge klein ist, wird bevorzugt, dass die Wärmeabstrahlungsleistung des Wärmetauschers, der auf der windabgewandten Seite in der Richtung des Luftstroms angeordnet ist, das Maximum aufweist, indem Wärme an dem Wärmetauscher abgestrahlt wird, der auf der windabgewandten Seite angeordnet ist. Ferner wird in dem Fall, in dem die erzeugte Wärmemenge sehr groß ist, bevorzugt, dass der Wärmeabstrahlungsbetrieb von dem ersten Wärmetauscher und dem auf der windwärtigen Seite angeordneten Wärmetauscher integral durchgeführt wird. Der Grund dafür ist wie folgt: Wenn der erste Wärmetauscher auch das Abstrahlen der Wärme übernimmt, ist es möglich, die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll, ohne die Zunahme der physikalischen Größe des Wärmetauschers, der auf der windabgewandten Seite in der Richtung der Luftströmung angeordnet ist, zu bewältigen. Folglich kann der Raumwirkungsgrad verbessert werden.
Auf diese Weise kann ein raumsparendes Wärmeaustauschsystem bereitgestellt werden. Der Grund dafür, dass der erste Wärmetauscher und der auf der windwärtigen Seite angeordnete Wärmetauscher auf der windwärtigen Seite angeordnet sind, ist, zu verhindern, dass die Wärmetauscher durch Wärme beeinflusst werden, die von dem Wärmetauscher abgestrahlt wird, der auf der windabgewandten Seite in der Richtung der Luftströmung angeordnet ist.
Zum Beispiel ist der erste Wärmetauscher aus einem Klimatisierungswärmetauscher aufgebaut, der einen Teil eines ersten Fluidkreises bildet, der die Klimatisierung in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs durchführt, und der Kühlerkreis ist aus einem zweiten Fluidkreis aufgebaut, der die wärmeemittierende Vorrichtung außer einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs kühlt.
Dementsprechend ist eine Situation, in der die Wärmemenge, die von dem zweiten Fluidkreis für eine Vorrichtung außer einem Verbrennungsmotor abgestrahlt wird, maximal wird, begrenzt. Da folglich der Klimatisierungswärmetauscher verwendet wird, um Wärme in der Situation abzustrahlen, in der die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll, maximal wird, kann die Wärme, die von dem Kühlerkreis abgestrahlt werden soll, der den zweiten Fluidkreis für die wärmeemittierende Vorrichtung bildet, durch einen kleinen Wärmetauscher abgestrahlt werden.
Zum Beispiel werden die mehreren Wärmetauscher aus einem zweiten Wärmetauscher, der auf einer windwärtigen Seite angeordnet ist, und einem dritten Wärmetauscher, der auf einer windabgewandten Seite angeordnet ist, aufgebaut, und der zweite Wärmetauscher ist benachbart zu dem ersten Wärmetauscher angeordnet oder integral mit ihm.
Da der erste Wärmetauscher auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, strahlen der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher dementsprechend vorzugsweise zuerst Wärme ab. Folglich kann von dem dritten Wärmetauscher, der die Wärme des Kühlerkreises an die Luft abstrahlt, Wärme an die Luft abgestrahlt werden, deren Temperatur aufgrund der Wärme gestiegen ist, die von den ersten und zweiten Wärmetauschern abgestrahlt wird. Da ferner der zweite Wärmetauscher benachbart oder integral mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, kann die Wärme des zweiten Wärmetauschers auch von dem ersten Wärmetauscher abgestrahlt werden.
Zum Beispiel ist der erste Wärmetauscher aus einem Wärmetauscher für Salzlösung aufgebaut, der die Wärme von Salzlösung, die in einem Flüssigkeitskühlkondensator strömt, abstrahlt, nachdem ein von einem Kompressor komprimiertes Kältemittel von dem Flüssigkeitskühlkondensator gekühlt wird.
Selbst wenn dementsprechend eine Anforderung nach einer Wärmestrahlungskapazität des Kühlerkreises für die Vorrichtung eine Anforderung der Wärmestrahlungskapazität zu einer normalen Zeit beträchtlich übersteigt, kann die Anforderung der Wärmestrahlungskapazität unter Verwendung einer Wärmeabstrahlungsfunktion des Strahlers des Kühlkreislaufs nicht nur in einem Kühlkreislauf unter Verwendung eines Luftkühlkondensators, sondern auch in einem Kühlkreislauf unter Verwendung des Flüssigkeitskühlkondensators erfüllt werden.
Zum Beispiel sind der erste Wärmetauscher und der Wärmetauscher, der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, aus einem Drei-Fluid-Wärmetauscher aufgebaut, der Wärme unter Verwendung eines Teils eines Kerns gegenseitig überträgt.
Da der erste Wärmetauscher und der Wärmetauscher, der aus den mehreren Wärmetauschern auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, dementsprechend integral aus einem Drei-Fluid-Wärmetauscher aufgebaut ist, kann das Wärmeaustauschsystem durch die Integration kompakt gemacht werden.
Zum Beispiel sind der zweite Wärmetauscher und der dritte Wärmetauscher in einer derartigen Weise angeordnet, dass das Kühlmittel, das als inneres Fluid dient, parallel durch die Wärmetauscher strömt.
Da die Strömungen der Kühlmittel, die als innere Fluide dienen, parallel sind, ist ein Druckabfall des gesamten Kühlerkreises, der aus dem zweiten Fluidkreis aufgebaut ist, der die wärmeemittierende Vorrichtung außer einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs kühlt, dementsprechend klein und der Durchsatz des Kühlmittels, das in den Wärmetauschern vorhanden ist, kann erhöht werden.
Zum Beispiel sind der zweite Wärmetauscher und der dritte Wärmetauscher in einer Weise angeordnet, dass das Kühlmittel, das als inneres Fluid dient, der Reihe nach durch die Wärmetauscher strömt.
Da das Kühlmittel, das als inneres Fluid dient, der Reihe nach strömt, können die Strömungsrichtung von Luft und eine Anordnungsrichtung, in der die zweiten und dritten Wärmetauscher hintereinander angeordnet sind, dementsprechend auf die gleiche Richtung festgelegt werden, und ein Wärmetauscher, der eine große Wärmeabstrahlungswirkung haben soll, aus den zweiten und dritten Wärmetauschern kann auf der windwärtigen Seite angeordnet werden.
Mit anderen Worten sind in der Struktur, in welcher der zweite Wärmetauscher benachbart zu oder integral mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, der zweite Wärmetauscher und der dritte Wärmetauscher hintereinander angeordnet, so dass ein inneres Fluid von dem dritten Wärmetauscher zu dem zweiten Wärmetauscher strömt.
Nachdem Wärme folglich grob von dem dritten Wärmetauscher abgestrahlt wird, kann folglich das Kühlmittel in den zweiten Wärmetauscher eingeleitet werden, der benachbart zu oder integral mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist. Daher wird die Höhe der von den ersten und zweiten Wärmetauschern abgestrahlten Wärmemenge verringert, die Leistung des ersten Wärmetauschers (zum Beispiel die Leistung als ein Kondensator) wird verbessert, und eine während des Betriebs des Kühlkreislaufs verbrauchte Leistung wird verringert, so dass ein Energiesparwirkung erreicht werden kann.
Da ferner die Strömung des Kühlmittels eine Gegenströmung gegen die Luftströmung wird, wird der Gesamtwärmetauscherwirkungsgrad der zweiten und dritten Wärmetauscher ebenfalls sehr gut. Als ein Ergebnis wird die Größe des dritten Wärmetauschers verringert.
Zum Beispiel ist der dritte Wärmetauscher auf einer strömungsaufwärtigen Seite angeordnet, und der zweite Wärmetauscher ist auf einer strömungsabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des inneren Fluids angeordnet.
Dementsprechend wird die Temperatur des inneren Fluids durch die Wärmeabstrahlung in dem dritten Wärmetauscher verringert und dann strömt das innere Fluid in den zweiten Wärmetauscher, so dass die Temperatur des zweiten Wärmetauschers verringert wird. Daher kann gemäß der Temperaturverringerung die Wärmemenge, die an den ersten Wärmetauscher übertragen wird, der Wärme mit dem zweiten Wärmetauscher austauscht, verringert werden, so dass die ursprüngliche Wärmeaustauschleistung des ersten Wärmetauschers verbessert werden kann.
Zum Beispiel umfasst das Wärmeaustauschsystem ferner ein Durchflusssteuerventil, das einen Durchsatz des Kühlmittels in dem zweiten Wärmetauscher einstellt. Wenn erachtet wird, dass eine Temperatur des Kühlmittels größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur ist, wird das Durchflusssteuerventil geöffnet. Wärme wird nicht nur von dem dritten Wärmetauscher, sondern auch von dem zweiten Wärmetauscher abgestrahlt.
Wenn erachtet wird, dass eine Temperatur des Kühlmittels die vorgegebene Temperatur erreicht oder höher als die vorgegebene Temperatur wird, wird das Durchflusssteuerventil dementsprechend geöffnet. Wärme wird nicht nur von dem dritten Wärmetauscher, sondern auch von dem zweiten Wärmetauscher abgestrahlt. Da entsprechend nur, wenn notwendig, auch von dem zweiten Wärmetauscher Wärme abgestrahlt wird, kann die Wärmeabstrahlungsleistung des Kühlerkreises verbessert werden. Folglich kann der erste Wärmetauscher, der Wärme von dem zweiten Wärmetauscher erhält, effizient verwendet werden. Mit anderen Worten kann Wärme, wenn benötigt, das heißt, wenn die Temperatur des Kühlmittels größer oder gleich der vorgegebenen Temperatur ist, in der Situation, in der die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll, maximal wird, hinreichend abgestrahlt werden, indem zugelassen wird, dass das Kühlmittel in beiden der zweiten und ersten Wärmetauscher strömt, die benachbart zueinander oder integral miteinander angeordnet sind.
Zum Beispiel ist ein Kältekreislauf aus einem Wärmepumpenkreislauf aufgebaut, der fähig ist, Luft in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu kühlen und zu heizen, und umfasst eine Kühl-/Heizumschalteinheit, die einen Heizkreislauf und den Kühlkreis umschaltet. Wenn ein Kreislauf auf den Heizkreislauf umgeschaltet wird, arbeitet der erste Wärmetauscher des Kühlkreislaufes als ein Wärmeabsorber.
Dementsprechend können die Größen der Wärmetauscher, die für die Abstrahlung von Wärme des Kühlerkreises erforderlich sind, auch in einem Wärmeaustauschsystem, das Heizen und Kühlen durch den Wärmepumpenkreislauf durchführt, verringert werden. Ferner wird von der wärmeemittierenden Vorrichtung erzeugte Wärme von dem ersten Wärmetauscher, welcher der Verdampfer des Wärmepumpenkreislaufs ist, aufgenommen, so dass eine Wirkung zur Verbesserung der Heizleisung und eine Wirkung zum Unterdrücken der Ausbildung von Frost (einschließlich Entfrosten) erhalten werden kann.
Zum Beispiel ist ein Kältekreislauf aus einem Wärmepumpenkreislauf aufgebaut, der fähig ist, Luft in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu kühlen und zu heizen, und umfasst eine Kühl-/Heizumschalteinheit, die einen Heizkreislauf und den Kühlkreislauf umschaltet. Wenn ein Kreislauf auf den Heizkreislauf umgeschaltet wird, arbeitet der erste Wärmetauscher des Kühlkreislaufs als ein Wärmeabsorber. Wenn der Heizkreislauf arbeitet, wird das Durchflusssteuerventil derart gesteuert, dass das Kühlmittel in dem zweiten Wärmetauscher strömt.
Dementsprechend kann ein Heizbetrieb durchgeführt werden, während Abwärme, die von dem zweiten Wärmetauscher abgestrahlt werden soll, von dem Wärmeabsorber, der aus dem ersten Wärmetauscher aufgebaut ist, aufgenommen wird.
Zum Beispiel ist ein Kältekreislauf aus einem Wärmepumpenkreislauf aufgebaut, der fähig ist, Luft in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu kühlen und zu heizen, und umfasst eine Kühl-/Heizumschalteinheit, die einen Heizkreislauf und den Kühlkreislauf umschaltet. Wenn ein Kreislauf auf den Heizkreislauf umgeschaltet wird, arbeitet der erste Wärmetauscher des Kühlkreislaufs als ein Wärmeabsorber. Der Kühlerkreis ist mit einem Wärmespeicherumleitungsdurchgang, der wenigstens den zweiten Wärmetauscher umgeht, und einer Durchgangsumschalteinheit versehen, welche die Zuströmung des Kühlmittels in den Wärmespeicherumleitungsdurchgang oder den zweiten Wärmetauscher umschaltet. Das Kühlmittel, das den Wärmespeicherumleitungsdurchgang durchlaufen hat, wird während des Entfrostens des Wärmeabsorbers durch die Durchgangsumschalteinheit in den zweiten Wärmetauscher strömen gelassen.
Da das Kühlmittel in den zweiten Wärmetauscher strömen gelassen wird, wenn das Entfrosten durchgeführt wird, kann dementsprechend Frost, der an dem Wärmeabsorber haftet, der benachbart zu oder integral mit dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist, schnell entfernt werden. Das heißt, die von der wärmeemittierenden Vorrichtung erzeugte Wärme wird gespeichert, und der Wärmeabsorber, der benachbart zu oder integral mit dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist, wird nach Bedarf dem Entfrosten unterzogen, so dass die Rückgewinnung der Heizleistung durchgeführt werden kann.
Wenn zum Beispiel kein Entfrosten durchgeführt wird, erlaubt die Durchgangsumschalteinheit dem Kühlmittel, Wärme zu speichern, indem das Kühlmittel in dem Wärmespeicherumleitungsdurchgang strömt. Wenn das Entfrosten durchgeführt wird, stoppt die Durchgangsumschalteinheit die Zuströmung des Kühlmittels in den Wärmespeicherumleitungsdurchgang und erlaubt dem Kühlmittel, das Wärme gespeichert hat, in den zweiten Wärmetauscher zu strömen.
Wenn das Entfrosten durchgeführt wird, kann dementsprechend das Entfrosten des Wärmeabsorbers, der benachbart zu oder integral mit dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist, schnell durch das Kühlmittel durchgeführt werden, das Wärme in dem Wärmespeicherumleitungsdurchgang gespeichert hat.
Zum Beispiel ist die wärmeemittierende Vorrichtung des Kühlerkreises aus einer anderen Vorrichtung als dem Verbrennungsmotor aufgebaut. Der dritte Wärmetauscher ist mit einem Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor eines Kühlerkreises für den Verbrennungsmotor integriert.
Dementsprechend ist der dritte Wärmetauscher mit dem Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor (Motorstrahler) integriert, so dass die Verringerung der Größe erreicht werden kann. Da ferner die Fluide, die in dem dritten Wärmetauscher und dem Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor strömen, von dem kondensierten Kältemittel des ersten Wärmetauschers, der die Wärme des Kühlkreislaufs abstrahlt (der als ein Kondensator arbeitet) verschieden sind, und die gleiche Art von Niederdruckfluid sind, ist die Integration zwischen dem dritten Wärmetauscher und dem Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor sehr einfach, und durch die Integration kann auch ein Platz eingespart werden.
Zum Beispiel sind der dritte Wärmetauscher und der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor integral als ein Drei-Fluid-Wärmetauscher ausgebildet, der unter Verwendung eines Teils eines gemeinsamen Kerns Wärme untereinander überträgt und Wärme mit Luft austauscht.
Dementsprechend sind der dritte Wärmetauscher und der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor als der Drei-Fluid-Wärmetauscher integriert, so dass die Verringerung in der Größe erreicht werden kann. Indessen ist der Zeitablauf der Wärmeerzeugungssituation des Wärmetauschers für den Verbrennungsmotor verschieden von der der wärmeemittierenden Vorrichtung außer dem Verbrennungsmotor. Wenn einer der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor oder die wärmeemittierende Vorrichtung Wärme abstrahlt, ist aus diesem Grund die von dem anderen der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor oder die wärmeemittierende Vorrichtung abgestrahlte Wärmemenge klein. Als ein Ergebnis zeigt sich ein Ergebnis der erheblichen Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche des einen des dritten Wärmetauschers und des Wärmetauschers für den Verbrennungsmotor, der Wärme abstrahlen muss, durch die Wirkung eines Drei-Fluid-Wärmetauschers, der unter Verwendung wenigstens eines Teils eines gemeinsamen Kerns Wärme untereinander überträgt.
Zum Beispiel sind der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher integral auf der windwärtigen Seite als ein erster Drei-Fluid-Wärmetauscher ausgebildet, der unter Verwendung eines Teils eines Kerns Wärme untereinander überträgt, und der dritte Wärmetauscher und der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor sind auf einer windabgewandten Seite integral als ein zweiter Drei-Fluid-Wärmetauscher ausgebildet, der unter Verwendung eines Teils eines Kerns Wärme untereinander überträgt.
Dementsprechend sind zwei der Drei-Fluid-Wärmetauscher auf der windwärtigen Seite und der windabgewandten Seite relativ zueinander angeordnet, so dass das gesamte Volumen weiter verringert werden kann.
Zum Beispiel sind der erste Drei-Fluid-Wärmetauscher und der zweite Drei-Fluid-Wärmetauscher weiter miteinander integriert, so dass der erste Wärmetauscher, der zweite Wärmetauscher, der dritte Wärmetauscher und der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Teils eines gemeinsamen Kerns Wärme aneinander übertragen.
Dementsprechend übertragen der erste Wärmetauscher, der zweite Wärmetauscher, der dritte Wärmetauscher und der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Teils eines gemeinsamen Kerns gegenseitig Wärme. Da erste Wärmetauscher, der zweite Wärmetauscher, der dritte Wärmetauscher und der Wärmetauscher für den Verbrennungsmotor folglich Wärme in komplementärer Weise übertragen und aufnehmen, wird die physikalische Größe des gesamten Wärmetauschers verringert. Als ein Ergebnis kann der Wärmetauscher leicht auf dem Fahrzeug montiert werden.
Zum Beispiel strömt in dem zweiten Wärmetauscher, der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, und dem dritten Wärmetauscher, der auf der windabgewandten Seite angeordnet ist, das Kühlmittel, das als ein inneres Fluid dient, der Reihe nach von dem dritten Wärmetauscher zu dem zweiten Wärmetauscher durch die Wärmetauscher, und die Strömung des Kühlmittels wird eine Gegenströmung gegen die Luftströmung, die von der windwärtigen Seite zu der windabgewandten Seite gerichtet ist.
Da die Strömung des Kühlmittels die Gegenströmung zu der Luftströmung wird, wird dementsprechend die Temperaturdifferenz zwischen jedem Wärmetauscher und Luft verringert. Folglich wird der Gesamtwärmeaustauschwirkungsgrad der Wärmetauscher in Bezug auf die Luft hoch. Als ein Ergebnis kann die Größe des Wärmetauschers verringert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das einen Kühlkreis gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Diagramm, das den Betrieb des Kühlkreises der ersten Ausführungsform durch einen Vergleich mit dem Betrieb der Kühlkreises von Vergleichsbeispielen darstellt.
3 ist ein Diagramm, das einen Kühlkreislauf gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Diagramm, das einen Kühlkreislauf gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
5 ist ein Diagramm, das einen Wärmepumpenkreislauf gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Diagramm, das einen Wärmepumpenkreislauf gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Diagramm, das einen Kühlkreislauf gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für die Anordnung von Wärmetauschern in einem Drei-Fluid-Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
9 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel für die Anordnung von Wärmetauschern in einem Drei-Fluid-Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
10 ist eine Perspektivansicht, die einen Drei-Fluid-Wärmetauscher gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
11 ist eine Explosionsansicht, die den Wärmetauscher von 10 darstellt.
12 ist eine entlang der Linie Y12-Y12 von 10 genommene Querschnittansicht.
13 ist eine schematische Perspektivansicht, die die Strömungen von Kältemittel und Kühlmittel in dem Wärmetauscher von 10 darstellt.
14 ist ein Diagramm, das die Zusammenfassung dieser Offenbarung bezüglich eines ersten Wärmetauschers und mehrere Wärmetauscher, die die Wärme eines Kühlerkreises abstrahlen, darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Mehrere Ausführungsformen zum Ausführen dieser Offenbarung werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Abschnitte, die Gegenständen entsprechen, die in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben wurden, können durch die gleichen Bezugsnummern bezeichnet werden und ihre wiederholte Beschreibung kann in jeder Ausführungsform weggelassen werden. Wenn nur ein Teil der Struktur jeder Ausführungsform beschrieben wird, kann die andere Ausrührungsform, die früher beschrieben wurde, auf den anderen Teil der Struktur angewendet werden.
Abschnitte, für welche die Möglichkeit der Kombination insbesondere deutlich in jeder Ausführungsform beschrieben wurde, können miteinander kombiniert werden, und Ausführungsformen können teilweise miteinander kombiniert werden, wenn in der Kombination kein besonderes Problem auftritt, obwohl die Kombination nicht eindeutig beschrieben wird.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform dieser Offenbarung wird nachstehend unter Bezug auf 1 im Detail beschrieben. 1 ist ein Betriebsdiagramm eines Kühlkreises, der die erste Ausführungsform dieser Offenbarung darstellt. Wie in 1 gezeigt, ist ein Wärmeaustauschsystem 100 eine Vorrichtung, die auf ein Fahrzeug montiert ist, das zum Beispiel einen Fahrmotor als eine Fahrantriebsquelle umfasst, wie etwa ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridfahrzeug (HV), oder ein Steckdosenhybridfahrzeug (PHV). Dieses Gerät kühlt eine Vorrichtung (wie etwa einen (nicht gezeigten) Inverter, einen Motorgenerator 1 und ähnliche) und erlaubt einen Kühlbetrieb in einem Kältekreislauf 2 eines Klimatisierungskreislaufs.
Der Kältekreislauf 2 bildet hauptsächlich einen Kühlkreis durch einen Kompressor 3, einen Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 mit einem Strahler (Kondensator) und einem Verdampfer 17. Hier nachstehend wird auf diesen Kreis als ein erster Fluidkreis 1R Bezug genommen. In diesem ersten Fluidkreis 1R durchläuft ein aus dem Kompressor 3 strömendes Kältemittel den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 und eine Kühldrossel 20, um Luft in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs an dem Verdampfer 17 zu kühlen.
Indessen umfasst ein Kühlerkreis für den Motorgenerator (MG) 1: einen Weg, entlang, dem ein Kühlmittel von dem Motorgenerator 1, der eine Wärmequelle ist, durch eine Pumpe 7, ein Durchflusssteuerventil 8, die eine Durchgangsumschalteinheit ist, und einen zweiten Wärmetauscher 5B, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist, strömt; und einen Weg, entlang dem ein Kühlmittel von dem Motorgenerator 1, der eine Wärmequelle ist, durch die Pumpe 7 und einen Niedertemperaturwärmetauscher 9 (auch als ein dritter Wärmetauscher 5C bezeichnet) strömt. Hier nachstehend wird auf diesen Kreis auch als ein zweiter Fluidkreis 2R Bezug genommen.
Die Wärme eines Kühlmittels für einen Verbrennungsmotor (E/G) wird von einem Motorstrahler 10 (auch als ein Wärmetauscher für einen Verbrennungsmotor oder ein vierter Wärmetauscher 5D bezeichnet) abgestrahlt. Das Kühlmittel für einen Verbrennungsmotor strömt in einen Motorkühlerkreis 12. Ein Gebläse 11 erlaubt Luft, welche die jeweiligen Wärmetauscher 5A, 5B, 5C und 5D kühlt, in 1 von links nach rechts zu strömen.
In dem Kreis von 1 strömt die Luft zum Kühlen in Bezug auf den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 und andere Wärmetauscher nacheinander, und das Kühlmittel für den Motorgenerator 1, das ein inneres Fluid ist, strömt parallel. Der Motorkühlerkreis 12, in dem ein Kühlmittel (LLC) für den Motorstrahler 10 strömt, ist in 1 teilweise gezeigt.
Ferner ist in dieser Ausführungsform der erste Wärmetauscher 5A, der ein Kondensator des Kältekreislaufes 2 ist, in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 vorhanden. Der zweite Wärmetauscher 5B, der ein Teil eines Kühlerkreises für den Motorgenerator 1 ist, der einer wärmeemittierenden Vorrichtung entspricht, ist ebenfalls in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 vorhanden. Außerdem umfasst der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 den dritten Wärmetauscher 5C auf der windabgewandten Seite, der Wärme des Kühlerkreises für den Motorgenerator 1 abstrahlt. Das heißt, die mehreren Wärmetauscher 5B, 5C, welche die Wärme des Kühlerkreises für den Motorgenerator 1 abstrahlen, sind in einer Blasrichtung des Gebläses 11 hintereinander angeordnet und sind getrennt zwischen dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 und dem Niedertemperaturwärmetauscher 5C angeordnet. Der Niedertemperaturwärmetauscher (dritter Wärmetauscher) 5C ist im Gegensatz zu einem Hochtemperaturwärmetauscher, welcher der Motorstrahler 10 ist, benannt.
Die Wärmetauscher 5B, 5C sind Niedertemperaturwärmetauscher, die das Kühlmittel mit erhöhter Temperatur, das durch den Motorgenerator 1 strömt, kühlen, und sind zum Beispiel hinter einem Kühlergrill bereitgestellt, der auf der Vorderseite in einem Motorraum angeordnet ist. Folglich wird die Luftströmung für den Wärmeaustausch, die durch den durch die Fahrt des Fahrzeugs und das Gebläse 11 bewirkten Staudruck erzeugt wird, an die Wärmetauscher 5A, 5B, die in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet sind, den dritten Wärmetauscher 5C, der auf der windabgewandten Seite angeordnet ist, und den Motorstrahler 10 geliefert.
Die Luftströmung kühlt das Kühlmittel (auch als LLC bezeichnet) im Inneren des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4. Da die Luftströmung folglich während des Austauschs von Wärme in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 Wärme von dem Kühlmittel aufnimmt, wird die Temperatur der Luftströmung durch die aufgenommene Wärmemenge erhöht.
Es gibt einen Fall, in dem ein Kühlerkreis des zweiten Fluidkreises 2R ungefähr die doppelte Wärmemenge der Wärmemenge, die zu einer normalen Zeit abgestrahlt wird, abstrahlen muss, wenn die abgestrahlte Wärme maximal ist. Wenn die Menge der abgestrahlten Wärme maximal ist, kann die von einem Fahrzeug benötigte Strahlungsmenge nicht vollständig erreicht werden. Jedoch kann der Wärmetauscher 5A des Klimaanlagenkreislaufs (Kondensator 5A, der als eine Außeneinheit einer Fahrzeugklimaanlage dient) in diesem Fall Wärme abstrahlen.
Der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 ist ein kombinierter Wärmetauscher, der den Wärmetauscher 5A, der einem Kondensator entspricht, der als eine Außeneinheit der Fahrzeugklimaanlage wirkt, und den Wärmetauscher 5B umfasst. Die Wärmetauscher 5A, 5B sind durch Außenrippen, die einen Teil eines Kerns bilden, thermisch und mechanisch miteinander verbunden. Indessen wird der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4, der aus dem kombinierten Wärmetauscher aufgebaut ist, idealerweise mit einem zweireihigen Kern hergestellt.
Wenn eine Wärmeabstrahlungsanforderung eines Wärmestrahlungskreises für die wärmeemittierende Vorrichtung (Motorgenerator 1) klein ist, kann die gesamte Wärmeabstrahlungsanforderung durch den unabhängigen Niedertemperaturwärmetauscher 5C erfüllt werden. Wenn die Wärmeabstrahlungsanforderung klein ist, kann ein Wärmestrahlungskreis für den Kondensator 5A, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist, ausreichend Wärme in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 abstrahlen. Folglich wird die Leistung des Kondensators 5A verbessert, so dass zum Beispiel Luft in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs schnell gekühlt wird.
In einer Situation, in der die Wärmestrahlungsanforderung des Kühlerkreises 2R für den Motorgenerator 1 hier maximal ist, kann das Wärmeaustauschsystem gesteuert werden, um durch die Niedertemperaturwärmetauscher 5B, 5C Wärme abzustrahlen und um den Rest der Wärme durch den Kondensator 5A abzustrahlen, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist. In diesem Fall verschlechtert sich die Leistung des Kondensators 5A. Da jedoch die Häufigkeit dieser Situation gering ist, besteht kein Problem.
Da die Wärme des zweiten Fluidkreises 2R folglich von dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 (einschließlich den Wärmetauschern 5A und 5B) abgestrahlt werden kann, ist es auch möglich, einen Fall zu bewältigen, in dem die maximale Wärmeabstrahlungsanforderung vorhanden ist, und die Größe der Niedertemperaturwärmetauscher 5B, 5C kann klein gehalten werden.
Die Steuerung kann durch das Durchflusssteuerventil (Durchsatzsteuerventil) 8 durchgeführt werden, das EIN/AUS-Ventile umfasst, die an einer Fluideinlassöffnung des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 angeordnet sind. Das Durchflusssteuerventil 8 wird von einer Steuervorrichtung 14 gesteuert. Indessen ist ein Draht zwischen dem Durchflusssteuerventil 8 und der Steuervorrichtung 14 nicht gezeigt. Wenn zum Beispiel eine Temperatur, die von einem Temperatursensor 26, der an einem Einlass des Motorgenerators 1 angeordnet ist, abgetastet wird, eine vorgegebene Temperatur erreicht, wird das Durchflusssteuerventil 8, das an dem Einlass des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 angeordnet ist, geöffnet. Zu dieser Zeit kann die Drehzahl der Pumpe 7 gesteuert werden.
Die Ergebnisse des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 werden nachstehend zusammen mit den ersten und zweiten Vergleichsbeispielen unter Bezug auf 2 beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, ist der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 ein kombinierter Wärmetauscher, der den Wärmetauscher 5A, der einem Kondensator entspricht, der als eine Außeneinheit der Fahrzeugklimaanlage wirkt, und den Wärmetauscher 5B umfasst. Indessen umfasst ein erstes Vergleichsbeispiel den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 nicht und die Wärme von anderen Vorrichtungen als einem Verbrennungsmotor wird nur durch einen Kühlergrill (Strahler) abgestrahlt, der aus einem Niedertemperaturwärmetauscher (Wärmetauscher 5C) aufgebaut ist.
In dem Fall des ersten Vergleichsbeispiels, wie in 2(a) gezeigt, sollte der Kühler, der aus dem Niedertemperaturwärmetauscher aufgebaut ist, sowohl die Wärmemenge Q1, die eine hohe Auftrittshäufigkeit hat, als auch die Wärmemenge Q2, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, abstrahlen. Die Wärmemenge Q1, die eine hohe Auftrittshäufigkeit hat, ist die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll und während einer normalen Fahrt notwendig ist. Ferner ist die Wärmemenge Q2, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll und entspricht der Wärme, die von einem Inverter während einer Bergauffahrt erzeugt wird, oder Wärme, die von einem Turbolader während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird.
Um sowohl die Wärmemenge Q1, die eine hohe Auftrittshäufigkeit hat, als auch die Wärmemenge Q2, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, von einem einzigen Niedertemperaturwärmetauscher (Kühler) abzustrahlen, muss die Wärmeabstrahlungskapazität des Wärmetauschers zunehmen. Jedoch ist es in dem Fall des ersten Vergleichsbeispiels unvermeidlich, dass die Maximaltemperatur eines Heizmediums an dem Einlass des Niedertemperaturwärmetauschers ansteigt, da der Niedertemperaturwärmetauscher sowohl für die Wärmemenge Q1, die eine hohe Auftrittshäufigkeit hat, als auch die Wärmemenge Q2, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, sorgt.
Wenn ferner die Maximaltemperatur des Heizmediums an dem Einlass des Niedertemperaturwärmetauschers steigt, nimmt die physikalische Größe des Kühlers, wie als ein Bild in 2(a) gezeigt, zu. Wenn hier die physikalische Größe des Kühlers durch Vr1 bezeichnet wird und die physikalische Größe des Wärmetauschers 5A, der einem Kondensator entspricht, durch Vc bezeichnet ist, ist die physikalische Gesamtgröße V1 gleich Vr1 + Vc.
Im Gegensatz dazu sorgt der Niedertemperaturwärmetauscher 5C gemäß der ersten Ausführungsform für die Wärmemenge Q1, die eine hohe Auftrittshäufigkeit hat, und der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 sorgt für die Wärmemenge Q2, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat. Als ein Ergebnis sorgt der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 für die Wärmemenge Q2, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, und sorgt nicht für die Wärmemenge Q1, die eine hohe Auftrittshäufigkeit hat.
Da der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 in der ersten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, nicht für die Wärmemenge Q1, die eine hohe Auftrittshäufigkeit hat, sorgt, kann die Temperatur des Dreifluid-Wärmetauschers 4 derart unterdrückt werden, dass sie relativ niedrig ist, selbst wenn notwendig ist, dass die Wärme von anderen Vorrichtungen als einem Verbrennungsmotor maximal abgestrahlt wird. Wenn ferner die Wärmemenge, die von dem Wärmetauscher 5A des Klimaanlagenkreislaufs (der Kondensator 5A, der als eine Außeneinheit der Fahrzeugklimaanlage dient) abgestrahlt wird, an einem Tag mitten im Sommer das Maximum wird (selbst wenn die notwendige Leistung des Kondensators äußerst hoch wird), kann für die Wärmemenge Q2, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, ausreichend gesorgt werden, da es eine Zeitdifferenz für das Abstrahlen von Wärme gibt.
Wenn der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 in der ersten Ausführungsform indessen nicht für die Wärmemenge Q2, die abgestrahlt werden soll, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, sorgt, versteht sich von selbst, dass der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 die gesamte Kapazität als der Kondensator 5A, der als eine Außeneinheit der Fahrzeugklimaanlage dient, zeigen kann.
In der ersten Ausführungsform ist, wie in einem Bild in 2(b) gezeigt, die physikalische Größe Kr2 des Niedertemperaturwärmetauschers kleiner als die vorstehend erwähnte physikalische Größe Vr1. Indessen ist die physikalische Größe Vc2 des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4, wie in 2(b) gezeigt, größer als die physikalische Größe Vc des Kondensators von 2(a). De gesamte physikalische Größe V2 ist durch Vc2 + Vr2 bezeichnet.
Wenn ferner die gesamten physikalischen Größen miteinander verglichen werden, ist „V1 > V2” erfüllt, und die physikalische Gesamtgröße kann klein gehalten werden. Folglich kann ein platzsparendes Wärmeaustauschsystem bereitgestellt werden. Der Grund dafür ist, dass der Niedertemperaturwärmetauscher in der ersten Ausführungsform Wärme mit einer hohen Temperatur bis zu der Grenzkapazität abstrahlt und der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 für die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll, die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, das heißt, die Wärmemenge, welche die Kapazität übersteigt, sorgt.
Wenn in einer vorgegebenen Betriebszeitspanne ein Vergleich vorgenommen wird, strahlt der in 2(b) gezeigte Niedertemperaturwärmetauscher der ersten Ausführungsform Wärme lange Zeit mit einer hohen Temperatur nahe an der Grenze ab. Im Gegensatz dazu ist die Auftrittshäufigkeit der Abstrahlung von Wärme mit einer hohen Temperatur nahe der Grenze in dem in 2(a) gezeigten ersten Vergleichsbeispiel niedrig. Wenn folglich die physikalischen Gesamtgrößen miteinander verglichen werden, ist „V1 > V2” erfüllt, und die physikalische Gesamtgröße in der ersten Ausführungsform kann kleiner gehalten werden als die in dem ersten Vergleichsbeispiel.
Im Übrigen ist erstens das Konzept des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4, die effektiven Wärmeübertragungsflächen der Außenrippen in Bezug auf ein erstes Fluid und ein zweites Fluid variabel zu machen, wenn eine Differenz zwischen der Temperatur einer Wandoberfläche eines Rohrs, in dem das erste Fluid strömt, und der Temperatur einer Wandoberfläche eines Rohrs, in dem das zweite Fluid strömt, vorhanden ist. Zweitens ist es das Konzept des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4, die Wärmeabstrahlungsleistung eines Fluids mit höherer Temperatur zu verbessern, indem die effektive Wärmeabstrahlungsfläche des Fluids mit höherer Temperatur vergrößert wird, wenn die Temperatur des einen Fluids der ersten und zweiten Fluide niedriger ist.
Wenn der Drei-Fluid-Wärmetauscher derart gefertigt ist, dass er auch für die Abstrahlung der Wärme von anderen Vorrichtungen als einem Verbrennungsmotor sorgt, wird, wie in 2(c) gezeigt, durch lediglich Vergrößern der physikalischen Größe des Drei-Fluid-Wärmetauschers die effektive Wärmeübertragungsoberfläche des ersten Fluids weiter als notwendig verringert, wenn die Temperatur des zweiten Fluids steigt. Da sich ferner die Leistung eines Kondensators, der als eine Außeneinheit der Fahrzeugklimaanlage dient, verschlechtert, sollte die physikalische Größe V3 des Drei-Fluid-Wärmetauschers vergrößert werden (V3 > V2).
Da der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4, wie vorstehend beschrieben, auch für die Abstrahlung von Wärme in einer Situation, in der die Wärmemenge, die von anderen Vorrichtungen als einem Verbrennungsmotor abgestrahlt werden soll, sehr groß ist, sorgt, kann der Niedertemperaturwärmetauscher 5C die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll, ohne die Vergrößerung der physikalischen Größe des Niedertemperaturwärmetauschers 5C bewältigen. Folglich kann der Raumwirkungsgrad verbessert werden. Außerdem kann die physikalische Größe des Niedertemperaturwärmetauschers 5C klein gehalten werden, indem der Raumwirkungsgrad verbessert wird.
Die physikalische Größe des Niedertemperaturwärmetauschers 5C und die physikalische Größe des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 stehen in keiner Austauschbeziehung, das heißt, die Zunahme der physikalischen Größe des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 entspricht nicht dem Kleinhalten der physikalischen Größe des Niedertemperaturwärmetauschers 5C. Eine notwendige Wärmeabstrahlungsfunktion kann durch die Zunahme der physikalischen Größe des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 sein, die kleiner als die Zunahme in der physikalischen Größe des Niedertemperaturwärmetauschers 5C ist.
Der Grund dafür ist wie folgt: Da der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 für die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll, sorgt, die nicht vollständig abgestrahlt werden kann und die eine niedrige Auftrittshäufigkeit hat, wird, wie vorstehend beschrieben, nachdem von dem Niedertemperaturwärmetauscher 5C die Wärme bis zu der Grenze abgestrahlt wurde, die Temperatur des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 niedrig gehalten. Als ein Ergebnis kann ein Teil der Wärme von anderen Vorrichtungen als einem Verbrennungsmotor abgestrahlt werden, während die Leistung als ein Kondensator der Fahrzeugklimaanlage aufrecht erhalten wird, selbst wenn die Zunahme der physikalischen Größe klein gehalten wird. Ferner spielt eine Differenz zwischen einer Wärmeabstrahlungszeit, wenn das Herunterkühlen unmittelbar, nachdem eine Person in ein Fahrzeug einsteigt, durchgeführt wird, und die Wärmemenge, die von dem Kondensator des Fahrzeugs abgestrahlt werden soll, eine Spitze wird, und einer Wärmeabstrahlungszeit, zu der eine Wärmeabstrahlungsanforderung von anderen Vorrichtungen als einem Verbrennungsmotor maximal wird (während des Bergauffahrens oder des Fahrens mit hoher Geschwindigkeit) eine Rolle.
(Modifikation der ersten Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform sind die Rohre des Kondensators 5A und die Rohre des Wärmetauschers 5B abwechselnd angeordnet, so dass sie von der Luftströmung im Wesentlichen gleichmäßig gekühlt werden. Da der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 jedoch mit einem zweireihigen Kern hergestellt ist, kann eine Beziehung zwischen dem Wärmetauscher 5B, der ein Teil der Niedertemperaturwärmetauscher ist, die in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet sind, und dem Kondensator 5A frei konstruiert werden. Zum Beispiel kann der Wärmetauscher 5B auf der strömungsauwärtigen Seite in der Luftströmung angeordnet sein, und der Kondensator 5A kann auf der strömungsabwärtigen Seite in der Luftströmung angeordnet sein. Im Gegensatz dazu kann der Kondensator 5A natürlich auf der strömungsaufwärtigen Seite in der Luftströmung angeordnet sein, und der Wärmetauscher 5B kann auf der strömungsabwärtigen Seite in der Luftströmung angeordnet sein.
Ferner kann das Durchflusssteuerventil 8 von einem Signal elektrisch gesteuert werden, das von der Steuervorrichtung 14 durch einen (nicht gezeigten) Draht elektrisch übertragen wird, kann aber wie ein Thermostat selbstgesteuert sein. Außerdem können anstelle des Motorgenerators, der als eine Niedertemperaturwärmequelle dient, Wärmequellen, wie etwa ein Inverter, der eine Motorsteuerung bildet, die den Betrieb eines Fahrmotors steuert, eine Abgasrückführungsvorrichtung (EGR), ein Zwischenkühler, eine Servolenkung und eine Batterie angewendet werden. Da ein Kühlmittel außerdem in vorgegebenen Bereichen innerhalb dieser Vorrichtung strömen kann, werden die Temperaturen der Vorrichtungen während des Betriebs der Vorrichtungen durch das strömende Kühlmittel auf eine Temperatur eingestellt (gekühlt), die kleiner oder gleich einer vorgegebenen Steuertemperatur ist.
Wenngleich sie wohlbekannte Gegenstände enthalten, werden als nächstes andere Strukturen einer Fahrzeugklimaanlage, die aus einem Klimatisierungskreislauf aufgebaut ist, weiter beschrieben. In 1 sind ein Heizungskern 16 und ein Verdampfer 17, die von einem Kühlmittel durchlaufen werden, in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs (im Inneren einer Instrumententafel) als Komponenten einer Inneneinheit 18 angeordnet, und der Kompressor 3, der Motorgenerator 1 und ähnliche sind in dem Motorraum bereitgestellt, in dem der Fahrmotor des Fahrzeugs aufgenommen ist.
Der Kompressor 3 ist eine elektrische Fluidvorrichtung, die von einem (nicht gezeigten) Elektromotor angetrieben wird, ein Kältemittel mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck komprimiert und das Kältemittel ausstößt, und ist geeignet, fähig zu sein, die Kältemittelmenge, die ausgestoßen werden soll, gemäß einer Betriebsdrehzahl einzustellen. Der Betrieb des Kompressors 3 und die Kältemittelmenge, die von dem Kompressor 3 ausgestoßen werden soll, werden von der Steuervorrichtung 14 gesteuert.
Das Gebläse 11 erlaubt dem Luftstrom (Luft) für den Wärmeaustausch zu den Wärmetauschern 5A, 5B, 5C und dem Motorstrahler 10 in einer Richtung eines Pfeils Y1 zu strömen. Die Kühldrossel 20 ist eine Druckverringerungseinheit, umfasst eine Drossel mit einer vorgegebenen Öffnung und ist geeignet, den Druck eines Kältemittels, das aus dem Wärmetauscher 5A strömt, zu verringern.
Der Verdampfer 17 ist geeignet, die Klimatisierungsluft durch Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel, dessen Druck durch die Kühldrossel 20 verringert wurde, und der Klimatisierungsluft, die in einem Klimaanlagengehäuse 18a strömt, zu kühlen. Der Verdampfer 17 ist in dem Klimaanlagengehäuse 18a bereitgestellt, um alle Strömungsdurchgänge zu kreuzen. Der Verdampfer 17 ist in dem Klimaanlagengehäuse 18a auf der strömungsaufwärtigen Seite des Heizungskerns 16 in der Richtung des Klimatisierungsluftstroms bereitgestellt.
Die Inneneinheit 18 ist eine Einheit, die die Temperatur der Klimatisierungsluft auf eine Solltemperatur einstellt, die von einem Insassen festgelegt wird, und die Klimatisierungsluft in den Fahrgastraum des Fahrzeugs bläst. Die Inneneinheit 18 umfasst ein Gebläse 21, den Verdampfer 17, den Heizungskern 16, eine Luftmischklappe 22 und ähnliches, die in dem Klimaanlagengehäuse 18a bereitgestellt sind. Die Bezugsnummer 23 bezeichnet eine Innen-/Außenluftumschaltklappe, und die Innen-/Außenluftumschaltklappe schaltet die Einleitung der Außenluft und die Einleitung der Innenluft (Luft, die in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs vorhanden ist) um.
Das Gebläse 21 ist eine Gebläseeinheit, die aus verschiedenen Auslässen, die auf der am weitesten strömungsabwärtig gelegenen Seite von innerhalb oder außerhalb des Fahrgastraums des Fahrzeugs Klimatisierungsluft in das Klimaanlagengehäuse 18a saugt. Die Betriebsdrehzahl de Gebläses 21, das heißt, ein Luftdurchsatz wird von der Steuervorrichtung 14 gesteuert. Der Heizungskern 16 und der Verdampfer 17, die vorstehend beschrieben wurden, sind auf der strömungsabwärtigen Seite des Gebläses 21 in der Richtung des Klimatisierungsluftstroms bereitgestellt. Ferner ist zwischen dem Heizungskern 16 und dem Klimaanlagenkern 18a ein Umleitungsströmungsdurchgang 25 ausgebildet, der das Kältemittel derart strömen lässt, dass es den Heizungskern 16 umgeht.
Die Luftmischklappe 22 ist ein Einstellteil zum Einstellen des Durchsatzes der Klimatisierungsluft durch den Heizungskern 16, der Wärme erzeugt, und des Umleitungsluftdurchgangs 25 durch ein Motorkühlmittel. Die Luftmischklappe 22 ist ein Klimatisierungsluftströmungsteil für den Heizungskern 16 oder eine Drehklappe, die den Umleitungsluftdurchgang 25 öffnet oder schließt. Ein Verhältnis des Durchsatzes der geheizten Luft, die in dem Heizungskern 16 strömt, zu dem Durchsatz der gekühlten Luft, die von dem Verdampfer 17 gekühlt wird und durch den Umleitungsluftdurchgang 25 strömt, wird gemäß der Öffnung der Luftmischklappe 22 eingestellt, so dass die Temperatur der Klimatisierungsluft, die auf der strömungsabwärtigen Seite des Heizungskerns 16 vorhanden ist, eingestellt wird. Die Öffnung der Luftmischklappe 22 wird von der Steuervorrichtung 14 gesteuert.
Ein strömungsabwärtiger Abschnitt (oberer Abschnitt in 1) des Heizungskerns 16 der Inneneinheit 18 ist mit mehreren (nicht gezeigten) Auslässen des Fahrgastraums des Fahrzeugs verbunden, und die Klimatisierungsluft, deren Temperatur durch die Luftmischklappe 18 eingestellt wurde, wird aus ausgewählten Auslässen in den Fahrgastraum des Fahrzeugs geblasen.
Die Steuervorrichtung 14 ist eine Steuerung, die einen Mikrocomputer und dessen periphere Schaltungen umfasst. Die Steuervorrichtung 14 führt gemäß einem vorher festgelegten Programm eine arithmetische Operation durch. Ferner werden verschiedene Temperatursignale, die von dem Temperatursensor 26, einem (nicht gezeigten) Außenlufttemperatursensor und ähnlichen gesendet werden, ein Solltemperatursignal oder ähnliches, das von einem Insassen festgelegt wird und von einem (nicht gezeigten) Bedienfeld gesendet wird, und ähnliches in die Steuervorrichtung 14 eingegeben.
Außerdem steuert die Steuervorrichtung 14 den Betrieb der Pumpe 7, das Öffnen und Schließen des Durchflusssteuerventils 8, den Betrieb des Kompressors 3, die Menge des Kältemittels, das von dem Kompressor 3 ausgestoßen werden soll, die Betriebe und die Durchsätze der Gebläse 11 und 21, die Öffnung der Luftmischklappe 22 und ähnliches auf der Basis des Ergebnisses der arithmetischen Operation.
Die Steuervorrichtung 14 betreibt die Pumpe 7 in dem zweiten Fluidkreis (Kühlerkreis) 2R. In diesem Fall zirkuliert das in dem Kühlerkreis 2R vorhandene Kühlmittel durch den Motorgenerator 1, die Pumpe 7 und dem Wärmetauscher 5C oder durch den Motorgenerator 1, die Pumpe 7, das Durchflusssteuerventil 8 und den Wärmetauscher 5B in dieser Reihenfolge. Wärme, die durch den Betrieb des Motorgenerators 1 erzeugt wird, wird an das Kühlmittel abgestrahlt, so dass der Motorgenerator 1 gekühlt wird.
Ferner nimmt das Kühlmittel von dem Motorgenerator 1 Wärme auf, und die Temperatur des Kühlmittels steigt. Wenn folglich die von dem Temperatursensor 26 erfasste Temperatur des Kühlmittels größer oder gleich einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur (eine vorgegebene Kühlmediumtemperatur) wird, öffnet die Steuervorrichtung 14 durch das Durchflusssteuerventil 8 die Seite, die dem Wärmetauscher 5B entspricht. In diesem Fall strömt das Kühlmittel in dem Wärmetauscher 5B und wird auch von dem Kondensator 5A gekühlt, der den Strahler bildet, der zu dem Wärmetauscher 5B benachbart oder mit ihm integral ist.
(Kühlbetrieb)
In dem Klimatisierungskreislauf 2 zirkuliert das von dem Kompressor 3 ausgestoßene Kältemittel, wie durch einen Pfeil von 1 gezeigt, in dieser Reihenfolge durch den Kondensator 5A, die Kühldrossel 20, den Verdampfer 17 und den Kompressor 3. Da der Heizungskern 16 von der Luftmischklappe 22 geschlossen ist und die in der Inneneinheit 18 vorhandene Klimatisierungsluft den Heizungskern 16 nicht durchläuft, strahlt das Motorkühlmittel kaum Wärme an die Klimatisierungsluft in dem Heizungskern 16 ab.
Nachdem ferner das Kältemittel, das gekühlt ist und aus dem Wärmetauscher 5A (Kondensator) strömt, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist, durch die Kühldrossel 20 auf einen niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur gebracht wird, strömt das Kältemittel in den Verdampfer 17. Die in der Inneneinheit 18 vorhandene Klimatisierungsluft wird in gekühlte Luft geändert, indem sie in dem Verdampfer 17 durch das Kältemittel gekühlt wird, und wird durch den Umleitungsströmungsdurchgang 25 aus den Auslässen in den Fahrgastraum des Fahrzeugs geblasen. Die Steuervorrichtung 14 steuert die Menge des Kältemittels, die von dem Kompressor 3 ausgestoßen werden soll, die Öffnung der Luftmischklappe 22 und ähnliche, so dass die Temperatur der Klimatisierungsluft, die geblasen werden soll, die von einem Insassen festgelegte Solltemperatur wird.
(Ergebnisse der ersten Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform umfasst das Wärmeaustauschsystem den Wärmetauscher 5A und den zweiten Fluidkreis (Kühlerkreis) 2R. Der Wärmetauscher 5A dient als ein Strahler, der in dem ersten Fluidkreis 1R angeordnet ist, der den Kältekreislauf 2 bildet. Das Kühlmittel für den Motorgenerator 1, der als eine wärmeemittierende Vorrichtung dient, strömt in den zweiten Fluidkreis (Kühlerkreis) 2R. Die Wärmeabstrahlung des Kühlmittels des Kühlerkreises 2R wird durch die mehreren Niedertemperaturwärmetauscher 5B, 5C, die auf der windwärtigen Seite und der windabgewandten Seite in der Strömungsrichtung von Luft, die durch das Gebläse 11 strömen gelassen wird, angeordnet sind, getrennt durchgeführt
Der zweite Wärmetauscher 5B, der einer der mehreren Wärmetauscher 5B, 5C ist, strahlt selbst Wärme ab und strahlt auch durch den Kondensator 5A, der einem Strahler des Kältekreislaufs 2 entspricht, Wärme ab. Ferner kann eine Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität des Kühlerkreises für den Motorgenerator 1 eine Anforderung für die Wärmeabstrahlungskapazität zu der normalen Zeit beträchtlich übersteigen, aber deren Auftrittshäufigkeit ist niedrig. Folglich kann die Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität, welche die Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität zur normalen Zeit übersteigt, unter Verwendung einer Wärmeabstrahlungsfunktion des Kondensators (erster Wärmetauscher) 5A des Kältekreislaufs 2 befriedigt werden. Daher können die Größen der Niedertemperaturwärmetauscher 5B, 5C, die für die Wärmeabstrahlung des Kühlerkreises 2R erforderlich sind, verkleinert werden.
Mit anderen Worten umfasst der Strahler 5A einen Klimatisierungswärmetauscher (Kondensator), der einen Teil des ersten Fluidkreises 1R bildet, der die Klimatisierung in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs durchführt. Ferner umfasst der zweite Fluidkreis 2R einen Kühlerkreis für den Motorgenerator 1 oder ähnliches, der als eine andere wärmeemittierende Vorrichtung als ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs dient. Hier ist eine Situation, in der die Wärmemenge, die von einem Kühlerkreis, der den zweiten Fluidkreis 2R für den Motorgenerator 1 bildet, abgestrahlt wird, maximal wird. Da der Klimatisierungswärmetauscher 5A verwendet wird, um in der Situation, in der die von dem Kühlerkreis abgestrahlte Wärmemenge maximal wird, Wärme abzustrahlen, kann daher die Wärme des Kühlerkreises, der den zweiten Fluidkreis 2R für den Motorgenerator 1 bildet, durch einen kleinen Wärmetauscher abgestrahlt werden.
Außerdem ist wenigstens der erste Wärmetauscher 5A, der mehreren Wärmetauscher 5A und 5B, der den Strahler bildet, auf der windwärtigen Seite angeordnet. Ferner ist der zweite Wärmetauscher 5B, der die Wärme des Kühlerkreises im Wesentlichen an der gleichen Position wie der Position des ersten Wärmetauschers 5A in der Strömungsrichtung von Luft, die den ersten Wärmetauscher 5A durchläuft, abstrahlt, benachbart zu oder integral mit dem Strahler, das heißt, dem ersten Wärmetauscher 5A, angeordnet.
Ferner ist der dritte Wärmetauscher (Niedertemperaturwärmetauscher) 5C, in dem wenigstens in einem Teil von ihm das gleiche Kühlmittel wie das in dem zweiten Wärmetauscher 5B strömende Kühlmittel strömt und der die Wärme des Kühlerkreises 2R abstrahlt, auf der windabgewandten Seite angeordnet. Außerdem sind die mehreren Wärmetauscher, die den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 bilden, aus dem ersten Wärmetauscher 5A und dem zweiten Wärmetauscher 5B aufgebaut.
Da der erste Wärmetauscher 5A, der den Strahler bildet, dementsprechend auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, strahlt der erste Wärmetauscher 5A zuerst Wärme ab. Folglich kann Wärme von dem dritten Wärmetauscher 5C, der die Wärme des Kühlerkreises an die Luft abstrahlt, deren Temperatur aufgrund der von dem ersten Wärmetauscher 5A abgestrahlten Wärme gestiegen ist, abgestrahlt werden. Ferner sind die mehreren Wärmetauscher 5A und 5B aus dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 aufgebaut, der unter Verwendung eines Teils des Kerns Wärme untereinander austauscht. Dementsprechend können die mehreren Wärmetauscher (erste und zweite Wärmetauscher 5A und 5B) als der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 integriert werden, um kompakt zu sein.
Außerdem sind wenigstens die zweiten und dritten Wärmetauscher 5B, 5C in einer Weise angeordnet, dass das Kühlmittel, das als inneres Fluid dieser Wärmetauscher dient, parallel zueinander strömt. Folglich ist ein Druckabfall des gesamten Kühlerkreises klein, und der Durchsatz des Kühlmittels in den Wärmetauschern kann erhöht werden.
Außerdem umfasst das Wärmeaustauschsystem das Durchflusssteuerventil 8, das den Durchsatz des Kühlmittels in dem zweiten Wärmetauscher 5B einstellt. Wenn der Temperatursensor 26 ferner befindet, dass die Temperatur des Kühlmittels eine Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur erreicht, wird das Durchflusssteuerventil 8 geöffnet und Wärme wird nicht nur in dem dritten Wärmetauscher 5C, sondern auch in dem zweiten Wärmetauscher 5B abgestrahlt.
Folglich wird, nur wenn notwendig, Wärme auch in dem zweiten Wärmetauscher 5B abgestrahlt, so dass die Leistung des Kühlerkreises verbessert wird. Eine Wahrscheinlichkeit, dass der zweite Wärmetauscher 5B Wärme abstrahlt, wird verringert. Folglich wird die Wärmeabstrahlung von dem ersten Wärmetauscher 5A, der die Wärme des Kühlerkreises im Wesentlichen an der gleichen Position wie der Position des zweiten Wärmetauschers 5B in der Luftströmungsrichtung abstrahlt, gut, so dass die von dem Verdampfer 17 durchgeführte Kühlungsleistung verbessert wird.
Ferner wird der Betrieb des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 (Wärmetauscher 5A und 5B) durch den Betrieb des Wärmetauschers 5A, der zur Zeit des Kühlens als ein Kondensator arbeitet, und den Betrieb des Wärmetauschers 5B erreicht. Da in diesem Fall die von dem Wärmetauscher 5B abgestrahlte Wärmemenge kleiner wird, wird die Leistung des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 als der Kondensator 5A höher, so ist die Energiesparwirkung des Kompressors 3 groß.
Außerdem ist insbesondere eine Wärmeerzeugungssituation einer elektronischen Vorrichtung im Fahrzeug (zum Beispiel ein Inverter oder ein Elektromotor) sehr begrenzt, und die in der Wärmeerzeugungssituation erzeugte Wärmemenge ist ziemlich großen, wenngleich nicht so groß wie des Verbrennungsmotors. Wenn man diese Gegebenheit betrachtet, kann der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 die maximale Leistung aufweisen, indem er an dem Strahler Wärme abstrahlt, der aus dem Wärmetauscher 5C aufgebaut ist, der auf der windabgewandten Seite in der Luftströmungsrichtung angeordnet ist, wenn die abgestrahlte Wärmemenge klein ist.
Wenn indessen der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 auch für die Wärmeabstrahlung in einer Wärmeerzeugungssituation sorgt, in der die erzeugte Wärmemenge groß ist, kann der Niedertemperaturwärmetauscher 5C die Wärmemenge, die abgestrahlt werden soll, ohne die Zunahme in der physikalischen Größe des Niedertemperaturwärmetauschers 5C bewältigen. Folglich kann der Raumwirkungsgrad verbessert werden, so dass die Raumeinsparung mit der Energieeinsparung kompatibel sein kann. In diesem Fall ist der Grund, warum der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, zu verhindern, dass der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 durch Wärme beeinflusst wird, die von dem Wärmetauscher 5C abgestrahlt wird.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform dieser Offenbarung unter Bezug auf 3 beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen sind die gleichen Elemente wie die der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen und andere Strukturen und Merkmale werden beschrieben. Ferner bezeichnen die gleichen Bezugszahlen wie die Bezugszahlen der ersten Ausführungsform die gleichen Strukturen in der zweiten Ausführungsform und anderen Ausführungsformen, und die vorhergehende Beschreibung wird auf die gleichen Strukturen angewendet. 3 unterscheidet sich von 1 darin, dass der zweite Wärmetauscher 5B und der dritte Wärmetauscher 5C in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind und das Kühlmittel für den Motorgenerator M6 in 1 parallel strömt und in 3 der Reihe nach strömt.
3 ist ein Betriebsdiagramm eines Kühlkreises, der eine zweite Ausführungsform dieser Offenbarung darstellt. In 3 bildet ein Kältekreis 2 einen Kühlkreis durch einen Kompressor 3, einen Wärmetauscher 5A, der einem Kondensator entspricht, eine Kühldrossel 20 und einen Verdampfer 17. Dieser Kühlkreis bildet einen ersten Fluidkreis 1R. Ein zweiter Fluidkreis 2R bildet durch eine Wärmequelle 1, eine Pumpe 7, einen Wärmetauscher 5C und einen Wärmetauscher 5B einen Kühlerkreis. Die Wärmetauscher 5B, 5C stehen in einer Beziehung, in der Luft der Reihe nach strömt und das innere Fluid ebenfalls der Reihe nach strömt. Die Wärmetauscher 5A und 5B bilden zusammen einen Drei-Fluid-Wärmetauscher 4. Die Wärmetauscher 5A und 5B sind an den Außenrippen miteinander verbunden und übertragen Wärme untereinander. Die Wärmetauscher 5A und 5B sind idealerweise mit einem zweireihigen Kern hergestellt.
Wenigstens der erste Wärmetauscher 5A aus den mehreren Wärmetauschern 5A und 5B, der einem Strahler (Kondensator) entspricht, ist in der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform auf der windwärtigen Seite angeordnet. Der zweite Wärmetauscher 5B, der die Wärme des Kühlerkreises im Wesentlichen an der gleichen Position wie der Position des ersten Wärmetauschers 5A in der Strömungsrichtung von Luft, die den ersten Wärmetauscher 5A durchläuft, abstrahlt, ist benachbart zu oder integral mit dem Strahler angeordnet. Der dritte Wärmetauscher 5C, in dem das gleiche Kühlmittel wie das in dem zweiten Wärmetauscher 5B strömt und der die Wärme des Motorgenerators 1, der als eine Wärmequelle dient, abstrahlt, ist auf der windabgewandten Seite angeordnet.
Da der erste Wärmetauscher 5A, der dem Strahler entspricht, demensprechend auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, strahlt der erste Wärmetauscher 5A zuerst Wärme ab. Folglich kann von dem dritten Wärmetauscher 5C, der die Wärme des Kühlerkreises 2R an die Luft abstrahlt, deren Temperatur aufgrund der von dem ersten Wärmetauscher 5A abgestrahlten Wärme erhöht wurde, Wärme abgestrahlt werden. Indessen können die Wärmetauscher 5A und 5B stimmig integriert werden, so dass eine Beziehung, in der einer der Wärmetauscher 5A und 5B auf der windwärtigen Seite angeordnet ist und der andere auf der windabgewandten Seite angeordnet ist, nicht erfüllt wird.
Mehrere Wärmetauscher oder erste und zweite Wärmetauscher 5A und 5B können als der Drei-Fluid-Wärmetauscher integriert werden, um kompakt zu sein. Ferner strömt das Kühlmittel der zweiten und dritten Wärmetauscher 5B, 5C, das als inneres Fluid dieser Wärmetauscher dient, der Reihe nach. Da die Abstrahlung der Wärme des zweiten Fluidkreises 2R, der einen Kühlerkreis bildet, folglich durch die Fluidströmungen, die einander in der Luftströmungsrichtung als eine Gegenströmung gegenüber liegen, durchgeführt werden kann, kann eine große Wärmestrahlungswirkung erwartet werden.
Was außerdem die Strömung des inneren Fluids, das in den zweiten und dritten Wärmetauschern 5B, 5C der Reihe nach strömt, anbetrifft, entspricht der dritte Wärmetauscher 5C der strömungsaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des inneren Fluids und der zweite Wärmetauscher 5B entspricht der strömungsabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des inneren Fluids. Da folglich das innere Fluid, dessen Wärme von dem dritten Wärmetauscher 5C abgestrahlt wird und dessen Temperatur verringert wurde, in den zweiten Wärmetauscher 5B strömt, wird die Temperatur des zweiten Wärmetauschers 5B verringert. Daher kann die Wärmeabführungsleistung des ersten Wärmetauschers 5A, der die Wärme des ersten Fluidkreises im Wesentlichen an der gleichen Position wie der Position des zweiten Wärmetauschers 5B in der Strömungsrichtung der Luft abstrahlt, entsprechend der Temperaturverringerung verbessert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform dieser Offenbarung unter Bezug auf 4 beschrieben. Merkmale, die sich von denen der vorstehend erwähnten Ausführungsformen unterscheiden, werden beschrieben. 4 unterscheidet sich von 1 darin, dass ein Flüssigkeitskühlkondensator 30 und eine Salzlösungspumpe 30a zwischen einem Kompressor 3 und einem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet sind, um einen Kreis als einem unabhängigen Kühlmittel (das in dieser Offenbarung als Salzlösung bezeichnet wird), das die Wärmeübertragung weitergibt, auszubilden. Während in dem Fall von 1 ein Kühlmittel (LLC) und ein Kältemittel als Fluid verwendet werden, das in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 strömt, kann das in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 strömende Fluid in dem Fall von 4 durch ein Kühlmittel (LLC) vereinheitlicht werden. Folglich werden die Konstruktion und Fertigung (einschließlich Prüfung) des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 vereinfacht. Das heißt, verschiedene Gegenmaßnahmen gegen Druck oder Korrosion sind für das Kältemittel und das Kühlmittel erforderlich, aber die Fertigung und ähnliches werden vereinfacht, wenn das gleiche Kühlmittel wie die inneren Fluide des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 verwendet werden.
4 ist ein Betriebsdiagramm eines Kühlkreises, der eine dritte Ausführungsform dieser Offenbarung darstellt. Ein Kältekreislauf unter Verwendung des Flüssigkeitskühlkondensators 30 ist in 4 bereitgestellt. Der Kältekreislauf bildet einen Kühlkreis durch einen Kompressor 3, einen Flüssigkeitskältemitteltauscher, der den Flüssigkeitskühlkondensator 30 bildet, eine Kühldrossel 20 und einen Verdampfer 17. Ferner wird ein zweiter Fluidkreis (Kühlerkreis) 2R durch einen Motorgenerator 1, der als eine Wärmequelle dient, eine Pumpe 7, ein Durchflusssteuerventil 8 und einen Wärmetauscher 5B gebildet.
Außerdem bildet der zweite Fluidkreis 2R ebenso einen Kühlerkreis durch die Wärmequelle 1, die Pumpe 7 und einen Wärmetauscher 5C. Die Wärmetauscher 5B, 5C des zweiten Fluidkreises 2R stehen in einer Beziehung, in der Luft der Reihe nach strömt, und LLCs, die als innere Fluide dienen, strömen parallel. Jedoch kann das innere Fluid der Reihe nach strömen.
Die Wärmetauscher 5A und 5B bilden zusammen den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4. Die Wärmetauscher 5A und 5B sind an Außenrippen miteinander verbunden. Ferner sind die Wärmetauscher 5A und 5B vorzugsweise mit einem zweireihigen Kern hergestellt.
Wenigstens der erste Wärmetauscher 5A der mehreren Wärmetauscher 5A und 5B, der einen Strahler bildet, ist in der dritten Ausführungsform auf der windwärtigen Seite, wie vorstehend beschrieben, angeordnet. Außerdem ist der zweite Wärmetauscher 5B, der die Wärme des Kühlerkreises im Wesentlichen an der gleichen Position wie der Position des ersten Wärmetauschers 5A in der Strömungsrichtung von Luft, die den ersten Wärmetauscher 5A durchläuft, abstrahlt, benachbart zu oder integral mit dem Strahler angeordnet. Außerdem ist ein dritter Wärmetauscher 5C, in dem wenigstens in einem Teil davon das gleiche Kühlmittel wie das in dem zweiten Wärmetauscher 5B strömende Kühlmittel strömt und der die Wärme des Kühlerkreises abstrahlt, auf der windabgewandten Seite angeordnet.
Da der erste Wärmetauscher 5A, der den Strahler bildet, dementsprechend auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, strahlt der erste Wärmetauscher 5A zuerst Wärme ab. Folglich kann Wärme von dem dritten Wärmetauscher 5C, der die Wärme des Kühlerkreises an die Luft abstrahlt, deren Temperatur aufgrund der von dem ersten Wärmetauscher 5A abgestrahlten Wärme erhöht wurde, abgestrahlt werden.
Als nächstes wird ein Kältemittel, das von dem Kompressor 3 komprimiert wurde, von dem Flüssigkeitskühlkondensator 30 gekühlt, und der erste Wärmetauscher 5A, der als der Strahler dient, der die Wärme der in dem Flüssigkeitskühlkondensator 30 strömenden Salzlösung abstrahlt, wird bereitgestellt. Dadurch, dass man folglich nicht nur einen Kältekreislauf, der einen Luftkühlkondensator verwendet, sondern auch den Kältekreislauf 2, der den Flüssigkeitskühlkondensator verwendet, hat, kann eine Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität, die eine Anforderung der Wärmeabstrahlungskapazität zu einer normalen Zeit beträchtlich übersteigt, unter Verwendung einer Wärmeabstrahlungsfunktion des Strahlers (erster Wärmetauscher 5A) des Kältemittelkreislaufs 2 erfüllt werden. Daher können die Größen der Wärmetauscher 5B, 5C, die nur die Wärme des Kühlerkreises 2R abstrahlen, verkleinert werden.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform dieser Offenbarung beschrieben. Merkmale, die sich von denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unterscheiden, werden beschrieben. 5 ist ein Betriebsdiagramm eines Wärmepumpenkreislaufs, der eine vierte Ausführungsform dieser Offenbarung darstellt. In 5 bildet ein erster Fluidkreis 1R eines Kältekreislaufs 2 einen Wärmepumpenkreislauf.
Ein zweiter Fluidkreis 2R bildet einen Kühlerkreis durch eine Wärmequelle 1, eine Pumpe 7, ein Durchflusssteuerventil 8 und einen Wärmetauscher 5B. Ferner wird der Kühlerkreis auch durch die Wärmequelle 1, die Pumpe 7 und einen Wärmetauscher 5C ausgebildet. Die Wärmetauscher 5B, 5C stehen in einer Beziehung, in der Luft der Reihe nach strömt, und innere Fluide parallel strömen. Indessen können die inneren Fluide der Wärmetauscher 5B, 5C wie in einem Typ III von 14, der nachstehend beschrieben werden soll, der Reihe nach strömen.
Die Wärmetauscher 5A und 5B bilden zusammen einen Drei-Fluid-Wärmetauscher 4. Die Wärmetauscher 5A und 5B sind an Außenrippen miteinander verbunden. Ferner sind die Wärmetauscher 5A und 5B idealerweise mit einem zweireihigen Kern hergestellt.
Andere Strukturen werden nachstehend beschrieben. Ein Außenwärmetauscher des Wärmepumpenkreislaufs ist aus dem Wärmetauscher 5A aufgebaut, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist, und eine Steuervorrichtung 14 ist bereitgestellt. Eine Einheit, welche die Klimatisierung (einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb) in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs durch einen Innenstrahler 16a und einen Verdampfer 17, die eine Wärmepumpeneinheit bilden, ausführt, ist als eine Inneneinheit 18 bereitgestellt.
Als nächstes ist der Wärmepumpenkreislauf ein thermischer Kreislauf, der das Heizen oder Kühlen in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs durchführt. Der Wärmepumpenkreislauf umfasst neben einem Kompressor 3, dem Innenstrahler 16a, einem elektrischen Expansionsventil 31, einem ersten Wärmetauscher 5A, der als ein Außenwärmetauscher dient, und einem Akkumulator 32 eine Kühldrossel 20 und den Verdampfer 17, die auf einem Zweigdurchgang bereitgestellt sind, der von einem Dreiwegeventil 33 verzweigt und sich in eine Richtung eines Pfeils Y41 erstreckt.
Unter den jeweiligen Vorrichtungen, die den Wärmepumpenkreislauf bilden, sind der Innenstrahler 16a und der Verdampfer 17 als Komponenten der Inneneinheit 18 in einem Klimaanlagengehäuse 18a bereitgestellt, das in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs (im Inneren einer Instrumententafel) angeordnet ist. Der Kompressor 3, die Wärmetauscher 5A, 5B, 5C und 5D, ein Gebläse 11, ein Motorgenerator 1 und ähnliche sind in einem Motorraum, in dem ein Fahrmotor des Fahrzeugs aufgenommen ist, bereitgestellt.
Der Kompressor 3 ist eine elektrische Fluidvorrichtung, die von einem (nicht gezeigten) Elektromotor angetrieben wird, die ein Kältemittel mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck komprimiert und das Kältemittel ausstößt, und die geeignet ist, fähig zu sein, die Menge des Kältemittels, das ausgestoßen wird, gemäß einer Betriebsdrehzahl einzustellen. Der Betrieb des Kompressors 3 und die Menge des Kältemittels, das von dem Kompressor 3 ausgestoßen werden soll, werden von der Steuervorrichtung 14 gesteuert.
Der Innenstrahler 16a ist ein Strahlungswärmetauscher, in dem ein Kältemitteldurchgang ausgebildet ist, und ist in dem Klimaanlagengehäuse 18a auf der strömungsabwärtigen Seite in der Richtung des Klimatisierungsluftstroms angeordnet. Das Kältemittel, das von dem Kompressor 3 ausgestoßen wird und eine hohe Temperatur und einen hohen Druck hat, strömt in den in dem Innenstrahler 16a ausgebildeten Kältemitteldurchgang, und der Innenstrahler 16a strahlt Wärme an die Klimatisierungsluft ab, die in dem Klimaanlagengehäuse 18a strömt und den Innenstrahler 16a durchläuft, und heizt die Klimatisierungsluft.
Das elektrische Expansionsventil 31 wirkt als eine Druckverringerungseinheit, die den Druck des aus dem Innenstrahler 16a strömenden Kältemittels durch Drosseln eines Kältemitteldurchgangs verringert. Ferner hat das elektrische Expansionsventil 31 auch eine Funktion zum Öffnen des Kältemitteldurchgangs und wird von der Steuervorrichtung 14 gesteuert.
Wie indessen wohlbekannt ist, können anstelle des elektrischen Expansionsventils 31 eine Heizdrossel und ein elektromagnetisches Ventil, das einen Verzweigungsdurchgang, der die Heizdrossel öffnet und schließt, bereitgestellt werden. Das elektromagnetische Ventil kann während eines Heizbetriebs geschlossen sein, so dass ein aus dem Innenstrahler 16a strömendes Kältemittel durch die Heizdrossel strömt, der Druckverringerung unterzogen wird, und in den ersten Wärmetauscher 5A, der den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 bildet, strömt. Außerdem kann das elektromagentische Ventil während eines Kühlbetriebs geöffnet werden, so dass ein aus dem Innenstrahler 16a strömendes Kältemittel in den Strahler 5A (erster Wärmetauscher), der einen Außenwärmetauscher bildet, strömt, ohne einer Druckverringerung ausgesetzt zu sein.
Der erste Wärmetauscher 5A, der als der Außenwärmetauscher dient, ist ein Wärmetauscher, der für den Wärmeaustausch Wärme zwischen dem Kältemittel, das aus dem elektrischen Expansionsventil 31 strömt, und Außenluft austauscht. Der erste Wärmetauscher 5A ist in einem Motorraum bereitgestellt, so dass er auf der strömungsaufwärtigen Seite des Wärmetauschers 5C und eines Motorstrahlers 5D in der Strömungsrichtung der Luft für den Wärmeaustausch angeordnet ist. Wenn ein Fahrzeug fährt, strömt der Fahrtwind von einem Kühlergrill in diese Wärmetauscher 5A, 5B, 5C und 5D.
Da das Kältemittel während des Heizbetriebs dazu gebracht wird, dass es einen niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur hat, wenn das Kältemittel aus dem elektrischen Expansionsventil 31 strömt, das die Heizdrossel bildet, wirkt der erste Wärmetauscher 5A als ein Wärmetauscher für die Wärmeaufnahme (Wärmeabsorber), der für den Wärmeaustausch Wärme aus der Luft aufnimmt. Da das Kältemittel ferner einen hohen Druck und eine hohe Temperatur hat, ohne dass es der Druckverringerung unterzogen wird, wenn das Kältemittel aus dem elektrischen Expansionsventil 31 strömt, das den Strömungsdurchgang während des Kühlbetriebs öffnet, wirkt der erste Wärmetauscher 5A als ein Strahler, der das Kältemittel durch die Luft für den Wärmeaustausch kühlt.
Der Wärmetauscher 5C, der Motorstrahler 5D und das Gebläse 11 zum Liefern der Luft für den Wärmeaustausch sind auf der Rückseite des ersten Wärmetauschers 5A in einer Längsrichtung des Fahrzeugs bereitgestellt. Die Drehzahl eines Ventilators des Gebläses 11 wird von der Steuervorrichtung 14 erhöht oder verringert, so dass der Durchsatz der Luft für den Wärmeaustausch eingestellt wird. Indessen kann das Gebläse 11 eine Einschubluftzuführungseinheit sein, die auf der Vorderseite des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 in der Längsrichtung des Fahrzeugs bereitgestellt ist und von der Vorderseite des Fahrzeugs Luft für den Wärmeaustausch an die Rückseite des Fahrzeugs bereitstellt.
Ein Strömungsdurchgang, der wie das Dreiwegeventil 33 und der Akkumulator 32 mit dem Kompressor 3 verbunden ist, ist auf einer Auslassseite des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 bereitgestellt. Das Dreiwegeventil 33 kann auf einen Fall geschaltet werden, in dem das Dreiwegeventil 33 die Seite, die dem Zweigdurchgang entspricht, durch ein darin bereitgestelltes Ventil schließt, so dass ein Kältemittel, wie durch den Pfeil Y41 gezeigt, durch die Kühldrossel (Druckverringerungsventil) 20 strömt, und einen Fall, in dem das Dreiwegeventil 33 die Seite, die dem Zweigdurchgang entspricht, öffnet und die Seite, die der Kühldrossel 20 entspricht, schließt, so dass ein Kältemittel, wie durch einen Pfeil Y42 gezeigt, durch den Zweigdurchgang (Akkumulator 32) strömt. Das Dreiwegeventil 33 bildet zusammen mit dem elektrischen Expansionsventil 31 eine Kühl-/Heizumschalteinheit.
Das Öffnen und Schließen des Ventils, das in dem Dreiwegeventil 33 bereitgestellt ist, werden durch die Steuervorrichtung 14 gesteuert. Die Kühldrossel 20 ist eine Druckverringerungseinheit und umfasst eine Drossel mit einer vorgegebenen Öffnung und ist geeignet, den Druck des aus dem in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 bereitgestellten ersten Wärmetauscher 5A strömenden Kältemittels durch das Dreiwegeventil 33 zu verringern.
Der Verdampfer 17 ist ein Wärmetauscher, der auf der strömungsabwärtigen Seite der Kühldrossel 20 bereitgestellt ist und ist geeignet, Klimatisierungsluft durch Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel, dessen Druck durch die Kühldrossel 20 verringert wurde, und der Klimatisierungsluft, die in dem Klimaanlagengehäuse 18a strömt, zu kühlen. Der Verdampfer 17 ist in dem Klimaanlagengehäuse 18a bereitgestellt, um alle Strömungsdurchgänge zu kreuzen. Der Verdampfer 17 ist in dem Klimaanlagengehäuse 18a auf der strömungsaufwärtigen Seite des Innenstrahlers 16a in der Richtung der Klimatisierungsluftströmung bereitgestellt.
Der Akkumulator 32 ist eine Gas-Flüssigkeitsabscheideeinheit. Der Akkumulator 32 empfängt das Kältemittel, das durch das Dreiwegeventil 33 aus dem ersten Wärmetauscher 5A strömt, oder das Kältemittel, das durch die Kühldrossel 20 aus dem Verdampfer 17 strömt, scheidet Gas und Flüssigkeit des Kältemittels ab, akkumuliert flüssiges Kältemittel und lässt zu, dass Gaskältemittel und eine kleine Menge von flüssigem Kältemittel (in das Öl gemischt ist), das nahe dem Boden vorhanden ist, in den Kompressor 3 gesaugt werden.
Die Inneneinheit 18 ist eine Einheit, die die Temperatur der Klimatisierungsluft auf eine Solltemperatur, die von einem Insassen festgelegt wird, einstellt, und bläst die Klimatisierungsluft in den Fahrgastraum des Fahrzeugs. Die Inneneinheit 18 umfasst ein Gebläse 21, den Verdampfer 17, den Innenstrahler 16a, eine Luftmischklappe 22 und ähnliche, die in dem Klimaanlagengehäuse 18a bereitgestellt sind.
Das Gebläse 21 ist eine Gebläseeinheit, die von innerhalb oder außerhalb des Fahrgastraums des Fahrzeugs Klimatisierungsluft in das Klimaanlagengehäuse 18a saugt und die Klimatisierungsluft aus verschiedenen Auslässen, die auf der am weitesten strömungsabwärtig gelegenen Seite positioniert sind, in den Fahrgastraum des Fahrzeugs bläst. Die Betriebsdrehzahl des Gebläses 21, das heißt, ein Luftdurchsatz, wird von der Steuervorrichtung 14 gesteuert. Der Verdampfer 17 und der Innenstrahler 16a, die vorstehend beschrieben wurden, sind auf der strömungsabwärtigen Seite des Gebläses 21 in der Strömungsrichtung des Klimatisierungsluftstroms bereitgestellt. Ferner ist ein Umleitungsdurchgang 25, der zulässt, dass die Klimatisierungsluft strömt, um den Innenstrahler 19a zu umgehen, zwischen dem Innenstrahler 16a und dem Klimaanlagengehäuse 18a ausgebildet.
Die Luftmischklappe 22 ist ein Einstellteil, der den Durchsatz der Klimatisierungsluft einstellt, die den Innenstrahler 16a und den Umleitungsströmungsdurchgang 25 durchläuft. Die Luftmischklappe 22 ist ein Klimatisierungsluftströmungsteil für den Innenstrahler 16a oder eine Drehklappe, die den Umleitungsdurchgang 25 öffnet und schließt. Ein Verhältnis des Durchsatzes geheizter Luft, die in den Innenstrahler 16a strömt, zu dem Durchsatz gekühlter Luft, die von dem Verdampfer 17 gekühlt wird und durch den Umleitungsgang 25 strömt, wird gemäß der Öffnung der Luftmischklappe 22 eingestellt, so dass die Temperatur der Klimatisierungsluft, die auf der strömungsabwärtigen Seite des Innenstrahlers 16a vorhanden ist, eingestellt wird.
Die Öffnung der Luftmischklappe 22 wird durch die Steuervorrichtung 14 gesteuert. Außerdem führt die Steuervorrichtung 14 einen Betrieb zum Kühlen der Vorrichtung 1 und einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs durch Steuern des Betriebs der Pumpe 7, des Öffnens und Schließens des Durchflusssteuerventils 8, des Betriebs des Kompressors 3, der Menge des Kältemittels, die von dem Kompressor 3 ausgestoßen werden soll, der Öffnung des elektrischen Expansionsventils 31, des Betriebs und des Luftdurchsatzes des Gebläses 11, des Öffnens und Schließens des in dem Dreiwegeventil 33 bereitgestellten Ventils, des Betriebs des Gebläses 21 der Öffnung der Luftmischklappe 22 und ähnlichem auf der Basis des Ergebnisses einer arithmetischen Operation durch.
(Kühlbetrieb in dem Kühlerkreis)
Als nächstes wird ein Betrieb basierend auf der vorstehend erwähnten Struktur beschrieben. Die Steuervorrichtung 14 betreibt die Pumpe 7 in dem Kühlerkreis, der den zweiten Fluidkreis 2R bildet. In diesem Fall zirkuliert das in dem zweiten Fluidkreis 2R vorhandene Kühlmittel in dieser Reihenfolge durch den Motorgenerator 1, die Pumpe 7 und den dritten Wärmetauscher 5C.
Ferner nimmt das Kühlmittel Wärme von dem Motorgenerator 1 auf und die Temperatur des Kühlmittels steigt. Wenn folglich die Temperatur des von dem Temperatursensor 26 erfassten Kühlmittels größer oder gleich einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur wird, öffnet die Steuervorrichtung 14 den Durchgang, der dem zweiten Wärmetauscher 5B entspricht, durch das Durchflusssteuerventil 8. In diesem Fall zirkuliert und strömt das Kühlmittel durch den zweiten Wärmetauscher 5B und das Kühlmittel wird auch von dem Strahler 5A gekühlt, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist.
(Betrieb des Wärmepumpenkreislaufs und der Inneneinheit)
Die Steuervorrichtung 14 öffnet das elektrische Expansionsventil 31, öffnet den Durchgang, der der Kühldrossel 20 entspricht, durch das Dreiwegeventil 33, schließt den Durchgang, der dem Akkumulator 32 entspricht, und betreibt den Kompressor 3 und das Gebläse 11 in einem Kühlkreislauf des Wärmepumpenkreislaufs. Ferner stellt die Steuervorrichtung 14 eine Öffnung durch Betreiben des Gebläses 21 in der Inneneinheit 18 ein, um den Innenstrahler 16a durch die Luftmischklappe 22 zu schließen (wie durch eine gestrichelte Linie in 5) gezeigt.
In dem Wärmepumpenkreislauf zirkuliert das von dem Kompressor 3 ausgestoßene Kältemittel, wie durch den Pfeil Y41 von 5 gezeigt, in dieser Reihenfolge durch den Innenstrahler 16a, das elektrische Expansionsventil 31, den ersten Wärmetauscher 5A, das Dreiwegeventil 33, die Kühldrossel 20, den Verdampfer 17, den Akkumulator 32 und den Kompressor 3.
Da der Innenstrahler 16a durch die Luftmischklappe 22 geschlossen ist, und die Klimatisierungsluft, die in der Inneneinheit 18 vorhanden ist, den Innenstrahler 16a nicht durchläuft, strahlt das Kältemittel kaum Wärme an die Klimatisierungsluft in dem Innenstrahler 16a ab und durchläuft den Innenstrahler 16a, wobei es eine hohe Temperatur und einen hohen Druck hat. Da ferner das elektrische Expansionsventil 31 geöffnet ist, strömt das Kältemittel, das aus dem Innenstrahler 16a strömt und eine hohe Temperatur und einen hohen Druck hat, in den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4, ohne der Druckverringerung an dem elektrischen Expansionsventil 31 ausgesetzt zu werden, und wird durch Abstrahlen von Wärme an die Luft für den Wärmeaustausch durch den ersten Wärmetauscher 5A gekühlt.
Nachdem außerdem durch die Kühldrossel 20 bewirkt wird, dass das Kältemittel, das gekühlt wird und aus dem ersten Wärmetauscher 5A strömt, einen niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur hat, strömt das Kältemittel in den Verdampfer 17. Die Klimatisierungsluft, die in der Inneneinheit 18 vorhanden ist, wird, indem sie von dem Kältemittel in dem Verdampfer 17 gekühlt wird, in gekühlte Luft verändert und wird durch den Umleitungsdurchgang 25 aus den Auslässen in den Fahrgastraum des Fahrzeugs geblasen. Die Steuervorrichtung 14 steuert die Menge des Kältemittels, das von dem Kompressor 3 ausgestoßen werden soll, die Öffnung der Luftmischklappe 22 und ähnliches, so dass die Temperatur der Klimatisierungsluft, die geblasen werden soll, eine von einem Insassen festgelegte Solltemperatur wird.
(Heizbetrieb)
Wie in 5 gezeigt, drosselt die Steuervorrichtung 14 einen in dem elektrischen Expansionsventil 31 ausgebildeten Strömungsdurchgang, öffnet die Seite, die dem Akkumulator 32 entspricht, durch das Dreiwegeventil 33, schließt die Seite, die der Kühldrossel 20 entspricht, und betreibt den Kompressor 3 und das Gebläse 11 in dem Wärmepumpenkreislauf. Ferner stellt die Steuervorrichtung 14 eine Öffnung durch Betreiben des Gebläses 21 in der Inneneinheit 18 ein, um den Umleitungsdurchgang 25 durch die Luftmischklappe 22 zu schließen (wie durch eine durchgezogene Linie von 5 gezeigt).
In einem Heizkreislauf zirkuliert das von dem Kompressor 3 ausgestoßene Kältemittel in dieser Reihenfolge, wie durch den Pfeil Y42 von 5 gezeigt, durch den Innenstrahler 16a, das elektrische Expansionsventil 31, den ersten Wärmetauscher 5A, der den Außenwärmetauscher bildet, und das Dreiwegeventil 33, den Akkumulator 32 und den Kompressor 3.
Da der Innenstrahler 16a durch die Luftmischklappe 22 geöffnet wird und die in der Inneneinheit 18 vorhandene Luft den Innenstrahler 16a durchläuft, wird die Klimatisierungsluft in geheizte Luft verändert, indem sie von dem Kältemittel geheizt wird, das in den Innenstrahler 16a strömt und eine hohe Temperatur und einen hohen Druck hat und aus den Auslässen in den Fahrgastraum des Fahrzeugs geblasen wird. Die Steuervorrichtung 14 steuert die Menge des Kältemittels, das von dem Kondensator 3 ausgestoßen wird, die Öffnung der Luftmischklappe 22 und ähnliche, so dass die Temperatur der Klimatisierungsluft, die geblasen werden soll, eine Solltemperatur wird, die von einem Insassen festgelegt wird.
Nachdem indessen durch eine Heizdrosselfunktion des elektrischen Expansionsventils 31 bewirkt wird, dass das Kältemittel, das aus dem Innenstrahler 16a strömt, einen niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur hat, strömt das Kältemittel in den ersten Wärmetauscher 5A und nimmt für den Wärmeaustausch Wärme aus der Luft auf. Das Kältemittel, das Wärme aus der Luft für den Wärmeaustausch aufgenommen hat, wird von dem Kompressor 3 erneut zu dem Innenstrahler 16a ausgestoßen, so dass die aufgenommene Wärme an die Klimatisierungsluft abgestrahlt wird. Da das Kältemittel während des Heizbetriebs ferner nicht in den Verdampfer 17 strömt, durchläuft die Klimatisierungsluft lediglich den Verdampfer 17, ohne einem Wärmeaustausch unterzogen zu werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Wärmepumpenkreislauf in der vierten Ausführungsform, der fähig ist, Luft in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu kühlen und zu heizen, mit dem Dreiwegeventil 33, das als eine Schalteinheit zum Umschalten des Heizkreislaufs und des Kühlkreislaufs dient, und dem elektrischen Expansionsventil 31 versehen. Der erste Wärmetauscher 5A, der den Strahler des Kühlkreislaufs bildet, arbeitet als ein Wärmeabsorber und führt die Wärmeaufnahme und die Heizung durch, wenn Kreislauf auf den Heizkreislauf geschaltet wird. Folglich können die Größen der zweiten und dritten Wärmetauscher 5B, 5C, die für die Wärmeabstrahlung des Kühlerkreises, der den zweiten Fluidkreis 2R bildet, erforderlich sind, selbst in dem Wärmeaustauschsystem, das das Heizen und Kühlen durch den Wärmepumpenkreislauf durchführt, verkleinert werden.
Außerdem arbeitet der erste Wärmetauscher 5A, der während des Kühlkreislaufs als ein Strahler arbeitet, als ein Wärmeabsorber, wenn ein Kreislauf auf den Heizkreislauf geschaltet wird. Wenn ferner der Heizkreislauf arbeitet, wird das Durchflusssteuerventil 8 geöffnet, so dass das Kühlmittel in den zweiten Wärmetauscher 5B strömt. Dementsprechend kann ein Heizbetrieb durchgeführt werden, während Abwärme, die von dem zweiten Wärmetauscher 5B abgestrahlt werden soll, von dem ersten Wärmetauscher 5A aufgenommen wird.
Indessen kann als eine Modifikation der vierten Ausführungsform der in der dritten Ausführungsform von 4 beschriebene Flüssigkeitskühlwärmetauscher zwischen dem elektrischen Expansionsventil 31 und dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet sein, um einen unabhängigen Kühlmittel-(Salzlösungs-)Kreis zu bilden. In diesem Fall kann der Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 wie in der dritten Ausführungsform als ein Wärmetauscher ausgebildet werden, in dem nur zwei andere Arten von Kühlmitteln außer Luft strömen.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform dieser Offenbarung beschrieben. Merkmale, die sich von den vorstehend erwähnten Ausführungsformen unterscheiden, werden beschrieben. 6 ist ein Betriebsdiagramm eines Wärmepumpenkreislaufs, der eine fünfte Ausführungsform dieser Offenbarung darstellt, und ein Kühlerkreis für einen Motorgenerator 1 ist mit einem Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB zum Entfrosten versehen.
In 6 ist ein Kältekreislauf 2 aus einem Wärmepumpenkreislauf aufgebaut, der Luft in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs kühlen und heizen kann, und umfasst eine Schalteinheit, die einen Heizkreislauf und einen Kühlkreislauf umschaltet. Ein erster Wärmetauscher 5A, der einen Strahler eines Kühlkreislaufs bildet, arbeitet als ein Wärmeabsorber, wenn ein Kreislauf auf den Heizkreislauf geschaltet wird. Entsprechend können die Größen der zweiten und dritten Wärmetauscher 5B, 5C, die für die Wärmeabstrahlung eines Kühlerkreises, der einen zweiten Fluidkreis 2R bildet, erforderlich sind, selbst in einem Wärmeaustauschsystem, das das Heizen und Kühlen durch den Wärmepumpenkreislauf durchführt, verkleinert werden.
Wenn ferner der Heizkreislauf arbeitet, wird das Steuerventil 8 geöffnet, so dass ein Kühlmittel in dem zweiten Wärmetauscher 5B strömt. Folglich kann der Heizbetrieb durchgeführt werden, während Abwärme, die von dem zweiten Wärmetauscher 5B abgestrahlt wird, von dem ersten Wärmetauscher 5A aufgenommen wird.
Außerdem ist der Kühlerkreis mit einem Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB, der wenigstens den zweiten Wärmetauscher 5B umgeht, und einem Durchgangsumschaltventil 34, das als eine Durchgangsumschalteinheit zum Umschalten der Strömung des Kühlmittels auf den Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB dient, und den Niedertemperaturwärmetauschern 5B, 5C versehen. Ferner wird das Kühlmittel, das den Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB durchlaufen hat, während des Entfrostens des ersten Wärmetauschers 5A, der als ein Wärmeabsorber dient, in den zweiten Wärmetauscher 5B strömen gelassen. Da das Kühlmittel dementsprechend zu dem zweiten Wärmetauscher 5B strömen gelassen wird, wenn das Entfrosten durchgeführt wird, kann Frost, der an dem Wärmeabsorber haftet, der aus dem ersten Wärmetauscher 5A aufgebaut ist, der benachbart zu oder integral mit dem zweiten Wärmetauscher 5B angeordnet ist, schnell entfernt werden.
Wenn indessen kein Entfrosten durchgeführt wird, lässt das Durchgangsumschaltventil 34, das die Durchgangsumschalteinheit bildet, zu, dass das Kühlmittel Wärme speichert, indem das Kühlmittel durch den Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB strömt. Wenn das Entfrosten durchgeführt wird, stoppt das Durchgangsumschaltventil 34 die Strömung von Kühlmittel in den Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB und lässt das Kühlmittel, das Wärme gespeichert hat, in den zweiten Wärmetauscher 5B strömen. Folglich kann zugelassen werden, dass das Kühlmittel, das Wärme gespeichert hat, sofort zu dem zweiten Wärmetauscher 5B strömt. Wenn folglich das Entfrosten durchgeführt wird, kann das Entfrosten des Wärmeabsorbers (erster Wärmetauscher 5a) der benachbart zu oder integral mit dem zweiten Wärmetauscher 5B angeordnet ist, durch das Kühlmittel, das Wärme in dem Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB gespeichert hat, durchgeführt werden.
(Kühlbetrieb im Kühlerkreislauf)
Als nächstes wird ein Betrieb der fünften Ausführungsform basierend auf der vorstehend erwähnten Struktur detaillierter beschrieben. Die Steuervorrichtung 14 öffnet durch das Durchgangsumschaltventil 34 die Seite, die dem Wärmespeicherumleitungsdurchang 2RB entspricht, schließt die Seiten, die den Wärmetauschern 5B, 5C entsprechen, und betreibt die Pumpe 7 in dem Kühlerkreis, der den zweiten Fluidkreis (Kühlerkreis) 2R bildet. In diesem Fall zirkuliert das in dem Kühlerkreis 2R vorhandene Kühlmittel in dieser Reihenfolge durch die Pumpe 7, das Durchgangsumschaltventil 34, den Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB, den Motorgenerator 1 und die Pumpe 7. Wärme, die mit dem Betrieb des Motorgenerators 1 erzeugt wird, wird an das Kühlmittel abgestrahlt, so dass der Motorgenerator 1 gekühlt wird.
Ferner nimmt das Kühlmittel Wärme aus dem Motorgenerator 1 auf, und die Temperatur des Kühlmittels steigt. Wenn folglich die von dem Temperatursensor 26 erfasste Temperatur des Kühlmittels größer oder gleich einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur (die eine vorgegebene Kühlmediumtemperatur ist und zum Beispiel 65°C ist) wird, öffnet die Steuervorrichtung 14 durch das Durchgangsumschaltventil 34 die Seiten, die den Niedertemperaturwärmetauschern 5B, 5C entsprechen, schließt die Seite, die dem Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB entspricht, und betreibt das Gebläse 11.
In diesem Fall strömt das Kühlmittel durch die Niedertemperaturwärmetauscher 5B, 5C und zirkuliert in dem Kühlerkreis 2R, und das Kühlmittel wird von den Niedertemperaturwärmetauschern 5B, 5C gekühlt. Wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger als die vorgegebene Kühlmitteltemperatur ist, öffnet die Steuervorrichtung 14 durch das Durchgangsumschaltventil 34 die Seite, die dem Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB entspricht, und schließt die Seiten, die den Niedertemperaturwärmetauschern 5B, 5C entsprechen, wieder. Der Motorgenerator 1 wird durch die Wiederholung dieses Betriebs auf eine Temperatur eingestellt (gekühlt), die kleiner oder gleich einer vorgegebenen Steuertemperatur ist.
Indessen ist das Durchflusssteuerventil 8 anfänglich geschlossen, um die Wärme des Motorgenerators 1 nur an dem Wärmetauscher 5C abzustrahlen. Wenn die Wärme durch diese Wärmeabstrahlung nicht hinreichend abgestrahlt werden kann, wird das Durchflusssteuerventil 8 geöffnet und Wärme kann an dem Wärmetauscher 5B, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist, abgestrahlt werden. Da der Kühlbetrieb und der Heizbetreib der Betriebe des Wärmepumpenkreislaufs und der Inneneinheit die gleichen wie die der vierten Ausführungsform von 5 sind, wird deren Beschreibung weggelassen und ein Entfrostungsbetrieb wird beschrieben.
(Entfrostungsbetrieb)
Während des Heizbetriebs erlaubt der erste Wärmetauscher 5A, der als der Außenwärmetauscher dient, dem Kältemittel, Wärme aus der Luft für den Wärmeaustausch aufzunehmen. Folglich wird die Temperatur der Luft für den Wärmeaustausch gesenkt. Wenn ferner die Temperatur der Außenluft wie im Winter niedrig ist und die Temperatur der Luft für den Wärmeaustausch niedriger als der Taupunkt von in der Luft für den Wärmeaustausch enthaltenem Dampf wird, wird Dampf zu kondensiertem Wasser. Wenn außerdem die Temperatur der Luft für den Wärmeaustausch auf eine Temperatur kleiner oder gleich 0°C gesenkt ist, friert kondensiertes Wasser, wird zu Frost und haftet an der Oberfläche des ersten Wärmetauschers 5A (Drei-Fluid-Wärmetauscher 4).
Wenn Frost an der Oberfläche des ersten Wärmetauschers 5A haftet, nimmt der Luftströmungswiderstand des gesamten Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 zu und der Wärmewiderstand nimmt zu. Folglich verschlechtert sich die Wärmeaustauschleistung des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 und schließlich verschlechtert sich die Heizleistung des Innenstrahlers 16a. Der Entfrostungsbetrieb wird als ein Betrieb zum Entfernen des Frosts durch Schmelzen des Frosts festgelegt.
Zur Zeit des Entfrostungsbetriebs öffnet die Steuervorrichtung 14 durch das Durchgangsumschaltventil 34 zuerst die Seite, die dem Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB entspricht, schließt die Seiten, die den Niedertemperaturwärmetauschern 5B, 5C entsprechen, und betreibt die Pumpe 7 in dem Kühlerkreis 2R. Da in diesem Fall das in dem Kühlerkreis 2R vorhandene Kühlmittel den Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB durchläuft und zirkuliert, wird das Kühlmittel nicht durch die Wärme beeinflusst, die von dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 und dem Niedertemperaturwärmetauscher 5C abgestrahlt wird. Folglich wird die von dem Motorgenerator 1 erzeugte Wärme ausreichend in dem Kühlmittel gespeichert.
Wenn ferner während des Heizbetriebs das Entfrosten durchgeführt wird, öffnet die Steuervorrichtung 14 durch das Durchgangsumschaltventil 34 die Seiten, die dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 und dem Wärmetauscher 5C (Niedertemperaturwärmetauscher 9) entsprechen, schließt die Seite, die dem Wärmeumleitungsdurchgang 2RB entspricht, und betreibt ferner das Gebläse 11. In diesem Fall strömt das in dem Kühlerkreis 2R vorhandene Kühlmittel durch den Wärmetauscher 5B, der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnet ist, und zirkuliert, und die in dem Kühlmittel gespeicherte Wärme wird an den Wärmetauscher 5A (Wärmeabsorber) geliefert, der benachbart zu oder integral mit dem zweiten Wärmetauscher 5A angeordnet ist. Als ein Ergebnis wird das Entfrosten durchgeführt. Indessen kann statt des Durchflusssteuerventils 8 ein Dreiwegeventil oder ähnliches bereitgestellt werden, so dass das Kühlmittel mit der gespeicherten Wärme zu der Zeit des Entfrostens nicht in den Wärmetauscher 5C strömt.
Wenn zum Beispiel, wie in 6 gezeigt, die Temperatur der Luft für den Wärmeaustausch, die noch nicht in den Wärmetauscher 5B strömt, mit T1 bezeichnet wird, steigt die Temperatur der Luft für den Wärmeaustausch, die den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 einschließlich des Wärmetauschers 5B durchlaufen hat (Temperatur, die von dem Temperatursensor erfasst wurde) durch Heizen, das von dem Kühlmittel, das Wärme gespeichert hat, durchgeführt wird, auf T2.
Zu dieser Zeit steuert die Steuervorrichtung 14 den Luftdurchsatz des Gebläses 11, so dass die Temperatur T2 der Luft für den Wärmeaustausch größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur wird, die für das Entfrosten des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 erforderlich ist. Da eine Temperatur größer oder gleich 0°C als die Temperatur T2 der Luft für den Wärmeaustausch, die Frost schmilzt, benötigt wird, ist die vorgegebene Lufttemperatur hier auf 0°C festgelegt.
Die von dem Kühlmittel abgegebene Wärmemenge ist proportional zu dem Produkt des Volumens der Luft für den Wärmeaustausch und der Temperaturdifferenz (Temperatur T2 – Temperatur T1). Wenn folglich zum Beispiel die Temperatur T2 der Luft für den Wärmeaustausch niedriger als eine vorgegebene Lufttemperatur ist, stellt die Steuervorrichtung 14 eine Temperatur, die größer oder gleich einer vorgegebenen Lufttemperatur ist, als die Temperatur T2 der Luft für den Wärmeaustausch durch Verringern des Luftvolumens des Gebläses 11 sicher.
Ferner strömt die Luft für den Wärmeaustausch, die auf die Temperatur T2 aufgeheizt wurde, in den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4, so dass das Entfrosten des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 durchgeführt werden kann. Zu dieser Zeit können die Betriebsbedingungen des Heizbetriebs, wie sie in dem Wärmepumpenkreislauf sind, aufrecht erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Kühlmittel in der fünften Ausführungsform in dem Entfrostungsbetrieb vor dem Entfrosten durch das Durchgangsumschaltventil 34 in den Wärmespeicherumleitungsdurchgang 2RB strömen gelassen, so dass die von dem Motorgenerator 1 erzeugte Wärme in dem Kühlmittel gespeichert wird. Folglich kann die Wärme, die für das Entfrosten des Drei-Fluid-Wärmetauschers 4 erforderlich ist, erzeugt werden.
Wenn das Entfrosten durchgeführt wird, wird ferner das Kühlmittel, das Wärme gespeichert hat, durch das Durchgangsumschaltventil 34 wenigstens in den Wärmetauscher 5B strömen gelassen, und das Gebläse 11 wird betrieben. Folglich wird die Wärme des Kühlmittels von dem Wärmetauscher 5B an den gesamten Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 übertragen wird ferner an die Luft für den Wärmeaustausch übertragen und kann die Temperatur der Luft für den Wärmeaustausch erhöhen. Außerdem kann zugelassen werden, dass die Luft für den Wärmeaustausch, deren Temperatur gestiegen ist, zu dem Wärmetauscher 5C, der als der Niedertemperaturwärmetauscher 9 dient, der auf der strömungsabwärtigen Seite positioniert ist, und den Wärmetauscher 5D, der den Motorstrahler 10 bildet, strömt.
Da die Wärme, die vorher in dem Kühlmittel gespeichert wird, zu dieser Zeit durch die Luft für den Wärmeaustausch auf den Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angewendet werden kann, kann unmittelbar das wirksame Entfrosten durchgeführt werden. Ferner muss in der verwandten Technik das Gebläse 11 gestoppt werden und der in dem Wärmepumpenkreislauf angeordnete Kompressor 3 muss während eines Entfrostungsbetriebs mit heißem Gas betrieben werden.
Jedoch setzt das Gebläse 11 in der fünften Ausführungsform während des Entfrostens den Betrieb fort, und der in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher 4 angeordnete erste Wärmetauscher 4 arbeitet wie in dem Heizbetrieb weiter als ein Wärmeabsorber. Folglich kann in dem Wärmepumpenkreislauf das Entfrosten durchgeführt werden, während ein ursprünglicher Heizbetriebszustand aufrecht erhalten wird. Da der Kompressor 3 zum Entfrosten ferner nicht betrieben werden braucht, wird keine zusätzliche Leistung für den Kompressor 3 benötigt. Indessen können in der fünften Ausführungsform von 6 innere Fluide der Wärmetauscher 5B, 5C wie in einem Typ IV von 14, der später beschrieben werden soll, der Reihe nach strömen.
(Sechste Ausführungsform)
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform dieser Offenbarung beschrieben. Merkmale, die sich von denen der vorstehend erwähnten Ausführungsformen unterscheiden, werden beschrieben. In der sechsten Ausführungsform ist ein dritter Wärmetauscher 5C von 7 mit einem Motorstrahler 10 (vierter Wärmetauscher 5D) integriert, der die Wärme eines Kühlmittels eines Verbrennungsmotors 40 abstrahlt. Das Volumen, das von dem dritten Wärmetauscher 5C und dem Motorstrahler 10 in dem gesamten Raum eines Wärmetauschers belegt wird, kann durch die Integration verkleinert werden.
7 ist ein Betriebsdiagramm eines Kühlkreislaufs, das eine sechste Ausführungsform dieser Offenbarung darstellt. In 7 bildet ein Kältekreislauf durch einen Kompressor 3, einen ersten Wärmetauscher 5A, der einen Kondensator bildet, einen Verdampfer 17 und ähnliche einen Kühlkreislauf. Ein erster Fluidkreis 2R bildet durch eine Wärmequelle 1, eine Pumpe 7, einen Wärmetauscher 5C, der einen Niedertemperaturwärmetauscher 9 bildet, und einen Wärmetauscher 5B einen Kühlerkreislauf.
Die Wärmetauscher 5B, 5C stehen in einer Beziehung, in der Luft der Reihe nach strömt, und innere Fluide der Reihe nach strömen. Die Wärmetauscher 5A und 5B bilden zusammen einen Drei-Fluid-Wärmetauscher 4. Die Wärmetauscher 5A und 5B sind durch Außenrippen miteinander verbunden. Ferner sind die Wärmetauscher 5A und 5B idealerweise mit einem zweireihigen Kern hergestellt.
Der dritte Wärmetauscher 5C ist mit einem Motorstrahler 10 integriert, der als ein vierter Wärmetauscher 5D des Kühlerkreises für den Verbrennungsmotor 40 dient. Folglich ist der dritte Wärmetauscher 5C mit dem vierten Wärmetauscher 5D integriert, der aus dem Motorstrahler 10 aufgebaut ist, so dass eine Verringerung der Größe erreicht werden kann.
Ferner sind die dritten und vierten Wärmetauscher 5C und 5D als ein Drei-Fluid-Wärmetauscher (5C und 5D) integriert, die unter Verwendung eines Teils des Kerns die Wärme untereinander übertragen. Dementsprechend ist der dritte Wärmetauscher 5C mit dem vierten Wärmetauscher 5D als ein Drei-Fluid-Wärmetauscher integriert, so dass die Verringerung der Größe erreicht werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, sind die ersten und zweiten Wärmetauscher 5A und 5B, die unter Verwendung eines Teils des Kerns Wärme untereinander übertragen, auf der windwärtigen Seite als ein erster Drei-Fluid-Wärmetauscher (5A und 5B) integriert. Ferner sind in diesem Fall die dritten und vierten Wärmetauscher 5C und 5D, die unter Verwendung eines Teils wenigstens eines gemeinsamen Kerns Wärme untereinander übertragen, auf der windabgewandten Seite als ein zweiter Drei-Fluid-Wärmetauscher (5C und 5D) integriert. Zwei Sätze der Drei-Fluid-Wärmetauscher sind auf diese Weise auf der windabgewandten Seite angeordnet, so dass das gesamte Volumen weiter verringert werden kann.
(Modifikation der sechsten Ausführungsform)
Wie vorstehend beschrieben, ist der erste Drei-Fluid-Wärmetauscher (5A und 5B) integral auf der windwärtigen Seite ausgebildet, und der zweite Drei-Fluid-Wärmetauscher (5C und 5D) ist integral auf der windabgewandten Seite ausgebildet. Jedoch können der erste Drei-Fluid-Wärmetauscher (5A und 5B) und der zweite Drei-Fluid-Wärmetauscher (5C und 5D) weiter miteinander integriert sein. Der integrierte zusammengesetzte Drei-Fluid-Wärmetauscher (5A, 5B, 5C, 5D) ist durch eine einzelne gestrichelte Linie von 7 gezeigt. Alle Wärmetauscher 5A, 5B, 5C und 5D sind durch Außenrippen in dem zusammengesetzten Drei-Fluid-Wärmetauscher (5A, 5B, 5C, 5D) thermisch und mechanisch miteinander verbunden.
(Andere Ausführungsformen)
Diese Offenbarung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt und kann wie nachstehend beschrieben modifiziert oder erweitert werden. Zum Beispiel wurde der Drei-Fluid-Wärmetauscher in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen mit einem zweireihigen Kern ausgebildet, kann aber mit einem einreihigen Kern ausgebildet werden. Ferner müssen die Wärmetauscher 5A und 5B nur fähig sein, Wärme untereinander zu übertragen. Die Wärmetauscher 5A und 5B können in einer Beziehung stehen, in der der Wärmetauscher 5A auf der windwärtigen Seite angeordnet ist und der Wärmetauscher 5B auf der windabgewandten Seite in der Luftströmungsrichtung angeordnet ist, und kann in einer umgekehrten Beziehung stehen. Außerdem können die Wärmetauscher 5A und 5B stimmig integriert werden, so dass eine Beziehung, in der einer der Wärmetauscher 5A und 5B auf der windwärtigen Seite angeordnet ist und der andere auf der windabgewandten Seite angeordnet ist, nicht erfüllt wird.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für die alternative Anordnung von Rohren von Wärmetauschern zeigt, die in einem Drei-Fluid-Wärmetauscher angeordnet sind, der eine andere Ausführungsform darstellt. Wie in 8 gezeigt, ist der Drei-Fluid-Wärmetauscher zum Beispiel ein kombinierter Wärmetauscher, der Rohre 41 eines ersten Wärmetauschers 5A, der einen Kondensator oder einen Wärmeabsorber bildet, der als eine Außeneinheit der Fahrzeugklimaanlage dient, und Rohre 42 eines zweiten Wärmetauschers 5B, der einen Teil eines Niedertemperaturwärmetauchers bildet, umfasst. Ein Kern 44 umfasst wenigstens die Rohre 41 und 42 und Außenrippen 43, die eingeschnitten und erhöht sind und die Rohre 41 und 42 überbrücken. Die Wärmetauscher 5A und 5B sind durch die Außenrippen 43, die einen Teil des Kerns 44 bilden, thermisch miteinander verbunden. Ein Pfeil Y7 stellt Luft (Luft für den Wärmeaustausch) dar, die von dem Gebläse 11 strömen gelassen wird.
Als nächstes ist 9 eine schematische Ansicht, die ein Beispiel für die Zickzackanordnung von Rohren von Wärmetauschern zeigt, die in dem Drei-Fluid-Wärmetauscher angeordnet sind, der eine andere Ausführungsform darstellt. Wie in 9 gezeigt, sind Rohre 41 eines ersten Wärmetauschers 5A, der einen Kondensator oder einen Wärmeabsorber, der einen Außenwärmetauscher 5A bildet, der als eine Außeneinheit der Fahrzeugklimaanlage dient, und Rohre 42 eines zweiten Wärmetauschers 5B, der einen Teil eines Niedertemperaturwärmetauschers bildet, in einem Zickzackmuster angeordnet. Die Rohre 41 und 42 liegen einander in der Luftrichtung Y7 gegenüber. Ferner sind Außenrippen 43, die eingeschnitten und erhöht sind und die Rohre 41 und 42 überbrücken, bereitgestellt.
Die Wärmetauscher 5A und 5B sind durch die Außenrippen 43, die einen Teil des Kerns 44 bilden, thermisch miteinander verbunden. Indessen kann die thermische Verbindung zwischen den Wärmetauschern 5A und 5B durch den Kontakt zwischen den Rohren oder den Kontakt zwischen Behältern, mit denen die Rohre verbunden sind, erreicht werden. Außerdem ist der Kern 44 in diesem Fall ein Metallteil, der die Rohre, die Außenrippen und die Behälter umfasst.
Als nächstes wird ein Beispiel für die spezifische Struktur eines Wärmetauschers, der als der Drei-Fluid-Wärmetauscher jeder der vorstehend erwähnten Ausführungsformen verwendet werden kann, als eine andere Ausführungsform beschrieben. 10 ist eine Perspektivansicht, die einen Wärmetauscher 70 darstellt, 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Wärmetauschers 70, 12 ist eine entlang der Linie Y12-Y12 von 10 genommene Querschnittansicht, und 13 ist eine schematische Perspektivansicht, die die Kältemittelströmung und die Kühlmittelströmung in dem Wärmetauscher 70 darstellt. Wärmeaustauschmedien des Drei-Fluid-Wärmetauschers können Luft, Kältemittel und Kühlmittel sein, oder Wärmeaustauschmedien des Drei-Fluid-Wärmetauschers können Luft, ein erstes Kühlmittel und ein zweites Kühlmittel sein. Hier nachstehend wird die Beschreibung in einem Fall gegeben, in dem die Wärmeaustauschmedien des Drei-Fluid-Wärmetauschers Luft, Kältemittel und Kühlmittel sind. Jedoch kann die folgende Struktur auch auf den Fall angewendet werden, in dem Wärmeaustauschmedien des Drei-Fluid-Wärmetauschers Luft, ein erstes Kühlmittel und ein zweites Kühlmittel sind.
Zuerst bildet, wie in 10 und 11 gezeigt, eine Außenwärmeaustauscheinheit 160 einen ersten Wärmetauscher 5A, und eine Strahlereinheit 430 bildet einen zweiten Wärmetauscher 5B. Jede der Außenwärmeaustauscheinheit 160 und der Strahlereinheit 430 ist durch eine sogenannte Behälter- und -Rohr-Wärmetauscherstruktur ausgebildet, die mehrere Rohre, die zulassen, dass Kältemittel oder Kühlmittel strömen, ein Paar von Behältern für das Sammeln und Verteilen, die an beiden Enden der mehreren Rohre angeordnet sind und das Kältemittel oder das Kühlmittel, die in den jeweiligen Rohren strömen, sammeln und verteilen, und ähnliches umfasst.
Insbesondere ist die Außenwärmeaustauscheinheit 160 eine Wärmeaustauscheinheit, die mehrere Kältemittelrohre 160a, in denen Kältemittel, das als ein erstes Fluid dient, strömt, und einen kältemittelseitigen Behälterabschnitt 160c, der sich in einer Stapelrichtung der mehreren Kälterohre 160a erstreckt und das in den Kältemittelrohren 160a strömende Kältemittel sammelt oder verteilt, umfasst. Die Wärmeaustauscheinheit tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel, das in den Kältemittelrohren 160a strömt, und Luft, die als ein drittes Fluid (Außenluft, die von einem Gebläseventilator 11 geblasen wird) dient, das um die Kältemittelrohre 160a herum strömt, aus.
Indessen ist die Strahlereinheit 430 eine Wärmeaustauscheinheit mit mehreren Kühlmediumrohren 430a, in denen ein Kühlmittel strömt, das als ein zweites Fluid dient, und einen kühlmediumseitigen Behälterabschnitt 430c, der sich in einer Stapelrichtung der Kühlmediumrohre 430a erstreckt und das in den Kühlmediumrohren 430a strömende Kühlmittel sammelt oder verteilt. Die Wärmeaustauscheinheit tauscht Wärme zwischen dem Kühlmittel, das in den Kühlmediumrohren 430a strömt, und Luft (von dem Gebläseventilator 11 geblasene Außenluft), die um die Kühlmediumrohre 430a herum strömt, aus.
Zuerst wird ein Flachrohr, dessen Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung eine flache Form hat, als das Kältemittelrohr 160a und das Kühlmediumrohr 430a verwendet. Wie ferner in der perspektivischen Explosionsansicht von 11 gezeigt, ist sind die Kältemittelrohre 160a der Außenwärmeaustauscheinheit 160 und die Kühlmediumrohre 430a der Strahlereinheit 430 jeweils in zwei Reihen in einer Strömungsrichtung X10 der von dem Gebläseventilator 11 geblasenen Außenluft angeordnet.
Außerdem sind die Kältemittelrohre 160a und die Kühlmediumrohre 430a, die auf der windwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der Außenluft angeordnet sind, in einem vorgegebenen Intervall abwechselnd gestapelt und angeordnet, so dass die flachen Oberflächen der äußeren Oberflächen der Kältemittelrohre und der Kühlmediumrohre parallel zueinander sind und einander gegenüber liegen. Ebenso sind auch die Kältemittelrohre 160a und die Kühlmediumrohre 430a, die auf der windabgewandten Seite in der Strömungsrichtung der Außenluft angeordnet sind, auch in einem vorgegebenen Intervall abwechselnd gestapelt und angeordnet.
Mit anderen Worten ist das Kältemittelrohr 160a des Wärmetauschers zwischen den Kühlmediumrohren 430a angeordnet, und das Kühlmediumrohr 430a ist zwischen den Kältemittelrohren 160a angeordnet. Außerdem bilden Räume, die zwischen den Kältemittelrohren 160a und den Kühlmediumrohren 430a ausgebildet sind, Außenluftdurchgänge 70a (Durchgänge für das dritte Fluid), durch die von dem Gebläseventilator 11 geblasene Luft strömt.
Ferner sind Außenrippen 50 auf den Außenluftdurchgängen 70a angeordnet. Die Außenrippen 50 erleichtern den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel der Außenwärmeaustauscheinheit 160 und der Außenluft und den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel der Strahlereinheit 430 und der Außenluft und erlauben, dass Wärme zwischen dem durch die Kältemittelrohre 160a strömenden Kältemittel und dem durch die Kühlmediumrohre 430a strömenden Kühlmittel ausgetauscht wird.
Eine gewellte Rippe, die durch Biegen einer Metallpatte mit einer hervorragenden Wärmeübertragungseigenschaft in einer welligen Form ausgebildet wird, wird als die Außenrippe 50 verwendet. In diesem Wärmetauscher erlauben die Außenrippen 50, dass Wärme zwischen den Kältemittelrohren 160a und den Kühlmediumrohren 430a übertragen wird, indem sie sowohl mit den Kältemittelrohren 160a als auch den Kühlmediumrohren 430a zusammengefügt sind.
Als nächstes werden der kältemittelseitige Behälterabschnitt 160c und der kühlmediumseitige Behälterabschnitt 430c beschrieben. Die grundlegende Struktur des Behälterabschnitts 160c ist die gleiche wie die des Behälterabschnitts 430c. Der kältemittelseitige Behälterabschnitt 160c umfasst ein kältemittelseitiges Befestigungsplattenelement 161, mit dem sowohl die Kältemittelrohre 160a als auch die Kühlmediumrohre 430a, die in zwei Reihen angeordnet sind, befestigt sind, ein kältemittelseitiges Zwischenplattenelement 162, das an dem kältemittelseitigen Befestigungsplattenelement 161 befestigt ist, und ein kältemittelseitiges Behälterausbildungselement 163.
Mehrere Aussparungen 162b sind auf dem kältemittelseitigen Zwischenplattenelement 162 ausgebildet. Wie in der Querschnittansicht von 12 gezeigt, bilden die mehreren Aussparungen 162b mehrere Räume, die mit den Kühlmediumrohren 430a in Verbindung stehen, zwischen dem kältemittelseitigen Befestigungsplattenelement 161 und dem kältemittelseitigen Zwischenplattenelement 162, wenn das kältemittelseitige Zwischenplattenelement 162 an dem kältemittelseitigen Zwischenplattenelement 161 befestigt ist. Die Räume wirken als Verbindungsräume für ein Kühlmedium, die zulassen, dass die Kühlmediumrohre 430a in zwei Reihen in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet werden, um miteinander in Verbindung zu stehen.
Indessen ist in 12 zu dem Zweck der Verdeutlichung der Querschnitt eines Abschnitts nahe von Aussparungen 432b, die auf einem kühlmediumseitigen Zwischenplattenelement 432 ausgebildet sind, gezeigt. Da jedoch die grundlegende Struktur des kältemittelseitigen Behälterabschnitts 160c, wie vorstehend beschrieben, die gleiche wie die des kühlmediumseitigen Behälterabschnitts 430c ist, werden das kältemittelseitige Befestigungsplattenelement 161 und die Aussparungen beschrieben, wobei sie in Klammern gesetzt werden.
Ferner werden erste Verbindungslöcher 162a (11), die von der Oberfläche nach hinten durch das kältemittelseitige Zwischenplattenelement 162 gehen, an Abschnitten des kältemittelseitigen Zwischenplattenelements 162, die den Kältemittelrohren 160a entsprechen, ausgebildet, und die Kältemittelrohre 160a gehen durch die ersten Verbindungslöcher 162a. Folglich stehen die Kältemittelrohre 160a mit einem Raum in Verbindung, der in dem kältemittelseitigen Behälterausbildungselement 163 ausgebildet ist.
Außerdem stehen die Kältemittelrohre 160a an einem Endabschnitt des Wärmetauschers, der dem kältemittelseitigen Behälterabschnitt 160c entspricht, weiter in Richtung des kältemittelseitigen Behälterabschnitts 160c vor als die Kühlmediumrohre 430a. Das heißt, Endabschnitte der Kältemittelrohre 160a, die dem kältemittelseitigen Behälterabschnitt 160c zugewandt sind, und Endabschnitte der Kühlmediumrohre 430a, die dem kältemittelseitigen Behälterabschnitt 160c zugewandt sind, sind derart angeordnet, dass sie nicht miteinander ausgerichtet sind.
Das kältemittelseitige Behälterausbildungselement 163 ist an dem kältemittelseitigen Befestigungsplattenelement 161 und dem kältemittelseitigen Zwischenplattenelement 162 befestigt, so dass ein Sammelraum 163a, in dem das Kältemittel gesammelt wird, und ein Verteilungsraum 163b, in dem Kältemittel verteilt wird, in dem kältemittelseitigen Behälterausbildungselement 163 ausgebildet sind. Insbesondere wird das kältemittelseitige Behälterausbildungselement 163 ausgebildet, indem das Pressen einer flachen Metallplatte durchgeführt wird, so dass sie in ihrer Längsrichtung gesehen eine Zwei-Hügelform (W-Form) bildet.
Ferner ist ein Mittelabschnitt 163c des Zwei-Hügel-förmigen Abschnitts des kältemittelseitigen Behältersammelelements 163 mit dem kältemittelseitigen Zwischenplattenelement 162 zusammengefügt, so dass der Sammelraum 163a und der Verteilungsraum 163b unterteilt werden. Indessen ist in diesem Wärmetauscher der Sammelraum 163a in der Strömungsrichtung X10 von Außenluft auf der windwärtigen Seite angeordnet und der Verteilungsraum 163b ist auf der windabgewandten Seite in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet.
Der Mittelabschnitt 163c ist in einer Form ausgebildet, die den Aussparungen 162b entspricht, die auf dem kältemittelseitigen Zwischenplattenelement 162 ausgebildet sind, und der Sammelraum 163a und der Verteilungsraum 163b sind unterteilt, so dass das in den Räumen vorhandenes Kältemittel nicht aus Fügestellen des kältemittelseitigen Befestigungsplattenelements 161 und des kältemittelseitigen Zwischenplattenelements 162 leckt.
Außerdem gehen die Kältemittelrohre 160a durch die ersten Verbindungslöcher 162a des kältemittelseitigen Zwischenplattenelements 162 und stehen in Richtung des Sammelraums 163a oder des Verteilungsraums 163b vor, die in dem kältemittelseitigen Behälterausbildungselement 163, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet sind, so dass die Kältemittelrohre 160a, die auf der windwärtigen Seite in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet sind, mit dem Sammelrohr 163a in Verbindung stehen, und die Kältemittelrohre 160a, die auf der windabgewandten Seite in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet sind, mit dem Verteilungsraum 163b in Verbindung stehen.
Ferner sind ein Kältemittelzuströmungsrohr 164, das zulässt, dass ein Kältemittel in den Verteilungsraum 163b strömt, und ein Kältemittelausströmungsrohr 165, das zulässt, dass ein Kältemittel aus dem Sammelraum 163a ausströmt, mit einem Ende des kältemittelseitigen Behälterausbildungselements 163 in einer Längsrichtung verbunden. Außerdem ist das andere Ende des kältemittelseitigen Behälterausbildungselements 163 in der Längsrichtung durch ein Verschlusselement geschlossen.
Indessen umfasst der kühlmediumseitige Behälterabschnitt 430c, wie in 11 gezeigt, auch ein kühlmediumseitiges Befestigungsplattenelement 431, das die gleiche Struktur wie die Struktur des kältemittelseitigen Behälterabschnitts hat, ein kühlmediumseitiges Zwischenplattenelement 432, das an dem kühlmediumseitigen Befestigungsplattenelement 431 befestigt ist, und ein kühlmediumseitiges Behälterausbildungselement 433.
Außerdem sind Verbindungsräume für ein Kältemittel, die zulassen, dass die Kältemittelrohre 160a, die in zwei Reihen in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet sind, miteinander in Verbindung stehen, zwischen dem kühlmediumseitigen Befestigungsplattenelement 431 und dem kühlmediumseitigen Zwischenplattenelement 432 durch die Aussparungen 432b ausgebildet, die auf dem kühlmediumseitigen Zwischenplattenelement 432 ausgebildet sind.
Ferner sind zweite Verbindungslöcher 432a (11), die von der Oberfläche nach hinten durch das kühlmediumseitige Zwischenplattenelement 432 gehen, an Abschnitten des kühlmediumseitigen Zwischenplattenelements 432 ausgebildet, die den Kühlmediumrohren 430a entsprechen, und die Kühlmediumrohre 430a gehen durch die zweiten Verbindungslöcher 432a. Folglich stehen die Kühlmediumrohre 430a mit einem Raum in Verbindung, der in dem kühlmediumseitigen Behälterausbildungselement 433 ausgebildet ist.
Folglich stehen die Kühlmediumrohre 430a an einem Endabschnitt des kühlmediumseitigen Behälterabschnitts 430c weiter in Richtung des kühlmediumseitigen Behälterabschnitts 430c vor als die Kältemittelrohre 160a. Das heißt, Endabschnitte der Kältemittelrohre 160a, die dem kühlmediumseitigen Behälterabschnitt 430c zugewandt sind, und Endabschnitte der Kühlmediumrohre 430a, die dem kühlmediumseitigen Behälterabschnitt 430c zugewandt sind, sind derart angeordnet, dass sie nicht miteinander ausgerichtet sind.
Außerdem ist das kühlmediumseitige Behälterausbildungselement 433 an dem kühlmediumseitigen Befestigungsplattenelement 431 und dem kühlmediumseitigen Zwischenplattenelement 432 befestigt, so dass ein Sammelraum 433a für ein Kühlmedium und ein Verteilungsraum 433b für ein Kühlmedium, die durch einen Mittelabschnitt 433c des kühlmediumseitigen Behälterausbildungselements 433 in dem kühlmediumseitigen Behälterausbildungselement 433 ausgebildet sind. Indessen ist in diesem Wärmetauscher der Verteilungsraum 433b auf der windwärtigen Seite in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet, und der Sammelraum 433a ist auf der windabgewandten Seite in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet.
Ferner sind ein Kühlmediumzuströmungsrohr 434, das zulässt, dass ein Kühlmedium in den Verteilungsraum 433b strömt, und ein Kältemittelausströmungsrohr 435, das zulässt, dass ein Kühlmedium aus dem Sammelraum 433a ausströmt, mit einem Ende des kühlmediumseitigen Behälterausbildungselement 433 in einer Längsrichtung verbunden. Außerdem ist das andere Ende des kühlmediumseitigen Behälterabschnitts 430c in der Längsrichtung durch ein Verschlusselement geschlossen.
Folglich strömt in dem Wärmetauscher 70 dieser Ausführungsform, wie in der schematischen Perspektivansicht von 13 gezeigt, das Kältemittel, das durch das Kältemittelzuströmungsrohr 164 in den Verteilungsraum 163b des kältemittelseitigen Behälterabschnitts 160c strömt, in die jeweiligen Kältemittelrohre 160a der Kältemittelrohre 160a, die in zwei Reihen angeordnet sind, die auf der windabgewandten Seite in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft der Kältemittelrohre 160a angeordnet sind.
Ferner strömt das Kältemittel, das aus den jeweiligen Kältemittelrohren 160a, die auf der windabgewandten Seite angeordnet sind, geströmt ist, durch die Verbindungsräume für ein Kältemittel, die zwischen dem kühlmediumseitigen Befestigungsplattenelement 431, und dem kühlmediumseitigen Zwischenplattenelement 432 des kühlmediumseitigen Behälterabschnitts 430c ausgebildet sind, in die jeweiligen Kältemittelrohre 160a, die auf der windwärtigen Seite in der Strömungsrichtung X10 der Außenluft angeordnet sind, ist
Außerdem wird das Kältemittel, das aus den jeweiligen Kältemittelrohren 160a ausgeströmt ist, die auf der windwärtigen Seite angeordnet sind, in dem Sammelraum 163a des kältemittelseitigen Behälterabschnitts 160c gesammelt und strömt, wie durch durchgezogene Pfeile von 13 gezeigt, aus dem Kältemittelausströmungsrohr 165. Das heißt, in dem Wärmetauscher 70 strömt das Kältemittel, während es umkehrt, durch die Kältemittelrohre 160a, die auf der windabgewandten Seite angeordnet sind, die Verbindungsräume für ein Kältemittel des kühlmediumseitigen Behälterabschnitts 430c und die Kältemittelrohre 160a, die auf der windwärtigen Seite angeordnet sind.
Ebenso strömt das Kühlmittel, während es umkehrt, durch die Kühlmediumrohre 430a, die auf der windwärtigen Seite angeordnet sind, die Verbindungsräume für ein Kühlmedium des kältemittelseitigen Behälterabschnitts 160c und die Kühlmediumrohre 430a, die auf der windabgewandten Seite angeordnet sind. Folglich ist die Strömungsrichtung des Kältemittels, das in den benachbarten Kältemittelrohren 160a strömt, entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Kühlmittels, das in den Kühlmediumrohren 430a strömt.
Ferner sind alle der Kältemittelrohre 160a der Außenwärmetauschereinheit 160, der Kühlmediumrohre 430a der Strahlereinheit 430, der jeweiligen Komponenten des kältemittelseitigen Behälterabschnitts 160c, der jeweiligen Komponenten des kühlmediumseitigen Behälterabschnitts 430c und der Außenrippen 50, die vorstehend beschrieben wurden, aus dem gleichen Metallmaterial (in dieser Ausführungsform eine Aluminiumlegierung) gefertigt.
Außerdem werden das kältemittelseitige Befestigungsplattenelement 161 und das kältemittelseitige Behälterausbildungselement 163 aneinander befestigt, indem sie plastisch verformt werden, wobei das kältemittelseitige Zwischenplattenelement 162 zwischen ihnen eingefügt ist, und das kühlmediumseitige Befestigungsplattenelement 431 und das kühlmediumseitige Behälterausbildungselement 433 werden durch plastisches Verformen aneinander befestigt, wobei das kühlmediumseitige Zwischenplattenelement 432 zwischen ihnen eingefügt ist.
Außerdem wird der gesamte Wärmetaucher 70, der durch Verstemmen befestigt ist, in einen Heizofen gestellt und erhitzt, so dass ein Hartlotmaterial, mit dem die Oberflächen der jeweiligen Komponenten vorher überzogen wurden, geschmolzen wird, und wird gekühlt, bis das Hartlotmaterial verfestigt wird. Als ein Ergebniswerden die jeweiligen Komponenten integral hartgelötet. Folglich werden die Außenwärmeaustauscheinheit 160 und die Strahlereinheit 430 miteinander integriert.
(Zusammenfassung)
14 ist ein Diagramm, das die Zusammenfassung der Ausführungsformen dieser Offenbarung gemäß mehreren Wärmetauschern 5B, 5C, die mit einem Kühlerkreis 2R verbunden sind und die Wärme eines Kühlmittels abstrahlen, und deren Modifikationen darstellt. Indessen ist ein erster Wärmetauscher 5A mit einem zweiten Wärmetauscher integriert, ist aber nicht gezeigt.
In dem Typ I von 14 kann ein Kühlmittel gleichzeitig in die mehreren Wärmetauscher 5B, 5C strömen, und ein Weg, entlang dem ein Kühlmittel ein Durchflusssteuerventil 8, das eine Durchgangsumschalteinheit bildet, durchläuft, um in den zweiten Wärmetauscher 5B zu strömen, und ein Weg, entlang dem ein Kühlmittel in den Wärmetauscher 5C strömt, ohne das Durchflusssteuerventil 8 zu durchlaufen, werden bereitgestellt. Wenn ferner die von dem Wärmetauscher 5C abgestrahlte Wärme bis zu einer vorgegebenen Wärmemenge steigt, wird die Menge eines in dem Wärmetauscher 5B strömenden Kühlmittels vergrößert. Als ein Ergebnis können die Wärmeaufnahme und das Heizen während des Heizbetriebs wie in dem Fall von 5 durchgeführt werden.
In einem Typ II von 14 strömt das Kühlmittel der zweiten und dritten Wärmetauscher 5B, 5C, die als das innere Fluid dieser Wärmetauscher 5B, 5C dienen, der Reihe nach. Außerdem ist die Strömungsrichtung von Luft entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung des Kühlmittels, und Luft und das Kühlmittel stehen einander als Gegenströmung gegenüber. Als ein Ergebnis wird der Wärmeaustauschwirkungsgrad zwischen Luft und dem Kühlmittel verbessert. Ferner ist in dieser Art II der dritte Wärmetauscher 5C auf der strömungsaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung eines inneren Fluids angeordnet, und der zweite Wärmetauscher 5B ist auf der strömungsabwärtigen Seite angeordnet. Wenn außerdem der erste Wärmetauscher 5 in einer Wärmepumpe verwendet wird und ein Heizbetrieb durchgeführt wird, kann der erste Wärmetauscher 5 einen Wärmetauscher für die Wärmeaufnahme und das Heizen bilden, der die von dem zweiten Wärmetauscher 5B erzeugte Wärme aufnimmt.
In 14 ist ein Typ III ein Typ, in dem ein Umleitungskreis, der den dritten Wärmetauscher 5C umgeht, in dem Typ II bereitgestellt ist. In diesem Typ kann die Wärmemenge, die durch den ersten Wärmetauscher 5A von dem zweiten Wärmetauscher 5B aufgenommen wird, vergrößert werden, indem zugelassen wird, dass ein Kältemittel in dem Umleitungskreis strömt.
In 14 ist ein Typ IV ein Typ, in dem ein Umleitungskreis, der den zweiten Wärmetauscher 5B umgeht, in dem Typ II bereitgestellt ist. In diesem Typ kann der Einfluss der Abwärme des dritten Wärmetauschers 5C auf den ersten Wärmetauscher 5A während eines Kühlbetriebs verringert werden. Als ein Ergebnis kann die maximale Wärmemenge, die von dem dritten Wärmetauscher 5C abgestrahlt wird, vergrößert werden. Wenn ferner ein Wärmespeicherumleitungsdurchgang, der wenigstens den zweiten Wärmetauscher 5B umgeht, in dem Kühlerkreis, wie in 6 gezeigt, bereitgestellt ist und eine Durchgangsumschalteinheit 34 zum Umschalten der Kühlmittelströmung in den Wärmespeicherumleitungsdurchgang oder den zweiten Wärmetauscher 5B bereitgestellt ist, kann ein Kühlmittel, das den Wärmespeicherumleitungsdurchgang durchlaufen und Wärme gespeichert hat, während des Entfrostens eines Wärmeabsorbers in den zweiten Wärmetauscher 5B strömen gelassen werden.
In 14 ist ein Typ V, in dem ein Umleitungskreis, der die Wärmetauscher 5C und 5B umgeht, in dem Typ II bereitgestellt. Wenn der Umleitungskreis verwendet wird, um Wärme in diesem Typ V zu speichern, kann die durch den Wärmespeicherumleitungsdurchgang gespeicherte Wärmemenge im Vergleich zu dem Typ IV vergrößert werden, und während des Entfrostens eines Wärmeabsorbers kann ein Kühlmittel, das den Wärmespeicherumleitungsdurchgang durchlaufen und Wärme gespeichert hat, über den dritten Wärmetauscher 5C in den zweiten Wärmetauscher 5B strömen gelassen werden.
In 14 ist ein Typ VI ein Typ, in dem ein Wärmespeicherumleitungsdurchgang, der den dritten Wärmetauscher 5C umgeht, und ein Wärmespeicherumleitungsdurchgang, der den zweiten Wärmetauscher 5B umgeht, bereitgestellt sind. Dementsprechend können die Funktionen der Typen II bis V durch das Umschalten in der Kombination der mehreren Wärmespeicherumleitungsdurchgänge frei wählbar gezeigt werden.

Claims

Wärmeaustauschsystem, das umfasst: einen ersten Wärmetauscher (5A), der Wärme wenigstens eines Kühlkreislaufs abstrahlt; einen Kühlerkreis (2R), in dem ein Kühlmittel für eine wärmeemittierende Vorrichtung (1) strömt; mehrere Wärmetauscher (5B, 5C), die mit dem Kühlerkreis (2R) verbunden sind und Wärme des Kühlmittels abstrahlen; und ein Gebläse (11), das Luft zu dem ersten Wärmetauscher (5A) und den mehreren Wärmetauschern (5B, 5C) befördert, um zu kühlen, wobei die mehreren Wärmetauscher (5B, 5C) in einer Blasrichtung des Gebläses (11) angeordnet sind und getrennt Wärme des Kühlerkreises (2R) abstrahlen, und ein Wärmetauscher (5B) der mehreren Wärmetauscher (5B, 5C) auf einer windwärtigen Seite angeordnet ist und thermisch mit dem ersten Wärmetauscher (5A) verbunden ist und der eine Wärmetauscher (5B), der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, durch sich selbst Wärme abstrahlt und auch Wärme durch den ersten Wärmetauscher (5A) abstrahlt.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 1, wobei der erste Wärmetauscher (5A) einen Klimatisierungswärmetauscher umfasst, der ein Teil eines ersten Fluidkreises (1R) ist, der einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs klimatisiert, und der Kühlerkreis (2R) einen zweiten Fluidkreis (2R) umfasst, der die wärmeemittierende Vorrichtung (1) außer einem Verbrennungsmotor (40) des Fahrzeugs kühlt.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Wärmetauscher (5B, 5C) einen zweiten Wärmetauscher (5B), welcher der eine auf der windwärtigen Seite angeordnete Wärmetauscher ist, und einen dritten Wärmetauscher (5C), der auf der windabgewandten Seite angeordnet ist, umfassen, und der zweite Wärmetauscher (5B) benachbart zu dem ersten Wärmetauscher (5A) angeordnet oder integral mit ihm ist.
Wärmeaustauschsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Wärmetauscher (5A) einen Wärmetauscher umfasst, der die Wärme von Salzlösung, die in einem Flüssigkeitskühlkondensator (30) strömt, abstrahlt, nachdem ein von einem Kompressor (3) komprimiertes Kältemittel von dem Flüssigkeitskühlkondensator (30) gekühlt wurde.
Wärmeaustauschsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Wärmetauscher (5A) und der eine Wärmetauscher (5B) der mehreren Wärmetauscher (5B, 5C), der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, einen Drei-Fluid-Wärmetauscher (4) umfassen, der Wärme unter Verwendung eines Teils eines Kerns überträgt.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 3, wobei der zweite Wärmetauscher (5B) und der dritte Wärmetauscher (5C) in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass das Kühlmittel, das als inneres Fluid dient, parallel durch die Wärmetauscher (5B, 5C) strömt.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 3, wobei der zweite Wärmetauscher (5B) und der dritte Wärmetauscher (5C) in einer Weise angeordnet sind, dass das Kühlmittel, das als inneres Fluid dient, der Reihe nach durch die Wärmetauscher (5B, 5C) strömt.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 7, wobei der dritte Wärmetauscher (5C) auf einer strömungsaufwärtigen Seite angeordnet ist, und der zweite Wärmetauscher (5B) auf einer strömungsabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des inneren Fluids angeordnet ist.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 6, das ferner umfasst: ein Durchflusssteuerventil (8), das einen Durchsatz des Kühlmittels in dem zweiten Wärmetauscher (5B) einstellt, und wobei das Durchflusssteuerventil (8) geöffnet wird, wenn erachtet wird, dass eine Temperatur des Kühlmittels größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur ist, so dass Wärme wird nicht nur von dem dritten Wärmetauscher (5C), sondern auch von dem zweiten Wärmetauscher (5B) abgestrahlt wird.
Wärmeaustauschsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Kältekreislauf einen Wärmepumpenkreislauf umfasst, der fähig ist, Luft in dem Fahrgastraum eines Fahrzeugs zu kühlen und zu heizen, und eine Kühl-/Heizumschalteinheit (33, 31) umfasst, die einen Heizkreislauf und den Kühlkreis untereinander umschaltet, und der erste Wärmetauscher (5A) des Kühlkreislaufs als ein Wärmeabsorber arbeitet, wenn er auf den Heizkreislauf umgeschaltet wird.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 9, wobei der Kältekreislauf einen Wärmepumpenkreislauf umfasst, der fähig ist, Luft in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu kühlen und zu heizen, und eine Kühl-/Heizumschalteinheit (33, 31) umfasst, die einen Heizkreislauf und den Kühlkreislauf untereinander umschaltet, der erste Wärmetauscher (5A) des Kühlkreislaufs als ein Wärmeabsorber arbeitet, wenn er auf den Heizkreislauf umgeschaltet wird, und das Durchflusssteuerventil (8) derart gesteuert wird, dass das Kühlmittel zu dem zweiten Wärmetauscher (5B) strömt, wenn der Heizkreislauf arbeitet.
Wärmeaustauschsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 3, 6, 7, 8, 9 und 11, wobei der Kältekreislauf einen Wärmepumpenkreislauf umfasst, der fähig ist, Luft in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs zu kühlen und zu heizen, und eine Kühl-/Heizumschalteinheit (33, 31) umfasst, die einen Heizkreislauf und den Kühlkreislauf untereinander umschaltet, der erste Wärmetauscher (5A) des Kühlkreislaufs als ein Wärmeabsorber arbeitet, wenn ein Kreislauf auf den Heizkreislauf umgeschaltet wird, der Kühlerkreis mit einem Wärmespeicherumleitungsdurchgang (2RB), der wenigstens den zweiten Wärmetauscher (5B) umgeht, und einer Durchgangsumschalteinheit (34) versehen ist, welche die Zuströmung des Kühlmittels in den Wärmespeicherumleitungsdurchgang (2RB) oder den zweiten Wärmetauscher (5B) umschaltet, und die Durchgangsumschalteinheit (34) bewirkt, dass das Kühlmittel, das den Wärmespeicherumleitungsdurchgang (2RB) durchlaufen hat, während einer Zeit des Entfrostens des Wärmeabsorbers in den zweiten Wärmetauscher (5B) strömt.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 12, wobei die Durchgangsumschalteinheit (34) bewirkt, dass der Wärmespeicherumleitungsdurchgang (2RB) Wärme speichert, indem sie zu einer Zeit, in der nicht entfrostet wird, Kühlmittel strömen lässt, und die Durchgangsumschalteinheit (34) die Strömung des Kühlmittels in den Wärmespeicherumleitungsdurchgang (2RB) stoppt und zulässt, dass das Kühlmittel, das Wärme gespeichert hat, zur Zeit des Entfrostens in den zweiten Wärmetauscher (5B) strömt.
Wärmeaustauschsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 3, 6, 7, 8, 9, 11, 12 und 13, wobei die wärmeemittierende Vorrichtung (1) des Kühlerkreises eine andere Vorrichtung als einen Verbrennungsmotor (40) umfasst, und der dritte Wärmetauscher (5C) mit einem Wärmetauscher (5D) für den Verbrennungsmotor (40) integriert ist.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 14, wobei der dritte Wärmetauscher (5C) und der Wärmetauscher (5D) für den Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Teils eines Kerns Wärme untereinander übertragen und integral als ein Drei-Fluid-Wärmetauscher (5C, 5D) ausgebildet sind, der Wärme mit Luft austauscht.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 14, wobei der erste Wärmetauscher (5A) und der zweite Wärmetauscher (5B) unter Verwendung eines Teils eines Kerns Wärme untereinander übertragen und auf einer windwärtigen Seite als ein erster Drei-Fluid-Wärmetauscher (5A, 5B) integral ausgebildet sind, und der dritte Wärmetauscher (5C) und der Wärmetauscher (5D) für den Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Teils eines Kerns Wärme untereinander übertragen und als ein zweiter Drei-Fluid-Wärmetauscher (5C, 5D) auf einer windabgewandten Seite integral ausgebildet sind.
Wärmeaustauschsystem gemäß Anspruch 16, wobei der erste Drei-Fluid-Wärmetauscher (5A, 5B) und der zweite Drei-Fluid-Wärmetauscher (5C, 5D) ferner miteinander integriert sind, so dass der erste Wärmetauscher (5A), der zweite Wärmetauscher (5B), der dritte Wärmetauscher (5C) und der Wärmetauscher (5D) für den Verbrennungsmotor unter Verwendung eines Teils eines gemeinsamen Kerns Wärme untereinander übertragen.
Wärmeaustauschsystem gemäß 7 oder 8, wobei der zweite Wärmetauscher (5B), der auf der windwärtigen Seite angeordnet ist, und der dritte Wärmetauscher (5C), der auf der windabgewandten Seite angeordnet ist, in einer Weise angeordnet sind, dass das Kühlmittel, das als ein inneres Fluid dient, der Reihe nach von dem dritten Wärmetauscher (5C) zu dem zweiten Wärmetauscher (5B) strömt, und dass das Kühlmittel derart strömt, dass es eine Gegenströmung gegen eine Luftströmung, ist.