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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimatisierung mit einem Kältekreislauf unter Verwendung von überkritischem Kältemittel, wie CO2, und betrifft insbesondere eine Klimatisierungsvorrichtung für die Verwendung in Fahrzeugen.
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In einer Kraftfahrzeugklimaanlage tritt ein Wärmeverlust (Ventilationsverlust) durch Abluft auf, wenn die Luft aus einem Fahrgastraum für den Zweck der Ventilation während des Betriebs der Klimaanlage abgeführt wird. Dieser Ventilationsverlust kann etwa 30% der gesamten Wärmebelastung während des Kühlbetriebs erreichen, was in einer verringerten Laufleistung und einem drastisch erhöhten Kraftstoffverbrauch resultiert.
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Unter diesen Umständen wird ein Mittel zur wirksamen Nutzung von Wärmeenergie vorgeschlagen, die während des Abführens von Luft (d. h. während der Ventilation) verloren geht.
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Zum Beispiel wird bei einer durch die
JP 05-294135 A offenbarten Klimaanlage für die Verwendung in Kraftfahrzeugen aus einem Fahrgastraum abgeführte Luft zu einem Wärmetauscher geleitet, der einen Kältekreislauf bildet, um Wärme zwischen der Abluft und dem Kältemittel auszutauschen, um dadurch den Ventilationsverlust zu reduzieren.
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In herkömmlichen Fahrzeugklimaanlagen verwenden die meisten von ihnen einen Kältekreislauf des Dampfkompressionstyps unter Verwendung von Kältemittel der Freon-Gruppe, in welchem gasförmiges Kältemittel, das mit einem Kompressor komprimiert wird, mit einem Kondensator verflüssigt wird, und dann wird das verflüssigte Kältemittel mit einer Expansionsvorrichtung expandiert und dann in einem Verdampfer verdampft. Die zuvor genannte Klimaanlage kann auch mit einem Kältekreislauf mit Kältemittel der Freon-Gruppe verwendet werden. Zum Beispiel wird während des Kühlbetriebs des Fahrgastraumes aus dem Fahrgastraum abgeführte Luft (Abluft) zu dem Kondensator des oben erwähnten Kältekreislaufs geleitet, um Wärme zwischen der Abluft und dem Kältemittel in einem Kondensator auszutauschen, um dadurch das Kältemittel zu verflüssigen.
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In dem Kältekreislauf mit Kohlendioxidgas-Kältemittel arbeitet, anders als der Kältekreislauf unter Verwendung des oben erwähnten Kältemittels der Freon-Gruppe, das mit dem Kompressor komprimierte Kältemittel in einem überkritischen Zustand, ohne Phasenänderungen (Kondensation und Verflüssigung) zu verursachen. Wie aus dem obigen zu verstehen ist, ändert sich das Kohlendioxidgas-Kältemittel in der Temperatur, ohne Phasenänderungen zu verursachen, und daher differiert die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft in Abhängigkeit von der Position, wo das Kältemittel strömt, und die Wärmeaustauschleistung wird durch die Umgebungstemperatur leicht beeinflusst. Dementsprechend ändert sich in Abhängigkeit von den Lufteinleitungsbedingungen die Wärmeübertragungsmenge des Kältemittels beträchtlich, was wiederum die Kälteleistung des gesamten Kältekreislaufs verändert.
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Unter einem solchen technischen Hintergrund treten in einem Kältekreislauf mit Kohlendioxidgas-Kältemittel in Fällen, wo Abluft lediglich in eine Wärmeübertragungsvorrichtung eingeleitet wird, wie in dem oben genannten Patentdokument offenbart ist, Abweichungen, wie eine Veränderung und/oder Abweichung von der Einleitungslufttemperatur und/oder der Kältemitteltemperatur auf, was es wiederum schwierig macht, eine stabile Wärmeaustauschleistung zu erreichen, was wiederum die Energieausnutzung verschlechtert.
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JP 2002 002 264 A offenbart einen Kondensator-Kühlmechanismus für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs,
DE 689 04 144 T2 beschreibt eine Kraftfahrzeugklimaanlage zum Steuern der Temperatur eines Kraftfahrzeugs und
DE 43 21 479 A1 offenbart eine Kältemaschine.
EP 0 913 283 A1 ,
JP 60 015 218 A und
FR 2 769 263 A1 offenbaren weitere Fahrzeugklimaanlagen.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden in Anbetracht der oben erwähnten und/oder anderen Probleme in dem Stand der Technik entwickelt. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können bestehende Verfahren und/oder Vorrichtungen bedeutend verbessern.
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Unter anderen möglichen Vorteilen können einige Ausführungsformen eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf unter Verwendung von überkritischem Kältemittel, wie CO2-Kältemittel, schaffen, die zur Reduzierung des Ventilationsverlustes und Nutzung der Energie geeignet ist.
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Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen, stellt die Erfindung eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 und eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 bereit. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erste Ausführungsform der Erfindung hat die folgende Struktur:
Eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung, aufweisend:
eine Wärmeübertragungsvorrichtung mit einer Kältemittelwärmeübertragungspassage, durch welche überkritisches Kältemittel hindurch tritt, um Wärme mit Kühlluft auszutauschen, die von einer Lufteinleitungsfläche der Wärmeübertragungsvorrichtung eingeleitet wird, um das Kältemittel zu kühlen; und
einen Verdampfer, durch welchen hindurch das gekühlte Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, die in einen Fahrgastraum einzuleiten ist,
wobei wenigstens ein Teil der Abluft, die von einer Innenseite des Fahrgastraumes abgeführt wird, zu der Lufteinleitungsfläche der Wärmeübertragungsvorrichtung als Ventilationsverlustnutzungsluft geleitet wird, so dass die Ventilationsverlustnutzungsluft als ein Teil der Kühlmittelkühlluft verwendet wird, und
wobei die Ventilationsverlustnutzungsluft zu einem Bereich der Lufteinleitungsfläche auf der Kältemittelstrom-abwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassage der Wärmeübertragungsvorrichtung geleitet wird.
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Bei der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann eine ausreichende Wärmeübertragungsmenge sichergestellt werden, woraus eine hohe Kühlleistung resultiert. An der Kältemittelstrom-aufwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassage kann die Kältemitteltemperatur hoch gehalten werden, und die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Kältemitteltemperatur kann hoch gehalten werden. Daraus resultieren ein großer Wärmeaustausch und eine ausreichende Wärmeübertragungsmenge. Ferner ist an der Kältemittelstrom-abwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassage die Kältemitteltemperatur niedrig, und daher ist die Temperaturdifferenz in Bezug auf die Umgebungstemperatur gering. Jedoch wird bei der vorliegenden Erfindung die von einem Fahrgastraum abgeführte Abluft mit niedriger Temperatur zu dem Kältemittelstrom-abwärtigen Bereich der Kältemittelwärmeübertragungspassage derart geleitet, dass Wärme zwischen der Abluft mit niedriger Temperatur und dem Kältemittel ausgetauscht wird. Daher kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der Abluft groß gehalten werden. Daher kann in dem gesamten Bereich der Kühlmittelwärmeübertragungspassage einer Wärmeübertragungsvorrichtung der Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Luft mit einer ausreichenden Wärmeübertragungsmenge durchgeführt werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann, da die Wärmeenergie der aus einem Fahrgastraum abgeführten Abluft verwendet wird, der Ventilationsverlust reduziert werden, und die Wärmeenergie kann wirksam genutzt werden.
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Bei der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der ersten Ausführungsform kann ein Verhältnis des Bereichs, zu welchem die Ventilationsverlustnutzungsluft geleitet wird, in Bezug auf die Lufteinleitungsfläche der Wärmeübertragungsvorrichtung mit 2 bis 20% bestimmt sein.
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Bei der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der ersten Ausführungsform kann die Ventilationsverlustnutzungsluft zu einem Endabschnitt des Bereichs der Lufteinleitungsfläche auf der Kältemittelstrom-abwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassage geleitet werden.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weist eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung auf:
eine erste und eine zweite Wärmeübertragungsvorrichtung, die jeweils eine Kältemittelwärmeübertragungspassage aufweisen, wobei überkritisches Kältemittel zuerst durch die erste und dann die zweite Wärmeübertragungsvorrichtung hindurch tritt, um Wärme mit Kältemittelkühlluft auszutauschen, die von den Lufteinleitungsflächen der ersten und der zweiten Wärmeübertragungsvorrichtung eingeleitet wird, um das Kältemittel zu kühlen; und
einen Verdampfer, über welchen das Kältemittel, das von der zweiten Wärmeübertragungsvorrichtung kommt, Wärme mit Luft austauscht, die in einen Fahrgastraum einzuleiten ist,
wobei wenigstens ein Teil der Abluft als Ventilationsverlustnutzungsluft, die von einer Innenseite des Fahrgastraumes abgeführt wird, zu der Lufteinleitungsfläche der zweiten Wärmeübertragungsvorrichtung geleitet wird, so dass die Ventilationsverlustnutzungsluft als ein Teil der Kühlmittelkühlluft verwendet wird.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung können dieselben Funktionen/Wirkungen, wie oben erwähnt, erreicht werden. Ferner können, da die erste und die zweite Wärmeübertragungsvorrichtung in verschiedenen Positionen angeordnet werden können, die Wärmeübertragungsvorrichtungen entsprechend der gewünschten Gestaltung frei angeordnet werden, was die Vielseitigkeit erhöht.
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Bei der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann ein Verhältnis der Lufteinleitungsfläche der zweiten Wärmeübertragungsvorrichtung in Bezug auf einen gesamten Bereich der Lufteinleitungsflächen der ersten und der zweiten Wärmeübertragungsvorrichtung mit 2 bis 20% bestimmt sein.
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Bei der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform können die erste Wärmeübertragungsvorrichtung und die zweite Wärmeübertragungsvorrichtung voneinander entfernt angeordnet sein.
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Bei der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann die erste Wärmeübertragungsvorrichtung oder die zweite Wärmeübertragungsvorrichtung in einem vorderen Abschnitt des Fahrzeuges und die andere Wärmeübertragungsvorrichtung in einem hinteren Abschnitt des Fahrzeuges angeordnet sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung kann CO2-Kältemittel als das überkritische Kältemittel verwendet werden.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind als Beispiel in den begleitenden Figuren gezeigt, in welchen:
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1 eine schematische strukturelle Ansicht einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges ist, das eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform verwendet;
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2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine in der Ausführungsform verwendete Wärmeübertragungsvorrichtung zeigt;
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3 eine schematische strukturelle Ansicht einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges ist, das eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß einer ersten modifizierten Ausführungsform verwendet;
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4 eine schematische strukturelle Ansicht einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges ist, das eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform verwendet;
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5 eine schematische strukturelle Ansicht einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges ist, das eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß einer dritten modifizierten Ausführungsform verwendet;
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6 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Kältemitteltemperatur und einer Position des Kältemittels in der Wärmeübertragungspassage in einer Wärmeübertragungsvorrichtung bezogen auf die Ausführungsform zeigt;
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7 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts ist, der von einer lang-kurz-gestrichelten Linie P in 6 umgeben ist;
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8 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts ist, der von einer lang-kurz-gestrichelten Linie Q in 6 umgeben ist; und
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9 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Wärmeaustauschmenge und einem Verhältnis eines Ablufteinleitungsbereichs in einer Wärmeübertragungsvorrichtung in Bezug auf die Lufteinleitungsfläche gemäß einer Ausführungsform zeigt.
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In den folgenden Absätzen werden einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
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1 ist eine schematische strukturelle Ansicht, die eine Kraftfahrzeugklimaanlage zeigt, die eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform verwendet. Der Kältekreislauf, der in diesem Kraftfahrzeug verwendet wird, benutzt überkritisches Kältemittel, wie Kohlendioxidgas-(CO2)Kältemittel, und weist einen Kompressor 1, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2, einen Zwischenwärmetauscher 3, ein Expansionsventil 4, einen Verdampfer 5 und einen Sammler 6 auf, wie in 1 gezeigt ist.
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In diesem Kältekreislauf gibt das Kältemittel in einem von dem Kompressor 1 komprimierten überkritischen Zustand durch Austauschen von Wärme mit Kältemittelkühlluft, wie Umgebungsluft, Wärme ab, wofür es durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 2 hindurch tritt, um die Temperatur zu reduzieren, während der überkritische Zustand gehalten wird. Das Kältemittel mit niedriger Temperatur tritt durch den Zwischenwärmetauscher 3 hindurch und tauscht Wärme mit Rücklaufkältemittel aus, um weiter gekühlt zu werden. Danach wird das gekühlte Kältemittel durch das Expansionsventil 4 expandiert, um dann in den Verdampfer 5 zu strömen. Das durch den Verdampfer 5 hindurch tretende Kältemittel tauscht Wärme mit der Luft aus, die in einen Innenraum des Kraftfahrzeuges eingeleitet wird, um die Wärme zu absorbieren. Dann wird das Kältemittel in den Sammler 6 eingeleitet. Das Kältemittel, das aus dem Sammler 6 herausströmt, wird als „Rücklaufkältemittel” in den Zwischenwärmetauscher 3 eingeleitet, um Wärme mit dem Kältemittel im Vorlauf zum Verdampfer auszutauschen, das von der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 in den Zwischenwärmetauscher 3 geleitet wird. Dann läuft das Kältemittel zu dem Kompressor 1 zurück.
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In diesem System wird die in einen Raum einzuleitende Luft durch Austauschen von Wärme mit dem Kältemittel gekühlt und dann in den Fahrgastraum eingeleitet.
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In dieser Ausführungsform ist die Klimaanlage mit einem Luftleitkanal 10, wie einem Gebläsekanal, zum zwangsläufigen Leiten der Abluft, welche verwendet wird, um zum Zeitpunkt der Ventilation von der Innenseite des Fahrgastraumes nach außen, zu der Lufteinleitungsseite der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 geleitet zu werden.
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Daher wird zusätzlich zu der Umgebungsluft, die von einer Außenseite des Kraftfahrzeuges direkt eingeleitet wird, die aus dem Fahrgastraum abgeleitete Abluft als Kältemittelkühlluft in die Wärmeübertragungsvorrichtung 2 eingeleitet. Die Kühlluft und das Kältemittel tauschen in der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 Wärme aus.
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In dieser Ausführungsform, wie in 2 gezeigt ist, wird als Wärmeübertragungsvorrichtung 2 ein Wärmetauscher mit einem Paar Verteilerköpfen 21 verwendet, die in einem bestimmten Abstand voneinander parallel angeordnet sind, und einer Mehrzahl von flachen Wärmetauscherrohren 22, die in bestimmten Abständen voneinander parallel angeordnet sind, wobei die gegenüberliegenden Enden mit den Verteilerköpfen 21 verbunden sind. Ferner ist zwischen benachbarten Wärmeaustauschrohren 22 eine gewellte Rippe 23 angeordnet. An der oberen und unteren Seite des einen (rechtsseitigen) Verteilerkopfes 21 sind ein Kältemitteleinlass 24a und ein Kältemittelauslass 24b vorgesehen.
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In der mittleren Position des einen (rechtsseitigen) Verteilerkopfes 21 ist eine Trennplatte 25 zum Trennen der Verteilerkopfinnenseite vorgesehen. Mit dieser Trennplatte 25 sind die Mehrzahl der Wärmeaustauschrohre 22 in eine ober- und unterseitige Rohrgruppe eingeteilt, die einen ersten Pfad und einen zweiten Pfad bilden.
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Darüber hinaus bildet der vorderseitige Bereich der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 im Kernabschnitt, wo die Wärmeaustauschrohre 22 angeordnet sind, eine Lufteinleitungsfläche F.
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In dieser Wärmeübertragungsvorrichtung 2 strömt das über den Kältemitteleinlass 24a eingeleitete Kältemittel in den oberen Teil des einen (rechtsseitigen) Verteilerkopfes 21 hinein, tritt dann durch die Kältemittelwärmeübertragungspassagen P hindurch, die eine obere Rohrgruppe (erster Pfad) bilden, um in den oberen Teil des anderen (linksseitigen) Verteilerkopfes 21 hinein und dann zu seinem unteren Teil geleitet zu werden. Anschließend strömt das Kältemittel durch die Kältemittelwärmeübertragungspassagen P hindurch, die eine untere Rohrgruppe (zweiter Pfad) bilden, um in den unteren Teil des einen (rechtsseitigen) Verteilerkopfes 21 hinein geleitet zu werden, und strömt dann aus dem Kältemittelauslass 24b heraus.
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Während des Passierens durch jedes Wärmeaustausch-Rohr 22, d. h. jede Kältemittelwärmeübertragungspassage P hindurch, tauscht das Kältemittel Wärme mit der Kältemittelkühlluft aus, die von der Lufteinleitungsfläche F eingeleitet wird und die zwischen den Wärmeaustausch-Rohren 22 und Rippen 23 hindurchtritt, um die Wärme aufzunehmen.
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In der Ausführungsform, wie oben beschrieben, wird zusätzlich zu der Umgebungsluft, die direkt von der Außenseite des Kraftfahrzeuges einzuleiten ist, die aus dem Fahrgastraum abgeführte Abluft zu der Lufteinleitungsfläche F geleitet. Im Einzelnen ist die Fläche F derart aufgeteilt, dass die Abluft in den Bereich f (schraffierter Abschnitt, der in 2 gezeigt ist) eingeleitet wird, welcher der Kältemittelstrom-abwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P hinsichtlich der Lufteinleitungsfläche F entspricht, d. h. welcher der Auslassseite der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 entspricht. In dem Kältekreislauf fällt bei Verwendung von überkritischem Kältemittel, wie CO2-Kältemittel, die Kältemitteltemperatur allmählich ab, ohne Phasenänderungen des Kältemittels während des Hindurchtretens durch die Kältemittelwärmeübertragungspassagen P der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 hervorzurufen. In dieser Ausführungsform ist auf der Kältemittelstrom-aufwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P die Kältemitteltemperatur hoch, und daher kann die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Kältemitteltemperatur hoch gehalten werden. Infolgedessen kann eine ausreichende Wärmeübertragungsmenge sichergestellt werden. Im Allgemeinen ist an der Kältemittelstrom-abwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P die Kältemitteltemperatur niedriger, und die Temperaturdifferenz zwischen der Kältemitteltemperatur und der Umgebungstemperatur ist geringer.
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In dieser Ausführungsform wird die aus dem Fahrgastraum abgeführte Abluft mit niedriger Temperatur in den Bereich f der Kältemittelübertragungspassagen P eingeleitet, um Wärme zwischen der Abluft mit niedriger Temperatur und dem Kältemittel auszutauschen. Dementsprechend kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der zuströmenden Abluft größer gehalten werden. Daher kann in dem gesamten Bereich der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 der Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Kältemittelkühlluft erhöht werden. Daher kann eine ausreichende Wärmeübertragungsmenge sichergestellt werden, weil die Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlass und Auslass der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 erhöht wird. Daher kann eine hohe Kühlleistung erreicht werden.
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Ferner kann in dieser Ausführungsform, da die Wärmeenergie der Abluft benutzt wird, der Ventilationsverlust reduziert werden, was den Kraftstoffverbrauch senken kann.
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Wie in 2 weiter gezeigt, ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass der Bereich f der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P den Endabschnittsbereich fz der Kältemittelstrom-abwärtigen Seite der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P, d. h. den Kältemittel-auslassseitigen Endabschnittsbereich fz der Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst.
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Unter der Voraussetzung, dass die Lufteinleitungsfläche F der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 in eine Mehrzahl von Bereichen f1, f2, ... fz entlang der Strömungsrichtung der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P eingeteilt ist, ist es in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass der Bereich f für die einzuleitende Abluft den Endabschnittsbereich fz der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P umfasst.
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Ferner ist in dieser Ausführungsform das Verhältnis des Bereichs f für die einzuleitende Abluft zu der Lufteinleitungsfläche F vorzugsweise mit 2 bis 20%, bevorzugter 4 bis 16%, optimal mit 6 bis 12% bestimmt. Wenn dieses Verhältnis zu klein ist, ist die thermische Wirkung der Abluft schwer zu erreichen. Dies kann zu einer unzureichend erhöhten Wärmeübertragungsmenge des Kältemittels führen. Wenn das Verhältnis zu groß ist, kann die Wärmeübertragungsmenge des Kältemittels ebenfalls nicht erhöht werden. Da die Quantität der aus dem Fahrgastraum abgeführten Luft (Luftstrom) konstant ist und der Ausströmbereich der Abluft an der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 groß ist, sinkt der Luftstrom der zugeführten Umgebungsluft, was eine unzureichend erhöhte Wärmeübertragungsmenge des Kältemittels verursachen kann.
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In 2 wird, obwohl die Lufteinleitungsfläche F in eine Mehrzahl von Bereichen f1, f2, ..., fz mit virtuellen Linien eingeteilt ist, für den Zweck der Erleichterung des Verständnisses angemerkt, dass die Anzahl der Einteilungen des Bereichs nicht darauf beschränkt ist.
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3 ist eine schematische strukturelle Ansicht eines Kraftfahrzeuges, das eine Klimaanlage gemäß einer ersten modifizierten Ausführungsform verwendet. Wie in 3 gezeigt, wird bei dieser Klimaanlage eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2 durch zwei Wärmeübertragungsvorrichtungen ersetzt, d. h. eine erste Wärmeübertragungsvorrichtung 2a, die in dem vorderen Abschnitt des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, und eine zweite Wärmeübertragungsvorrichtung 2b, die in dem hinteren Abschnitt des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Das System ist derart aufgebaut, dass das von der ersten Wärmeübertragungsvorrichtung 2a gekühlte Kältemittel in die zweite Wärmeübertragungsvorrichtung 2b hinein strömt, um weitere Wärme zu übertragen, Ferner ist diese Modifikation derart aufgebaut, dass die aus einem Fahrgastraum abgeführte Abluft in den gesamten Bereich der Lufteinleitungsfläche der zweiten Wärmeübertragungsvorrichtung 2b eingeleitet wird.
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Die übrige Struktur ist dieselbe wie die der zuvor genannten Ausführungsform.
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Gemäß dieser Kraftfahrzeugklimaanlage kann in derselben Weise wie bei der zuvor genannten Ausführungsform die Kältemittelwärmeübertragungsmenge vollständig sichergestellt werden, und der Ventilationsverlust kann reduziert werden, während die Kühlleistung verbessert wird, wodurch eine wirksame Nutzung von Wärmeenergie erreicht werden kann.
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Ferner können durch Trennen einer Wärmeübertragungsvorrichtung 2 in zwei Wärmeübertragungsvorrichtungen 2a und 2b die Größe und das Gewicht der Wärmeübertragungsvorrichtung verringert werden. Außerdem können diese beiden Wärmeübertragungsvorrichtungen 2a und 2b in Übereinstimmung mit einer gewünschten Gestaltung frei angeordnet werden, was die Vielseitigkeit erweitern kann.
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4 zeigt eine schematische strukturelle Ansicht, die ein Kraftfahrzeug zeigt, das eine Klimaanlage gemäß einer zweiten modifizierten Ausführungsform verwendet. Bei dieser Klimaanlage ist die Wärmeübertragungsvorrichtung 2 an der hinteren Seite des Kraftfahrzeuges angeordnet. Die übrige Struktur ist dieselbe wie die der zuvor genannten Ausführungsform.
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Auch bei dieser Fahrzeugklimaanlage können dieselben Funktionen/Wirkungen in derselben Weise wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen erreicht werden.
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5 zeigt eine schematische strukturelle Ansicht, die ein Kraftfahrzeug zeigt, das eine Klimaanlage gemäß einer dritten modifizierten Ausführungsform verwendet. Bei dieser Klimaanlage sind ein Expansionsventil 4 und ein Verdampfer 5 in dem vorderen Abschnitt des Kraftfahrzeuges angeordnet, und die anderen Klimatisierungsvorrichtungen, d. h. ein Kompressor 1, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2, ein Zwischenwärmetauscher 3 und ein Sammler 6 sind in dem hinteren Abschnitt des Kraftfahrzeuges angeordnet. Die übrige Struktur ist dieselbe wie die der zuvor genannten Ausführungsformen.
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Auch bei dieser Kraftfahrzeugklimaanlage können dieselben Funktionen/Wirkungen in derselben Weise wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen erreicht werden.
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Obwohl die Struktur, dass eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2 durch eine oder zwei Wärmeübertragungsvorrichtungen gebildet wird, in den zuvor genannten Ausführungsformen erläutert ist, kann eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2 z. B. auch durch drei oder mehrere Wärmeübertragungsvorrichtungen gebildet werden.
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Ferner kann in Fällen, wo eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2 durch zwei oder mehrere Wärmeübertragungsvorrichtungen gebildet wird, diese derart konfiguriert sein, dass Abluft zu einem Teil der Lufteinleitungsfläche F der am Ende gelegenen Wärmeübertragungsvorrichtung geleitet wird.
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Darüber hinaus kann von der gesamten Luft, die aus dem Fahrgastraum abgeführt wird, wenigstens ein Teil der Abluft zu einer Wärmeübertragungsvorrichtung 2 geleitet werden.
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In diesem Beispiel wurde eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2 gemäß der zuvor genannten Ausführungsform verwendet. Abluft wurde zu dem Bereich f der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P an der Lufteinleitungsfläche F der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 geleitet, und Umgebungsluft wurde zu dem übrigen Bereich geleitet. Die Beziehung zwischen der Temperatur von CO2-Kältemittel, das von der Einlassseite zu der Auslassseite der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P verläuft, und der Position des Kältemittels in den Kältemittelwärmeübertragungspassagen P kann durch Simulationsrechnung dargestellt werden. Die Ergebnisse sind in dem Diagramm aus 6 gezeigt.
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Wie aus diesem Diagramm zu entnehmen ist, ist bei der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 des mit einer durchgehenden Linie gezeigten Beispiels, obwohl der Temperaturabfall in der Nähe der Einlassseite der Kältemittelwärmeübertragungspassagen P im Vergleich zu der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 des mit einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie (siehe die vergrößerte Ansicht aus 7) gezeigten Vergleichsbeispiels in der Nähe des Auslasses der Kältemittelwärmeübertragungspassagen gering ist, der Temperaturabfall groß, und die Temperaturdifferenz zwischen der einlassseitigen Temperatur und der auslassseitigen Temperatur ist groß (siehe die vergrößerte Ansicht aus 8). Das heißt, dass gemäß der Wärmeübertragungsvorrichtung eines Beispiels im Vergleich zu der Vorrichtung des Vergleichsbeispiels die Wärmeübertragungsmenge groß ist und daher eine hohe Kühlleistung erreicht werden kann.
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In diesem Beispiel wurde eine Wärmeübertragungsvorrichtung 2 gemäß der zuvor genannten Ausführungsform verwendet. Die Beziehung zwischen dem Verhältnis des Bereichs f der Abluft und dem Anstiegsverhältnis der Wärmeaustauschmenge an der Lufteinleitungsfläche F der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 kann durch Simulationsrechnung dargestellt werden. Dazu umfasste der Bereich der Abluft den Bereich fz einer Kältemittelwärmeübertragungspassage P. Das Ergebnis ist in dem Diagramm aus 9 gezeigt. In diesem Diagramm zeigt die horizontale Achse das Verhältnis (S/S BASE) [%] des Bereichs f für Abluft, und die vertikale Achse zeigt das Anstiegsverhältnis (Q/Q_BASE) [%] der Wärmeaustauschmenge [%] der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 während der Änderung des Verhältnisses (S/S_Base), wenn angenommen wird, dass die Wärmeaustauschmenge der Wärmeübertragungsvorrichtung 2 zu dem Zeitpunkt, wo keine Abluft benutzt wird, jedoch Umgebungsluft zu der gesamten Lufteinleitungsfläche F geleitet wird, 100% war.
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Wie aus diesem Diagramm zu entnehmen ist, ist die Wärmeaustauschmenge groß, wenn das Verhältnis 2 bis 20% ist, und die Wärmeaustauschmenge ist größer, wenn das Verhältnis 4 bis 16% ist. Besonders, wenn das Verhältnis 6 bis 12% ist, ist im Vergleich zu der üblichen Wärmeübertragungsvorrichtung 2 (100% Wärmeübertragungsmenge) die Wärmeübertragungsmenge um 6% oder mehr größer.
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Wie oben erwähnt, kann gemäß der die Fahrzeugklimatisierung betreffenden Technik mit einem Kältekreislauf, unter Verwendung von überkritischem Kältemittel, wie CO2-Kältemittel, eine ausreichende Wärmeübertragungsmenge des Kältemittels sichergestellt werden, und der Ventilationsverlust kann reduziert werden, während die Kühlleistung verbessert wird, und die Wärmeenergie kann wirksam genutzt werden. Dementsprechend kann sie für eine Fahrzeugklimaanlage zweckmäßig verwendet werden.
