DE10001628A1 - Wärmetauscher für eine Innen/Aussenluft-Doppeldurchlasseinheit - Google Patents

Wärmetauscher für eine Innen/Aussenluft-Doppeldurchlasseinheit

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DE10001628A1
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heat medium
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Osamu Kobayashi
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, in welchem Kühlmittel strömt, und der einen Kernabschnitt (6) aufweist, der in einem ersten Luftdurchlass (3) zum Tauschen von Wärme mit Innenluft und einen zweiten Kernabschnitt (7) zum Tauschen von Wärme mit Außenluft angeordnet ist. Der zweite Kernabschnitt (7) ist stromabwärts von dem ersten Kernabschnitt (6) in Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet. Kühlmittel tauscht dadurch zunächst Wärme mit der Innenluft und daraufhin mit der Außenluft, deren Temperatur niedriger als diejenige der Innenluft ist. Kühlmittel strömt außerdem, um eine entgegengesetzte Strömung relativ zu der Luftströmungsrichtung in den jeweiligen ersten und zweiten Kernabschnitten (6, 7) zu bilden. In Folge hiervon ist das Leistungsvermögen des Wärmetauschers verbessert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Tauschen von Wärme zwischen Luft und einem Medium, welches in einer Klimatisierungseinheit strömt und insbesondere betrifft sie einen Kraftfahrzeug-Innenwärmetauscher zum Heizen von Innenluft und Außenluft, die in einer Innen/Außenluft- Doppeldurchlasseinheit strömt.
Eine Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit ist vorgeschlagen worden, um in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs gleichzeitig das Beschlagen zu verhindern und die Heizleistung zu verbessern. Die Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit weist erste und zweite Luftdurchlässe auf, die voneinander mittels einer Zwischentrennebene luftdicht getrennt sind. Aus der Fahrgastzelle in den ersten Luftdurchlass durch einen Innenlufteinlass gesaugte Innenluft durchsetzt zu Heizzwecken einen Wärmetauscher und wird aus dem ersten Luftdurchlass in die Fahrgastzelle durch einen Fußauslass geblasen. Von der Fahrzeugaußenseite in den zweiten Luftdurchlass durch einen Außenlufteinlass angesaugte Außenluft durchsetzt einen Wärmetauscher zu Heizzwecken und wird daraufhin aus dem zweiten Luftdurchlass in die Fahrgastzelle durch einen Entfrosterauslass oder einen Gesichtsauslass geblasen.
Innenluft, die erhitzt wurde, wird durch den Wärmetauscher erneut erhitzt und aus dem Fußauslass in Richtung auf einen Fußbereich eines Fahrgasts in der Fahrgastzelle geblasen. Das Heizvermögen bzw. die Heizleistung in der Fahrgastzelle wird dadurch verbessert. Gleichzeitig wird Außenluft mit einer Feuchtigkeit niedriger als diejenige der Innenluft durch den Wärmetauscher erhitzt und aus dem Entfrosterauslass in Richtung auf eine Windschutzscheibe geblasen. Dadurch wird verhindert, dass die Windschutzscheibe beschlägt, wodurch die Fähigkeit, das Beschlagen zu verhindern, verbessert wird.
Ein Innenkondensator bzw. -verflüssiger (oder ein Innengaskühler) 110, der in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, kann als Wärmetauscher für die vorstehend erläuterten Heizvorgänge eingesetzt werden. Der Innenverflüssiger 110 ist in einem Gehäuse 100 einer Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit vorgesehen. Im Gehäuse 100 ist ein erster Luftdurchlass 101 festgelegt, in welchem Innenluft strömt, und ein zweiter Luftdurchlass 102, in welchem Außenluft strömt. Der Verflüssiger 110 weist stromaufwärtige und stromabwärtige erste Kernabschnitte 111, 112 zum Tauschen von Wärme zwischen Kühlmittel und Innenluft auf, die in dem ersten Luftdurchlass 101 strömt, und stromaufwärtige und stromabwärtige zweite Kernabschnitte 113, 114 zum Tauschen von Wärme zwischen Kühlmittel und Außenluft, die in dem zweiten Luftdurchlass 102 strömt.
Aus einem Verdichter mit hoher Temperatur ausgetragenes Kühlmittel wird in den Verflüssiger 110 aus einem einlassseitigen Kühlmitteldurchlass 115 eingetragen, der in einem Einlassrohr bzw. Schlauch festgelegt ist, und es strömt in dem stromabwärtigen zweiten Kernabschnitt 114 und in dem stromabwärtigen ersten Kernabschnitt 112 in dieser Abfolge. Das Kühlmittel strömt daraufhin in den stromaufwärtigen ersten Kernabschnitt 111 ausgehend von dem stromabwärtigen ersten Kernabschnitt 112 durch ein Verbindungsrohr bzw. einen Verbindungsschlauch 116 und wird in den stromaufwärtigen zweiten Kernabschnitt 113 eingetragen und strömt daraufhin aus dem Verflüssiger 110 durch einen auslassseitigen Kühlmitteldurchlass 117 aus, der in einem Auslassrohr bzw. einem Auslassschlauch festgelegt ist.
In dem Verflüssiger 110 heizt Kühlmittelinnenluft, die in dem ersten Luftdurchlass 101 mit Raumtemperatur (beispielsweise 25°C) strömt durch Tauschen von Wärme, wenn sie in dem stromabwärtigen ersten Kernabschnitt 112 und dem stromaufwärtigen ersten Kernabschnitt 111 strömt. Das Kühlmittel heizt außerdem Außenluft, die in dem zweiten Luftdurchlass 102 mit niedriger Temperatur (beispielsweise -20°C) strömt durch Tauschen von Wärme, wenn sie in den stromabwärtigen zweiten Kernabschnitt 114 und den stromaufwärtigen zweiten Kernabschnitt 113 strömt. In dem Verflüssiger 110 wird jedoch der Wärmetausch zwischen Hochtemperaturkühlmittel und Niedrigtemperaturaußenluft als erstes durchgeführt. Daraufhin wird der Wärmetausch zwischen Zwischentemperaturkühlmittel und Raumtemperaturinnenluft durchgeführt. Kühlmittel strömt außerdem in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den Richtungen der Außenluft und Innenluft. Ein Temperaturwirkungsgradverhältnis ist deshalb unzureichend, wenn das Kühlmittel mit der Innenluft und der Außenluft Wärme tauscht, so dass ein ausreichendes Heizvermögen für die Fahrgastzelle nicht bereitgestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts des vorstehend angeführten Problems gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, das Heizvermögen eines Wärmetauschers für eine Innen/Außenluft- Doppeldurchlasseinheit zu verbessern, indem das Temperaturwirkungsgradverhältnis verbessert wird, wenn der Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und der Innen/Außenluft durchgeführt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach weist ein Wärmetauscher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen ersten Kernabschnitt auf, der in einem ersten Luftdurchlass angeordnet ist, um Wärme zwischen einem Wärmemedium, das darin strömt, und Innenluft zu tauschen, und einen zweiten Kernabschnitt, der in einem zweiten Luftdurchlass zum Tauschen von Wärme zwischen dem Wärmemedium, das darin strömt und Außenluft angeordnet ist. Der zweite Kernabschnitt ist Stromabwärts von dem zweiten Kernabschnitt in Wärmemedium-Strömungsrichtung angeordnet, entlang welcher das Wärmemedium strömt. Das Wärmemedium tauscht zunächst Wärme mit der Innenluft in einem Zustand, in welchem das Wärmemedium hohe Temperatur besitzt. Daraufhin tauscht das Wärmemedium Wärme mit der Außenluft, deren Temperatur niedriger ist als diejenige der Innenluft. In Folge davon wird das Temperaturwirkungsgradverhältnis verbessert, wenn das Wärmemedium Wärme mit der Innen/Außenluft tauscht, was zu einem verbesserten Heizvermögen bzw. zu einer verbesserten Heizleistung führt.
Der erste Kernabschnitt weist bevorzugt einen ersten Teil und einen zweiten Teil auf, der stromabwärts vom ersten Teil in der Wärmemediumströmungsrichtung und stromaufwärts vom ersten Teil in der Innenluftströmungsrichtung angeordnet ist.
Bevorzugt weist der zweite Kernabschnitt einen dritten Teil und einen vierten Teil auf, der stromabwärts vom dritten Teil in der Wärmemediumströmungsrichtung angeordnet ist, und auf einer stromaufwärtigen Seiten des dritten Teils in einer Außenluftströmungsrichtung. Das Wärmemedium bildet damit eine entgegengesetzte Strömung relativ zu der Luftströmungsrichtung in den ersten und zweiten Kernabschnitten, was zu einer weiteren Verbesserung des Heizvermögens führt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Hauptaufbaus einer Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Kühlmittel­ strömungsrichtung in einem Wärmetauscher gemäß der ersten Ausführungsform,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Hauptaufbaus einer Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines integrierten Kopfteils eines Wärmetauschers gemäß der zweiten Ausführungsform,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Hauptaufbaus einer Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik, und
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Kühlmittel- Strömungsrichtung in einem Wärmetauscher gemäß dem Stand der Technik.
Nunmehr wird eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf Fig. 1 und 2 erläutert.
Eine Klimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform ist im vorderen Teil eines Fahrzeugs untergebracht und umfasst eine Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit (Klimatisierungseinheit), die Luftdurchlässe zum Leiten klimatisierter Luft in die Fahrgastzelle festlegt. Die Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit umfasst ein Innen/Außenluft-Umschaltsystem, ein Zentrifugalgebläse und ein Auslassumschaltschaltsystem, die in dieser Abfolge ausgehend von der luftstromaufwärtigen Seite angeschlossen bzw. verbunden sind.
Das Innen/Außenluft-Umschaltsystem besteht aus einem (nicht gezeigten) Innen/Außenluft-Umschaltkasten und mehreren nicht gezeigten Umschaltklappen, die an dem Umschaltkasten drehbar angebracht sind, um entweder Luft innerhalb der Fahrgastzelle (Innenluft) oder Luft außerhalb der Fahrgastzelle (Außenluft) oder sowohl Innenluft wie Außenluft anzusaugen. Der Umschaltkasten weist einen Innenlufteinlass und einen Außenlufteinlass auf. Die mehreren Umschaltklappen werden durch ein Stellglied, wie etwa einen Servomotor angetrieben, um eine Einlassbetriebsart zu wählen.
Die Einlassbetriebsart wird gewählt aus einer Innenluftumwälzbetriebsart, in welcher der Innenlufteinlass vollständig geöffnet ist und der Außenlufteinlass vollständig geschlossen ist, einer Außenlufteinlassbetriebsart, in welcher der Außenlufteinlass vollständig geöffnet ist und der Innenlufteinlass vollständig geschlossen ist, und einer Innen/Außenluft-Doppeldurchlassbetriebsart, in welcher sowohl der Innenlufteinlass, wie der Außenlufteinlass vollständig geöffnet sind.
Das Zentrifugalgebläse ist in dem Innen/Außenluftumschaltkasten angeordnet und besteht aus ersten und zweiten Zentrifugallüftern, die in ersten und zweiten Schneckengehäusen gehalten sind und einem Gebläsemotor zum Antreiben der ersten und zweiten Zentrifugallüftung.
Ein Klimatisierungsgehäuse 1, in welchem das Auslaßumschaltsystem enthalten bzw. aufgebaut ist, ist, wie in Fig. 1 gezeigt, durch eine Zwischentrennplatte 2 in einen ersten Luftdurchlass 3, in welchem Innenluft hauptsächlich strömt, und einen zweiten Luftdurchlass 4 unterteilt, in welchem Außenluft hauptsächlich strömt. Ein Wärmetauscher 5 zum Heizen, der Teil eines Kältekreislaufs oder eines CO2- Kreislaufs bildet, der in dem Fahrzeug vorgesehen ist, ist über den ersten und zweiten Luftdurchlässen 3, 4 bzw. quer zu diesen angeordnet.
Der Kältekreislauf oder der CO2-Kreislauf besteht aus dem Wärmetauscher 5, der als interner Verflüssiger bzw. Innenverflüssiger oder interner Gaskühler bzw. innerer Gaskühler dient, einem Dekompressionselement, wie etwa einem Expansionsventil, einem externen Wärmetauscher bzw. einem Außenwärmetauscher, wie etwa einem externen Verdampfer bzw. einem Außenverdampfer, einem Akkumulator und einem Kühlmittelverdichter. Der Verdichter umfasst eine elektromagnetische Kupplung zum Unterbrechen der Drehkraft für den Verdichter von einem Motor des Fahrzeugs.
Der erste Luftdurchlass 3 ist ein Innenluftdurchlass (Innenluftschicht), der mit der stromabwärtigen Seite des ersten Schneckengehäuses des Zentrifugalgebläses verbunden ist. In den ersten Luftdurchlass 3 aus dem Innenlufteinlass angesaugte Innenluft wird in die Fahrgastzelle aus einem Fuß(FOOT)-Auslass (nicht gezeigt) geblasen, nachdem sie einen Wärmetauscher zu Kühlzwecken und den Wärmetauscher 5 zu Heizzwecken durchsetzt hat. Der zweite Luftdurchlass 4 ist ein Außenluftdurchlass (Außenluftschicht), der mit einer luftstromabwärtigen Seite des zweiten Schneckengehäuses des Zentrifugallüfters verbunden ist. In den zweiten Luftdurchlass 4 von dem Außenlufteinlass gesaugte Außenluft wird in die Fahrgastzelle aus einem Entfroster(DEF)-Auslass (nicht gezeigt) oder einem Gesichts(FACE)-Auslass (nicht gezeigt) angesaugt, nachdem sie den Wärmetauscher zu Kühlzwecken und den Wärmetauscher 5 zu Heizzwecken durchsetzt hat.
Der FOOT-Auslass bläst heiße Luft in Richtung auf einen Fußbereich eines Fahrgastes aus. Der DEF-Auslaß bläst heiße Luft in Richtung auf eine Innenseite einer Windschutzscheibe aus und der FACE-Auslass bläst heiße Luft in Richtung auf einen Brust(einen oberen)bereich des Fahrgasts aus. Jeder der Auslässe wird in Übereinstimmung mit einer Auslassbetriebsart durch Antreiben des Stellglieds wahlweise geöffnet/geschlossen, um die Auslassumschaltklappen zu betätigen. Die Auslassbetriebsart wird aus einer Gesichts(FACE)-Betriebsart, einer Doppelniveau(B/L)- Betriebsart, einer Fuß(FOOT)-Betriebsart, einer Fußentfroster(F/D)-Betriebsart und einer Entfroster(DEF)- Betriebsart gewählt.
Unter Bezug auf Fig. 1 und 2 wird nunmehr der Heizzwecken dienende Wärmetauscher 5 kurz erläutert. Fig. 2 zeigt ein Diagramm einer Strömungsrichtung von Kühlmittel in dem Wärmetauscher 5. Bei dem Wärmetauscher 5 handelt es sich um einen internen Wärmetauscher vom U-Wendetyp für die Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit und er ist in der Innen/Außenluft-Doppeldurchlasseinheit vorgesehen. Der Wärmetauscher 5 bildet einen internen Verflüssiger bzw. Innenverflüssiger in einem Kältekreislauf, in welchem Kühlmittel (beispielsweise R134a) zirkuliert; ansonsten bildet er einen internen Gaskühler bzw. Innengaskühler in einem CO2- Kreislauf, in welchem Kühlmittel (beispielsweise CO2-Gas) zirkuliert.
Der Wärmetauscher 5 besteht aus einem Wärmetauscherkörper mit einem ersten Kernabschnitt 6 und einem zweiten Kernabschnitt 7, einem Paar von stromaufwärtigen und stromabwärtigen Kopfteilen (bzw. Sammlern) 11, 12, die mit einem Endabschnitt in der breiten Richtung des Wärmetauscherkörpers als erster Seitentank bzw. erster seitlicher Tank verbunden ist, und einem Paar von stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteilen 13, 14, die mit dem anderen Endabschnitt in der breiten Richtung des Wärmetauscherkörpers als zweiter Tank bzw. zweiter seitlicher Tank verbunden sind. Der erste Kernabschnitt 6 führt einen Wärmetausch zwischen Innenluft und Kühlmittel durch und der zweite Kernabschnitt 7 führt einen Wärmetausch zwischen Außenluft und Kühlmittel durch. Die stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteile 11, 12 stehen miteinander durch ein Verbindungsrohr bzw. einen Verbindungsschlauch 15 in Verbindung. Die stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteile 13, 14 stehen miteinander durch 2 (nicht gezeigte) Verbindungsrohre bzw. Verbindungsschläuche in Verbindung.
Der erste Kernabschnitt 6 besteht aus einer ersten Gruppe von Rohren bzw. Schläuchen, die in mehreren Schichten in Höhenrichtung des Wärmetauschers 5 angeordnet sind und er ist in dem ersten Luftdurchlass 3 angeordnet, der in dem Klimatisierungsgehäuse 1 festgelegt ist. Der zweite Kernabschnitt 7 besteht aus einer zweiten Gruppe von Rohren bzw. Schläuchen, die in mehreren Schichten in der Höhenrichtung des Wärmetauschers 5 angeordnet sind, und er ist in dem zweiten Luftdurchlass 4 angeordnet, der ebenfalls in dem Klimatisierungsgehäuse 1 festgelegt ist. Die ersten und zweiten Gruppen von Rohren sind in zwei Schichten in Tiefenrichtung (Luftströmungsrichtung) des Wärmetauschers 5 angeordnet.
Die erste Gruppe von Rohren besteht beispielsweise aus fünf Rohren 8. Die fünf Rohre 8 sind in eine erste Halbgruppe von Rohren unterteilt, in welchen Kühlmittel von einem ersten Ende des ersten Kernabschnitts 6 in der Breitenrichtung zu einem zweiten Ende des ersten Kernabschnitts 6 strömt, und einer zweiten Halbgruppe von Rohren, in welchen Kühlmittel strömt, um vom ersten Kernabschnitt 6 zum ersten Ende rückzukehren. Die zweite Halbgruppe von Rohren ist auf der luftstromaufwärtigen Seite der ersten Halbgruppe von Rohren angeordnet. Luft (hauptsächlich Innenluft), die außerhalb der ersten Halbgruppe und zweiten Halbgruppe von Rohren strömt, wird durch Tauschen von Wärme mit Kühlmittel geheizt, das in der ersten Halbgruppe und der zweiten Halbgruppe von Rohren strömt.
Die zweite Gruppe von Rohren besteht beispielsweise aus vier Rohren 8. Die vier Rohre 8 sind in eine dritte Halbgruppe von Rohren, in welchen Kühlmittel vom ersten Ende in einer Breitenrichtung des zweiten Kernabschnitts 2 zu einem zweiten Ende des zweiten Kernabschnitts 7 strömt, und eine vierte Halbgruppe von Rohren unterteilt, in welchen Kühlmittel strömt, um von dem zweiten Ende des zweiten Kernabschnitts 7 zum ersten Ende rückzukehren. Die vierte Halbgruppe von Rohren ist auf der stromaufwärtigen Seite der dritten Halbgruppe von Rohren angeordnet. Luft (hauptsächlich Außenluft), die außerhalb der dritten Halbgruppe und vierten Halbgruppe von Rohren strömt, wird durch Tauschen von Wärme mit Kühlmittel erhitzt, das in der dritten Halbgruppe und der vierten Halbgruppe von Rohren strömt.
Jedes der Rohre 8 ist aus einem Aluminiumlegierungselement (Hüllenelement) gebildet, das mit Lötfüllmaterial abgedeckt ist und in Form eines flachen Rohrs geformt ist. Gewellte Rippen 9 aus Aluminiumlegierung sind zwischen den Rohren 8 benachbart zueinander und mit diesen durch Löten verbunden angeordnet, um die Wärmetausch(abstrahl)eigenschaft zu verbessern. Seitliche Platten 16, 17 sind mit beiden Enden der ersten Halbgruppe und zweiten Halbgruppe von Rohren in Höhenrichtung verlötet, um luftstromabwärtige Endabschnitte der ersten und zweiten Kernabschnitte 6, 7 zu tragen, bzw. zu stützen. Die seitlichen Platten 16, 17 haben in etwa U-Form im Querschnitt.
Jeder der stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteile 11, 12 besteht aus einem zylindrischen Abschnitt mit elliptischer Querschnittsform, einem zentralen Abschnitt, der eingetieft ist, und Kappen zum Verschließen beider Öffnungsenden bzw. beider offener Enden des zylindrischen Abschnitts. Der stromabwärtige Kopfteil 11 ist auf der luftstromabwärtigen Seite des stromaufwärtigen Kopfteils 12 angeordnet. Der stromabwärtige Kopfteil 11 ist mit einem nicht gezeigten Einlassrohr an einem unteren Endabschnitt in seiner Höhenrichtung verbunden und dient als Einlasstank, der Kühlmittel von dem Einlaßrohr in den Wärmetauscherkörper austrägt. Der stromaufwärtige Kopfteil 12 ist mit einem nicht gezeigten Auslasstank an einem oberen Endabschnitt in seiner Höhenrichtung verbunden und dient als Auslasstank, welcher Kältemittel von dem Wärmetauscherkörper in das Auslassrohr austrägt.
Ein Innenraum des stromabwärtigen Kopfteils 11 ist durch ein Trennelement 23 in eine erste Einlasskammer 21, die mit Einlassabschnitten der ersten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht, und ein zweite Einlasskammer 22 unterteilt, die mit Einlassabschnitten der dritten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht. Ein Innenraum des stromaufwärtigen Kopfteils 12 ist durch ein Trennelement 26 in eine erste Auslasskammer 24, die mit Auslassabschnitten der zweiten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht, und eine zweite Auslasskammer 25 unterteilt, die mit Auslassabschnitten der vierten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht.
Jeder der stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteile 13 und 14 sowie der stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteile 11, 12 besteht aus einem zylindrischen Abschnitt mit elliptischer Querschnittsform, einem zentralen Abschnitt, der eingetieft ist und Kappen zum Verschließen beider offener Enden des zylindrischen Abschnitts. Die stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteile 13 und 14 dienen als Zwischentanks. Der stromabwärtige Kopfteil 13 ist auf der luftstromabwärtigen Seite des stromaufwärtigen Kopfteils 14 angeordnet. Ein Innenraum des stromabwärtigen Kopfteils 13 ist durch ein Trennelement 29 in eine erste Zwischenkammer 27, die mit Auslassabschnitten der ersten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht, und eine zweite Zwischenkammer 28 unterteilt, die mit Auslassabschnitten der dritten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht. Ein Innenraum des stromaufwärtigen Kopfteils 14 ist durch ein (nicht gezeigtes) Trennelement in eine erste Zwischenkammer, die mit Einlassabschnitten der zweiten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht, und eine zweite Zwischenkammer unterteilt, die in Verbindung mit Einlassabschnitten der vierten Halbgruppe von Rohren steht.
Das Verbindungsrohr 15 bildet einen Durchlass, der die erste Auslasskammer 24 des stromaufwärtigen Kopfteils 12 mit der zweiten Einlasskammer 22 des stromabwärtigen Kopfteils 11 verbindet. Das Verbindungsrohr 15 steht von den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteilen 11, 12 nach außen in Breitenrichtung des Wärmetauschers 5 vor. Eines der anderen beiden Verbindungsrohre, die vorstehend erläutert sind, verbindet die erste Zwischenkammer 27 des stromabwärtigen Kopfteils 13 mit der ersten Zwischenkammer des stromaufwärtigen Kopfteils 14 durch einen darin festgelegten Durchlass. Das andere Verbindungsrohr verbindet die zweite Zwischenkammer 28 des stromabwärtigen Kopfteils 13 mit der zweiten Zwischenkammer des stromaufwärtigen Kopfteils 14 durch einen darin festgelegten Durchlass. Die zwei Verbindungsrohre stehen ebenfalls nach außen von den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteilen 13, 14 in der Breitenrichtung des Wärmetauschers 5 vor.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Innen/Außenluft- Doppeldurchlasseinheit der Fahrzeugklimaanlage gemäß der vorstehend erläuterten Ausführungsform unter Bezug auf Fig. 1 und 2 erläutert.
In der Winterjahreszeit wird die Innen/Außenluft- Doppeldurchlassbetriebsart als Einlassbetriebsart gewählt und die F/D-Betriebsart wird als Auslassbetriebsart gewählt, um das Innere der Fahrgastzelle zu heizen und ein Beschlagen der Windschutzscheibe zu verhindern. Sobald der Gebläsemotor des Zentrifugallüfters mit Energie versorgt wird, beginnt sich der erste Zentrifugallüfter angetrieben durch den Gebläsemotor zu drehen. Innenluft wird dadurch in das erste Schneckengehäuse durch den Innenlufteinlass gesaugt. Außenluft wird in das zweite Schneckengehäuse durch den Außenlufteinlass durch Drehung des zweiten Zentrifugallüfters gesaugt. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, strömt Innenluft relativ hoher Temperatur (ungefähr gleich Raumtemperatur, einer Solltemperatur von beispielsweise ungefähr 25°C) in dem ersten Luftdurchlass 3. Außenluft mit relativ niedriger Temperatur (Außentemperatur von beispielsweise ungefähr -20°C) strömt in dem zweiten Luftdurchlass 4.
Wenn andererseits die elektromagnetische Kupplung eingeschaltet wird, um den Verdichter zu betätigen, dekomprimiert der Verdichter Kühlmittel, das in ihn gesaugt wird und trägt Hochtemperatur-Hochdruckkühlmittel aus. Aus dem Verdichter ausgetragenes Hochtemperatur-Hochdruckkühlmittel strömt in die erste Einlasskammer 21 des stromabwärtigen Kopfteils 11 des Wärmetauschers 5 über ein Kühlmittelrohr bzw. einen Kühlmittelschlauch und das Einlassrohr bzw. den Einlassschlauch.
In die erste Einlasskammer 21 geleitetes Kühlmittel strömt in die erste Auslasskammer 24 des stromaufwärtigen Kopfteils 12, nachdem es die erste Halbgruppe von Rohren, die erste Zwischenkammer 27 des stromabwärtigen Kopfteils 13, das Verbindungsrohr, die erste Zwischenkammer des stromaufwärtigen Kopfteils 14, die zweite Halbgruppe von Rohren in dieser Abfolge durchsetzt hat. In die erste Auslasskammer 24 des stromaufwärtigen Kopfteils 12 geleitetes Kühlmittel strömt in die zweite Einlasskammer 22 des stromabwärtigen Kopfteils 11 durch das Verbindungsrohr 15.
Kühlmittel strömt daraufhin in der dritten Halbgruppe von Rohren, die zweite Zwischenkammer 28 des stromabwärtigen Kopfteils 13, das Verbindungsrohr, die zweite Verbindungskammer des stromaufwärtigen Kopfteils 14 und die vierte Halbgruppe von Rohren in dieser Abfolge und es strömt in die zweite Auslasskammer 25 des stromaufwärtigen Kopfteils 12. Das Kühlmittel strömt aus der zweiten Auslasskammer 25 in Richtung auf das Dekompressionselement, wie etwa ein Expansionsventil, durch das Auslassrohr bzw. den Auslassschlauch und ein Kühlmittelrohr bzw. einen Kühlmittelschlauch.
Das Kühlmittel tauscht Wärme mit Hochtemperatur-Innenluft, die in dem ersten Luftdurchlass 3 strömt, um Innenluft zu heizen, wenn sie durch die erste Halbgruppe und zweite Halbgruppe von Rohren strömt. Das Kühlmittel tauscht außerdem Wärme mit Niedrigtemperatur-Außenluft, die in dem zweiten Luftdurchlass 4 strömt, um die Außenluft zu heizen, wenn sie durch die dritte Halbgruppe und vierte Halbgruppe von Rohren strömt.
Hochtemperatur-Innenluft, die geheizt wurde, wird durch den ersten Kernabschnitt 6 des Wärmetauschers erneut geheizt und daraufhin in Richtung auf den Fußbereichs des Fahrgasts aus dem FOOT-Auslass geblasen, um die Innenseite der Fahrgastzelle zu heizen. Folglich wird das Heizvermögen der Fahrgastzelle verbessert. Andererseits wird Außenluft mit einer Feuchtigkeit niedriger als diejenige der Innenluft im zweiten Kernabschnitt 7 des Wärmetauschers 5 geheizt und in Richtung auf die Innenseite der Windschutzscheibe aus dem DEF-Auslass geblasen. In Folge hiervon wird die Fähigkeit, ein Beschlagen der Windschutzscheibe zu verhindern, verbessert.
In dem Wärmetauscher 5, der in der Innen/Außenluft- Doppeldurchlasseinheit vorgesehen ist, tauscht Kühlmittel, welches in den stromabwärtigen Kopfteil 11 von dem Einlassrohr mit hoher Temperatur und hohem Druck geleitet wird, Wärme mit hoher Temperatur (Raumtemperatur von beispielsweise 25°C) zunächst auf der Einlassseite. Daraufhin tauscht Kühlmittel mit einer Zwischentemperatur und hohem Druck, das eine Zwischentemperatur und hohen Druck aufweist, Wärme mit Niedrigtemperatur (Außenlufttemperatur von beispielsweise -20°C) Außenluft auf der Auslassseite. Kühlmittel verliert damit keine große Wärmemenge durch Heizen von Hochtemperaturinnenluft, so dass sie in ausreichender Weise Niedrigtemperaturaußenluft durch Tauschen von Wärme mit Außenluft zu heizen vermag.
Der Wärmetauscher 5 führt im Inneren Kühlmittel, um einen entgegengesetzten gerichteten Strom relativ zu der Luftströmungsrichtung in den ersten und zweiten Kernabschnitten 6, 7 zu bilden. Innenluft und Außenluft werden damit durch das Kühlmittel geheizt, welches in der zweiten Halbgruppe und der vierten Halbgruppe von Rohren in den ersten und zweiten Kernabschnitten 6, 8 strömt. Daraufhin wird Innenluft und Außenluft außerdem durch das Kühlmittel geheizt, welches in der ersten Halbgruppe und der dritten Halbgruppe von Rohren strömt und eine Temperatur aufweist, die höher ist als diejenige in der zweiten Halbgruppe und vierten Halbgruppe von Rohren.
Das Temperaturwirkungsgradverhältnis bei einem Wärmetausch zwischen Luft und Kühlmittel wird dadurch verbessert, was zu einer deutlichen Verbesserung des Heizvermögens zum Heizen des Innern der Fahrgastzelle führt. Diese Wirkung ergibt sich deutlicher gesagt dann, wenn der Wärmetauscher 5 als Gaskühler in einem CO2-Kreislauf verwendet wird, in welchem der Wärmetauschwirkungsgrad verbessert ist durch Verbessern bzw. Erhöhen der Temperaturdifferenz zwischen der Luft und dem Kühlmittel, das darin strömt.
Nunmehr wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf Fig. 3 und 4 erläutert, in denen dieselben Teile und Bestandteile wie bei der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
Ein Wärmetauscher 5 gemäß der zweiten Ausführungsform besteht aus einem Wärmetauscherkörper mit einem ersten Kernabschnitt 6 und einem zweiten Kernabschnitt 7 sowie integrierten Kopfteilen 31, 32. Der integrierte Kopfteil 31 ist gebildet durch Integrieren eines Paars stromabwärtiger und stromaufwärtiger Kopfteile und er ist mit einem Endabschnitt in der Breitenrichtung des Wärmetauscherkörpers verbunden. In ähnlicher Weise ist der integrierte Kopfteil 32 gebildet durch Integrieren eines Paars von stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfteilen und er ist mit dem anderen Endabschnitt in der Breitenrichtung des Wärmetauscherkörpers verbunden.
Ein Innenraum des integrierten Kopfteils 31 ist unterteilt durch ein Trennelement (Trennwand) 33 in einen stromabwärtigen Tankabschnitt und einen stromaufwärtigen Tankabschnitt. Der stromabwärtige Tankabschnitt ist außerdem durch ein Trennelement 34 in eine erste Einlasskammer 21, die mit Einlassabschnitten einer ersten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht, und eine zweite Einlasskammer 22 unterteilt, die mit Einlassabschnitten einer dritten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht. Der stromaufwärtige Tankabschnitt ist außerdem durch ein Trennelement 35 in eine erste Auslasskammer 24, die mit Auslassabschnitten der zweiten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht und eine zweite Auslasskammer 25 unterteilt, die mit Auslassabschnitten einer vierten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht.
Bei der zweiten Ausführungsform ist das luftstromabwärtige Trennelement 34 so positioniert, dass es dem luftstromaufwärtigen Trennelement 35 mit dem dazwischen angeordneten Trennelement 33 nicht gegenüberliegt. Ein Verbindungsloch (ein Verbindungsdurchlass) 36 ist in dem Trennelement 33 zwischen den luftstromabwärtigen und den luftstromaufwärtigen Trennelementen 34 und 35 gebildet. Das luftstromabwärtige Trennelement 34 ist insbesondere aus dem Zentrum von einem der Rohre 8 in seiner Höhenrichtung verschoben bzw. versetzt, um an einem unteren Ende von dem einen der Rohre 8 positioniert zu sein. Das luftstromaufwärti­ ge Trennelement 35 ist aus dem Zentrum von einem der Rohre 8 in Höhenrichtung verschoben bzw. versetzt, um an einem oberen Ende des einen der Rohre 8 positioniert zu sein.
Ein Innenraum des integrierten Kopfteils 32 ist durch ein (nicht gezeigtes) Trennelement in eine erste Zwischenkammer (nicht gezeigt), die mit Auslassabschnitten der ersten Halbgruppe von Rohren und Einlassabschnitten der zweiten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht, und eine (nicht gezeigte) zweite Zwischenkammer unterteilt, die mit Auslassabschnitten der dritten Halbgruppe von Rohren und den Einlassabschnitten der vierten Halbgruppe von Rohren in Verbindung steht.
Wenn Verbindungsrohre wie bei der ersten Ausführungsform verwendet werden, vermag Kühlmittel in den ersten und zweiten Kernabschnitten 6, 7 zu strömen, während es eine entgegengesetzte Strömung sowohl zur Innenluftströmungs­ richtung wie der Außenluftströmungsrichtung bildet. Es ist jedoch nicht stets erforderlich, die Verbindungsrohre zu verwenden. Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten zweiten Ausführungsform, welche die Verbindungsrohre nicht verwendet, ist die Montierbarkeit des Wärmetauschers in die Innen/Außenluftdoppeldurchlasseinheit im Vergleich zu derjenigen der ersten Ausführungsform verbessert, bei welcher die Verbindungsrohre von den Kopfteilen vorstehen. Außerdem ist die Anzahl von Teilen, welche den Wärmetauscher 5 bilden, verringert, wodurch der Arbeitseinsatz beim Zusammenbau des Wärmetauschers nicht erhöht ist.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die vorstehend angeführten bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, erschließen sich dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, die in den anliegenden Ansprüchen festgelegt ist.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung angewendet auf einen Wärmetauscher 5, wie etwa einen internen Verflüssiger oder einen internen Gaskühler zum Heizen von Luft durch Tauschen von Wärme zwischen Luft und Kühlmittel. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf einen Wärmetauscher, wie etwa einen Heizerkern zum Heizen von Luft durch Tauschen von Wärme zwischen Luft und Heizmedium, wie etwa Motorkühlwasser, angewendet sein.

Claims (9)

1. Wärmetauscher für eine Innen/Außenluft-Doppeldurchlass- Einheit mit einem ersten Luftdurchlass (3) und einem zweiten Luftdurchlass (4), in denen Innenluft bzw. Außenluft getrennt strömt, wobei der Wärmetauscher aufweist:
Einen ersten Kernabschnitt (6), der in dem ersten Luftdurchlass (3) zum Tauschen von Wärme zwischen Wärmemedium, das darin strömt und der Innenluft angeordnet ist, die in dem ersten Luftdurchlass (3) strömt, und
einen zweiten Kernabschnitt (7), der in dem zweiten Luftdurchlass (4) zum Tauschen von Wärme zwischen dem Wärmemedium, das darin strömt und der Außenluft, die in dem zweiten Luftdurchlass (4) strömt, angeordnet ist, wobei der zweite Kernabschnitt (7) stromabwärts von dem ersten Kernabschnitt (6) in der Wärmemediumströmungs­ richtung angeordnet ist, in welcher das Wärmemedium strömt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei:
Der erste Kernabschnitt (6) einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist, der mit dem ersten Teil in Verbindung steht, und auf der stromabwärtigen Seite des ersten Teils in der Wärmemediumströmungsrichtung und auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Teils in einer Innenluftströmungsrichtung angeordnet ist, in welcher die Innenluft strömt, und
der zweite Kernabschnitt (7) einen dritten Teil und einen vierten Teil aufweist, der mit dem dritten Teil in Verbindung steht und auf der stromabwärtigen Seite des dritten Teils in der Wärmemediumströmungsrichtung und stromaufwärts vom dritten Teil in einer Außenluftströmungsrichtung angeordnet ist, entlang welcher die Außenluft strömt.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, wobei:
Der erste Kernabschnitt (6) eine erste Gruppe von Rohren (8) aufweist, die den ersten Teil bilden, in welchem das Wärmemedium in einer ersten Richtung strömt, und eine zweite Gruppe von Rohren (8), die den zweiten Teil bilden, in welchem das Wärmemedium in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung strömt, wobei die ersten und zweiten Richtungen ungefähr senkrecht zu der Innenluftströmungsrichtung verlaufen, und
der zweite Kernabschnitt (7) eine dritte Gruppe von Rohren (8) aufweist, die den dritten Teil bilden, in welchem das Wärmemedium in einer dritten Richtung strömt, und eine vierte Gruppe von Rohren (8), die den vierten Teil bilden, in welchem das Wärmemedium in einer vierten Richtung entgegengesetzt zu der dritten Richtung strömt, wobei die dritten und vierten Richtungen ungefähr senkrecht zu der Außenluftströmungsrichtung verlaufen.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, außerdem aufweisend:
Einen stromabwärtigen Kopfteil (11, 31), der mit einem Ende der ersten Gruppe von Rohren und mit einem Ende der dritten Gruppe von Rohren verbunden ist, wobei der stromabwärtige Kopfteil (11) darin eine erste Einlasskammer (21) festlegt, die mit der ersten Gruppe von Rohren in Verbindung steht, um das Wärmemedium in die erste Gruppe von Rohren zu leiten, und eine zweite Einlasskammer (22), die mit der dritten Gruppe von Rohren in Verbindung steht, um das Wärmemedium in die dritte Gruppe von Rohren zu leiten, und
einen stromaufwärtigen Kopfteil (12, 31), der mit einem Ende der zweiten Gruppe von Rohren und einem Ende der vierten Gruppe von Rohren verbunden ist, wobei der stromaufwärtige Kopfteil darin eine erste Auslasskammer (24) festlegt, die mit der zweiten Gruppe von Rohren zur Aufnahme von Wärmemedium in Verbindung steht, das von der zweiten Gruppe von Rohren ausgetragen wird, und ein zweite Auslasskammer (25), die mit der vierten Gruppe von Rohren zur Aufnahme des Wärmemediums in Verbindung steht, das von der vierten Gruppe von Rohren ausgetragen wird.
5. Wärmetauscher nach Anspruch (4), wobei:
Der stromabwärtige Kopfteil (11, 31) und der stromauf­ wärtige Kopfteil (12, 31) miteinander integriert sind, und ein Innenraum des stromabwärtigen Kopfteils mit der ersten Einlasskammer (21) und der zweiten Einlasskammer (22) von einem Innenraum des stromaufwärtigen Kopfteils getrennt ist, der die erste Auslasskammer (24) und die zweite Auslasskammer (25) umfasst, und zwar durch ein Trennelement (33) mit einem Verbindungsdurchlass (36), durch welchen das Wärmemedium von der ersten Auslasskammer (24) in die zweite Einlasskammer (22) strömt.
6. Wärmetauscher zum Tauschen von Wärme mit erster Luft und zweiter Luft, die jeweils in einem ersten Luftdurchlass (3) und einem zweiten Luftdurchlass (4) strömt, wobei der Wärmetauscher aufweist:
Eine erste Gruppe von Rohren (8), die in dem ersten Luftdurchlass (3) zum Tauschen von Wärme zwischen dem Wärmemedium, das darin in einer Wärmemediumströmungsrichtung strömt und der ersten Luft angeordnet ist, die in dem ersten Luftdurchlass (3) in einer ersten Luftströmungsrichtung strömt,
eine zweite Gruppe von Rohren (8), die in dem ersten Luftdurchlass (3) auf einer stromaufwärtigen Seite der ersten Gruppe von Rohren in der ersten Luftströmungsrichtung angeordnet sind, wobei die zweite Gruppe von Rohren zum Tauschen von Wärme zwischen der ersten Luft und dem Wärmemedium, das darin strömt, vorgesehen ist, nachdem dieses die erste Gruppe von Rohren durchsetzt hat,
eine dritte Gruppe von Rohren (8), die in dem zweiten Luftdurchlass (4) zum Tauschen von Wärme zwischen der zweiten Luft, die in dem zweiten Luftdurchlass (4) in einer zweiten Luftströmungsrichtung und dem Wärmemedium angeordnet sind, das darin strömt, nachdem es die zweite Gruppe von Rohren durchsetzt hat, und
eine vierte Gruppe von Rohren (8), die in den zweiten Luftdurchlass (4) auf einer stromaufwärtigen Seite der dritten Gruppe von Rohren in der zweiten Luftströmungsrichtung angeordnet sind, wobei die vierte Gruppe von Rohren zum Tauschen von Wärme zwischen der zweiten Luft und dem Wärmemedium dient, das darin strömt, nachdem es die dritte Gruppe von Rohren durchsetzt hat.
7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die Wärmemedium­ strömungsrichtung in der ersten Gruppe von Rohren entgegengesetzt zu derjenigen in der zweiten Gruppe von Rohren und identisch zu derjenigen in der dritten Gruppe von Rohren ist.
8. Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei:
Die erste Gruppe von Rohren mit der dritten Gruppe von Rohren einen Stapel bildet, und
die zweite Gruppe von Rohren mit der vierten Gruppe von Rohren einen Stapel bildet und zu der ersten Gruppe von Rohren in der ersten Luftströmungsrichtung weist.
9. Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei die erste Luft eine Temperatur höher als diejenige der zweiten Luft aufweist.
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