DE112014001746T5

DE112014001746T5 - Fahrzeug-Klimaanlage

Info

Publication number: DE112014001746T5
Application number: DE112014001746.9T
Authority: DE
Inventors: Shinji Kakizaki; Choji Sakuma
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-12-24
Also published as: US10596874B2; JPWO2014156585A1; CN104995047B; WO2014156585A1; US20160001628A1; CN104995047A; JP6030226B2

Abstract

Eine Klimaanlage für ein Fahrzeug ist versehen mit: einem Kondensator, in welchem ein von einem Kompressor abgegebenes Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel strömt und welcher Luft erwärmt, welche durch die Umgebung davon passiert; einen Verdampfer, in welchem ein Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittel strömt und welcher Wärme von Luft absorbiert, welche durch die Umgebung davon passiert; und eine Schalteinheit, welche eine Luftströmung umschaltet gemäß der Zeit, wenn das Fahrzeug geheizt, gekühlt oder entfeuchtet und geheizt wird. Die Schalteinheit bewirkt, dass die durch die Umgebung von dem Kondensator passierende Luft in ein Fahrzeuginneres ausströmt, wenn das Fahrzeug geheizt wird, bewirkt, dass die durch die Umgebung von dem Verdampfer passierende Luft in das Fahrzeuginnere ausströmt, wenn das Fahrzeug gekühlt wird, und bewirkt, dass die durch die Umgebungen von dem Verdampfer und dem Kondensator der Reihe nach passierende Luft in das Fahrzeuginnere ausströmt, wenn das Fahrzeug entfeuchtet und geheizt wird. Gemäß dem obigen Aspekt kann ein Umschalten zwischen einem Kühlen, Heizen und Entfeuchten-Heizen durchgeführt werden, indem nur der Luftstrom in der Klimaanlage für das Fahrzeug umgeschaltet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Klimaanlage. Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-074870 wird beansprucht, welche am 29. März 2013 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik ist bei einer Fahrzeug-Klimaanlage, welche einen Kühlerkreislauf verwendet, eine Konfiguration bekannt, welche einen Heizkern umfasst, um von einer Maschine erwärmtes Kühlwasser zu zirkulieren, und einen Verdampfer umfasst, um ein Kältemittel zu zirkulieren (beispielsweise unter Verweis auf PLT 1). Bei dieser Art von Fahrzeug-Klimaanlage wird Luft, welche in einem Lüftungskanal zirkuliert, durch den Heizkern während eines Heizens erwärmt und durch den Verdampfer während eines Kühlen gekühlt.
Im Gegensatz dazu kann ein Fahrzeug, wie zum Beispiel ein Elektrofahrzeug, welches keine Maschine umfasst, die als eine Fahrzeugantriebsquelle dient, das Kühlwasser von der Maschine während des Heizens/der Erwärmung nicht nutzen. Daher verwendet das Fahrzeug anstelle des voranstehend beschriebenen Kühlerkreislaufs eine Fahrzeug-Klimaanlage, welche einen Wärmepumpenkreislauf verwendet. Bei dieser Art von Fahrzeug-Klimaanlage werden Strömungen von dem Kältemittel umgeschaltet bzw. umgelenkt, um einen Schaltvorgang zwischen einem Kühlmodus und einem Heizmodus durchzuführen.
Hier werden in Bezug auf eine Fahrzeug-Klimaanlage im Stand der Technik, welche den Wärmepumpenkreislauf verwendet, die Ströme von dem Kältemittel in dem Kühlmodus und dem Heizmodus kurz beschrieben. Die 5A und 5B sind Konfigurationsdiagramme von der Fahrzeug-Klimaanlage im Stand der Technik. 5A veranschaulicht den Heizmodus und 5B veranschaulicht den Kühlmodus.
Wie in 5A veranschaulicht, strahlt das von einem Kompressor 101 abgegebene Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemitte in dem Heizmodus Wärme in einem Fahrzeuginnenraum-Kondensator 102 ab. Danach wird das Kältemittel durch ein Expansionsventil 104 expandiert und wird in einen zerstäubten Zustand mit zwei Phasen aus Gas und Flüssigkeit gebracht (reich an einer flüssigen Phase). Dann absorbiert das Kältemittel in einem Fahrzeugaußenwärmetauscher 105 Wärme von der Fahrzeug-Außenatmosphäre. Das Kältemittel im zerstäubten Zustand mit zwei Phasen aus Gas und Flüssigkeit (reich an einer flüssigen Phase) passiert durch ein elektromagnetisches Heizventil 106 und ein Verbindungsrohr 107 und strömt in einen Gas-Flüssigkeit-Separator 108. Innerhalb des in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 108 in Gas und Flüssigkeit separierten Kältemittels wird das Kältemittel in einer Gasphase erneut in den Kompressor 101 gesaugt.
Dann passiert Luft, welche in einem Lüftungskanal 103 durch ein Gebläse 109 zirkuliert wird, durch den Fahrzeuginnenraumkondensator 102. Auf diese Weise wird die Luft zum Zweck eine Erwärmung in einen Fahrzeuginnenraum zugeführt (unter Bezugnahme auf einen Pfeil in der Zeichnung).
Im Gegensatz dazu passiert in dem Kühlmodus das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel, welches von dem Kompressor 101 abgegeben wird, durch den Fahrzeuginnenraumkondensator 102 und das Expansionsventil 104 und Wärme davon wird an die Fahrzeugaußenatmosphäre in dem Fahrzeugaußenwärmetauscher 105 abgestrahlt. Danach passiert das Kältemittel durch ein Rückschlagventil 111 und eine Zweigleitung 112 und strömt in ein elektronisches Expansionskühlventil 113.
Dann wird das Kältemittel durch das elektronische Expansionskühlventil 113 expandiert und wird in einen zerstäubten Zustand mit zwei Phasen von Gas und Flüssigkeit gebracht (reich an einer flüssigen Phase). Als nächstes wird die Wärme von dem Kältemittel in dem Verdampfer 110 absorbiert, um auf diese Weise die Luft im Inneren des Lüftungskanals 103 zu kühlen. Danach passiert das Kältemittel mit zwei Phasen (reich an einer Gasphase) von Gas und Flüssigkeit, welches durch den Verdampfer 110 passiert, durch das Verbindungsrohr 107 und strömt in den Gas-Flüssigkeit-Separator 108. In dem in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 108 in Gas und Flüssigkeit separierten Kältemittel wird das Kältemittel in einer Gasphase erneut in den Kompressor 101 gesaugt.
Dementsprechend wird die in dem Lüftungskanal 103 durch das Gebläse 109 zirkulierte Luft durch eine Wärmeabsorption in dem Verdampfer 110 gekühlt. Danach wird die Luft zirkuliert, indem sie den Fahrzeuginnenraumkondensator 102 umgeht. Auf diese Weise wird die Luft zum Zweck der Kühlung in den Fahrzeuginnenraum zugeführt.
STAND DER TECHNIK-DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE

[PLT 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Publikation Nr. S63-241818

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Jedoch hat die Fahrzeug-Klimaanlage, welche den Wärmepumpenkreislauf verwendet, mehr Nebenaggregate und Teile wie zum Beispiel verschiedene Rohrventile und Verbindungen im Vergleich zu der Fahrzeug-Klimaanlage, welche den oben beschriebenen Kühlerkreislauf verwendet, da eine Strömung von dem Kältemittel abhängig von dem Heizmodus und dem Kühlmodus variiert. Folglich gibt es die folgenden Probleme aufgrund einer Zunahme der Anzahl von Komponenten.
Erstens wird die Klimatisierungsleistung aufgrund einer Wärmeübertragung von den oben beschriebenen Nebenaggregaten und Teilen und einer Erhöhung des Strömungswegwiderstands schlecht.
Zweitens erhöhen Nebenaggregate und Teile die Anlagenkosten und verschlechtern die Produktionseffizienz.
Drittens erhöhen die vermehrten Nebenaggregate und Teile eine Kältemittel-Füllmenge, um auf diese Weise die Anlagenkosten zu erhöhen und auch das Gerätegewicht zu erhöhen.
Viertens verursachen die vermehrten Nebenaggregate und Teile eine Möglichkeit, dass das Kältemittel aus einem Verbindungsabschnitt von den verschiedenen Rohren, Ventilen und Verbindungen entweicht. Daher wird die Systemzuverlässigkeit von der Klimaanlage verringert.
Daher erfolgt die vorliegende Erfindung angesichts der oben beschriebenen Umstände und es ist eine Aufgabe derselben, eine Fahrzeug-Klimaanlage bereitzustellen, welche niedrigere Kosten, eine verbesserte Produktionseffizienz, Gewichtsreduktion, eine vereinfachte Konfiguration, garantierte Systemzuverlässigkeit und hohe Klimatisierungsleistung realisieren kann.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Um die oben beschriebene Aufgabe zu erreichen, umfasst eine Fahrzeug-Klimaanlage gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Kondensator, welcher intern ein von einem Kompressor abgegebenes Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel zirkuliert und um den Kondensator herum passierende Luft erwärmt, einen Verdampfer, welcher intern ein Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittel zirkuliert und Wärme von der um den Verdampfer herum passierenden Luft absorbiert, und einen Schaltabschnitt, welcher Strömungen von der Luft in Reaktion auf eine Heizzeit, eine Kühlzeit und eine Entfeuchtungs-Heizzeit von einem Fahrzeug umschaltet. Der Schaltabschnitt bewirkt, dass die um den Kondensator herum passierende Luft während der Heizzeit des Fahrzeugs in einen Fahrzeuginnenraum strömt, bewirkt, dass die um den Verdampfer herum passierende Luft während der Kühlzeit des Fahrzeugs in den Fahrzeuginnenraum strömt, und bewirkt, dass die der Reihe nach durch den Verdampfer und den Kondensator passierende Luft während der Entfeuchtungs-Heizzeit des Fahrzeugs in den Fahrzeuginnenraum strömt.
Der Kondensator und der Verdampfer können derart angeordnet sein, dass sie einander nahe sind.
Die oben beschriebene Fahrzeug-Klimaanlage kann ferner einen Verbindungsabschnitt umfassen, welcher den Kondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, welcher das von dem Kondensator abgegebene Kältemittel expandiert und das Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck an den Verdampfer abgibt. Der Kondensator und der Verdampfer können miteinander vermittels des Verbindungsabschnitts integriert sein.
Der Kondensator und der Verdampfer können an einer Position nahe einem Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet sein.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung findet während einer Heizzeit eines Fahrzeugs ein Wärmeaustausch zwischen einem Kondensator und Luft statt, wenn die Luft um den Kondensator herum passiert, um auf diese Weise die Luft zu erwärmen. Als ein Ergebnis kann warme Luft in einen Fahrzeuginnenraum zugeführt werden.
Zusätzlich wird während einer Kühlzeit des Fahrzeugs Wärme von der Luft von einem Verdampfer absorbiert, wenn die Luft um den Verdampfer herum passiert, um auf diese Weise die Luft zu kühlen. Als ein Ergebnis kann kühle Luft in den Fahrzeuginnenraum zugeführt werden.
Während einer Entfeuchtungs-Heizzeit des Fahrzeugs wird die Wärme von dem Verdampfer absorbiert, wenn die Luft durch den Verdampfer hindurch passiert, um auf diese Weise die Luft auf einen Taupunkt herunter zu kühlen und die Luft zu entfeuchten. Danach passiert die entfeuchtete Luft durch den Kondensator. Auf diese Weise, in ähnlicher Weise zu der oben beschriebenen Heizzeit, wird die Luft warme Luft und wird in den Fahrzeuginnenraum zugeführt.
Auf diese Weise kann gemäß dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung Kühlen, Erwärmen bzw. Heizen und Entfeuchten-Heizen bzw. Entfeuchten-Erwärmen untereinander einfach durch ein Umschalten von Strömungen von der Luft im Inneren der Fahrzeug-Klimaanlage umgeschaltet werden. Daher kann im Vergleich zu einer Konfiguration, in welcher verschiedene Modi untereinander umgeschaltet werden, indem Ströme von einem Kältemittel wie in einem Wärmepumpenkreislauf im Stand der Technik umgeschaltet werden, die Anzahl an Komponenten reduziert werden.
Als ein Ergebnis ist es möglich, geringere Kosten, eine verbesserte Produktionseffizienz, Verringerung des Gewichts und eine vereinfachte Konfiguration zu realisieren.
Zusätzlich können weniger Komponenten eine Erhöhung einer Wärmeübertragungsfläche und eines Strömungswegwiderstands verhindern. Folglich kann die Klimatisierungsleistung verbessert werden.
Ferner kann verhindert werden, dass das Kältemittel aus einem Verbindungsabschnitt von jeder Komponente austritt. Folglich kann die Zuverlässigkeit des Systems verbessert werden.
Zusätzlich, wie in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn der Kondensator und der Verdampfer an der Position in der Nähe zueinander angeordnet sind, ist es beispielsweise möglich, die Länge von einem Rohr zur Verbindung des Kondensators und des Verdampfers miteinander zu verkürzen. Dies kann die Anzahl an Komponenten weiter reduzieren.
Zusätzlich, wie in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn der Kondensator und der Verdampfer miteinander vermittels eines Verbindungsabschnitts zur Expansion des Kältemittels integriert sind, kann die Länge von einem Kältemittelströmungsweg zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer minimiert werden. Dies kann einen Einbauraum reduzieren und kann ferner die Anzahl an Komponenten reduzieren.
Zusätzlich, wie in dem oben beschriebenen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn der Kondensator und der Verdampfer in der Umgebung eines Armaturenbretts angeordnet sind, kann die Luft effektiver zwischen dem Fahrzeuginnenraum, einem Motorraum und einem Maschinenraum vermittels des Kondensators und des Verdampfers zirkuliert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Konfigurationsdiagramm (Seitenansicht) von einer Fahrzeug-Klimaanlage.
2A ist ein erläuterndes Diagramm, um einen Kühlmodus zu veranschaulichen, und ist ein Konfigurationsdiagramm entsprechend 1.
2B ist ein erläuterndes Diagramm, um den Kühlmodus zu veranschaulichen, und ist ein Diagramm, welches eine Strömung von Luft und eine Strömung von einem Kältemittel veranschaulicht.
3A ist ein erläuterndes Diagramm, um einen Heizmodus zu veranschaulichen, und ist ein Konfigurationsdiagramm entsprechend 1.
3B ist ein erläuterndes Diagramm, um den Heizmodus zu veranschaulichen, und ist ein Diagramm, welches eine Strömung von der Luft und eine Strömung von dem Kältemittel veranschaulicht.
4A ist ein erläuterndes Diagramm, um einen Entfeuchtungs-Heizmodus zu veranschaulichen, und ist ein Konfigurationsdiagramm entsprechend 1.
4B ist ein erläuterndes Diagramm, um den Entfeuchtungs-Heizmodus zu veranschaulichen, und ist ein Diagramm, welches eine Strömung von der Luft und eine Strömung von dem Kältemittel veranschaulicht.
5A ist ein Konfigurationsdiagramm von einer Fahrzeug-Klimaanlage im Stand der Technik und veranschaulicht einen Heizmodus.
5B ist ein Konfigurationsdiagramm von der Fahrzeug-Klimaanlage im Stand der Technik und veranschaulicht einen Kühlmodus.
AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Als nächstes wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind Längs-, Vertikal- und Lateral-Richtungen die gleichen wie die Richtungen in einem Fahrzeug, wenn nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus bezeichnet in den für die folgende Beschreibung verwendeten Zeichnungen ein Pfeil FR einen vorderen Abschnitt von dem Fahrzeug, und ein Pfeil UP bezeichnet einen oberen Abschnitt von dem Fahrzeug.
[Fahrzeug-Klimaanlage]
1 ist ein Konfigurationsdiagramm (Seitenansicht) von einer Fahrzeug-Klimaanlage.
Eine Fahrzeug-Klimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, welche in 1 veranschaulicht ist, ist an ein Elektrofahrzeug montiert, welches keine Maschine (Verbrennungsmotor) als eine Fahrzeugantriebsquelle umfasst. Insbesondere umfasst die Fahrzeug-Klimaanlage 1 hauptsächlich ein Gehäuse 10 und einen Wärmepumpenkreislauf 11, durch welchen ein Kältemittel zirkuliert werden kann.
Das Gehäuse 10 hat beispielsweise eine lange Kastenform in der Längsrichtung und ist derart angeordnet, dass es ein Armaturenbrett 4 durchdringt, welches einen Fahrzeuginnenraum 2 und einen Motorraum 3 in dem zentralen Abschnitt in der Längsrichtung unterteilt. D. h., das Gehäuse 10 ist in einem Zustand angeordnet, in welchem von dem Armaturenbrett 4 jeweils ein vorderer Abschnitt zur Seite des Motorraums 3 hin vorsteht und ein hinterer Abschnitt zur Seite des Fahrzeuginnenraums 2 hin vorsteht.
Ein Paar von Einlasskanälen (erster Einlasskanal 12 und zweiter Einlasskanal 13), welche nach oben hin vorstehen, sind in beiden Längsendabschnitten von dem Gehäuse 10 ausgebildet.
Der erste Einlasskanal 12 ist an einem vorderen Endabschnitt von dem Gehäuse 10 angeordnet und hat einen ersten Lufteinlass (nicht veranschaulicht), welcher in der Fahrzeugbreitenrichtung zu einer Seite hin öffnet. Zusätzlich ist ein erstes Gebläse 14 in dem ersten Einlasskanal 12 untergebracht. Das erste Gebläse 14 bewirkt, dass Innenluft oder Außenluft (nachfolgend werden die Innenluft und die Außenluft gemeinsam in einigen Fällen als Luft bezeichnet) von dem Fahrzeuginnenraum, welche in das Gehäuse 10 von dem ersten Lufteinlass aufgenommen wird, in das Gehäuse 10 bläst.
Der zweite Einlasskanal 13 ist an einem hinteren Endabschnitt von dem Gehäuse 10 angeordnet und hat einen zweiten Lufteinlass (nicht veranschaulicht), welcher in der Fahrzeugbreitenrichtung zu der anderen Seite hin öffnet. Zusätzlich ist ein zweites Gebläse 15 in dem zweiten Einlasskanal 13 untergebracht. Das zweite Gebläse 15 bewirkt, dass Luft, welche von dem zweiten Lufteinlass in das Gehäuse 10 aufgenommen wird, in das Gehäuse 10 bläst.
Mehrere Blasöffnungen 21 bis 23, welche die an der Innenseite des Gehäuses 10 zirkulierende Luft von dem Gehäuse 10 nach außen blasen, sind in dem Gehäuse 10 ausgebildet. Insbesondere hat das Gehäuse 10 eine nach unten gerichtete Blasöffnung 21, welche nach unten öffnet, eine hintere Blasöffnung 22, welche nach hinten öffnet, und eine nach oben gerichtete Blasöffnung 23, welche nach oben öffnet.
Die nach unten gerichtete Blasöffnung 21 kann mit der Innenseite von dem Motorraum 3 an einer unteren Fläche von dem Gehäuse 10 kommunizieren.
Die nach hinten gerichtete Blasöffnung 22 kann mit der Innenseite von dem Fahrzeuginnenraum 2 auf der Rückseite von der nach unten gerichteten Blasöffnung 22 in dem Gehäuse 10 kommunizieren.
Zusätzlich ist eine erste (Luft-)Klappe (Schalter) 31 zum Umschalten, um irgendeine von den Blasöffnungen 21 und 22 von der nach unten gerichteten Blasöffnung 21 und der nach hinten gerichteten Blasöffnung 22 zu öffnen, in dem Gehäuse 10 angeordnet. Insbesondere ist die erste Klappe 31 schwenkbar beweglich unter Verwendung einer Antriebseinrichtung (nicht veranschaulicht) zwischen einer Kühlposition D1, in welcher die nach unten gerichtete Blasöffnung 21 offen ist und die nach hinten gerichtete Blasöffnung 22 geschlossen ist, und einer Erwärmungsposition bzw. Heizposition D2, in welcher die nach hinten gerichtete Blasöffnung 22 offen ist und die nach unten gerichtete Blasöffnung 21 geschlossen ist (auf einen Pfeil A1 in 1 Bezug nehmend).
D. h., wenn die erste Klappe 31 in der Kühlposition D1 angeordnet ist, wird die von der nach unten gerichteten Blasöffnung 21 blasende Luft in den Motorraum 3 abgegeben. Im Gegensatz dazu, wenn die erste Klappe 31 in der Heizposition D2 angeordnet ist, wird die von der nach hinten gerichteten Blasöffnung 22 blasende Luft in den Fahrzeuginnenraum 2 (Füße, Oberkörper, Entfroster bzw. Defroster (DEF) und dergleichen) durch eine Zufuhröffnung, welche in dem Fahrzeuginnenraum 2 angeordnet ist, als warme Luft zum Heizen zugeführt (oder zum Entfeuchten-Heizen).
Die nach oben gerichtete Blasöffnung 23 ist derart ausgebildet, dass sie sich in der Längsrichtung auf der oberen Fläche von dem Gehäuse 10 über das Armaturenbrett 4 erstreckt, und kann jeweils mit der Innenseite von dem Motorraum 3 und der Innenseite von dem Fahrzeuginnenraum 2 kommunizieren.
Dann ist eine zweite (Luft-)Klappe (Schaltabschnitt) 32, welche eine Öffnungsrichtung von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 zu der Seite umschalten kann, welche mit dem Motorraum 3 versehen ist, oder der Seite, welche mit dem Fahrzeuginnenraum 2 versehen ist, in dem Gehäuse 10 angeordnet. Insbesondere ist die zweite Klappe 32 schwenkbar beweglich unter Verwendung eines Antriebsmittels (nicht veranschaulicht) zwischen einer Kühlposition E1, in welcher die nach oben gerichtete Blasöffnung 23 mit der Seite kommuniziert, welche mit dem Fahrzeuginnenraum 2 versehen ist, und die Seite, welche mit dem Motorraum 3 versehen ist, geschlossen ist, und einer Heizposition E2, in welcher die nach oben gerichtete Blasöffnung 23 mit der Seite kommuniziert, welche mit dem Motorraum 3 versehen ist, und die Seite, welche mit dem Fahrzeuginnenraum 2 versehen ist, geschlossen ist (auf einen Pfeil A2 in 1 Bezug nehmend).
D. h., wenn die zweite Klappe 32 in der Kühlposition E1 angeordnet ist, wird die Luft, welche von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 bläst, in den Fahrzeuginnenraum 2 durch eine Zufuhröffnung (nicht veranschaulicht) als Kühlluft zum Kühlen zugeführt. Im Gegensatz dazu, wenn die zweite Klappe 32 in der Heizposition E2 angeordnet ist, wird die von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 blasende Luft in den Motorraum 3 abgegeben. Ein Führungsweg (nicht dargestellt), welcher in dem Entfeuchtungs-Heizmodus (welcher später beschrieben wird) die in den Motorraum 3 von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 abgegebene Luft zu dem ersten Einlasskanal 12 leitet, kann mit der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 verbunden sein.
Beispielsweise umfasst der Wärmepumpenkreislauf 11 eine Wärmetauschereinheit 41 und einen Kompressor 42. Ein Kältemittel kann zwischen der Wärmetauschereinheit 41 und dem Kompressor 42 zirkuliert werden.
Die Wärmetauschereinheit 41 ist in einem Zustand angeordnet, in welchem sie in der Umgebung von dem Armaturenbrett 4 im Inneren des Gehäuses 10 liegt, und unterteilt die Innenseite von dem Gehäuse 10 in der Längsrichtung.
Insbesondere ist die Wärmetauschereinheit 41 derart konfiguriert, dass der Kondensator 43 und der Verdampfer 44 miteinander vermittels des Verbindungsabschnitts 45 integriert sind. In diesem Fall, innerhalb der Wärmetauschereinheit 41, ist der Kondensator 43 an einer vorderen Seite im Inneren des Gehäuses 10 angeordnet und der Verdampfer 44 ist an einer Rückseite im Inneren des Gehäuses 10 und oberhalb des Kondensators 43 angeordnet.
Der Kondensator 43 kann Wärme abstrahlen unter Verwendung eines intern zirkulierenden Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittels. Beispielsweise führt der Kondensator 43 einen Wärmeaustausch mit der Luft durch, welche um den Kondensator 43 im Inneren des Gehäuses 10 passiert. D. h., der Kondensator 43 kann die um den Kondensator 43 herum passierende Luft erwärmen. Der Kondensator 43 ist derart angeordnet, dass er die Seite, welche mit dem Motorraum 3 versehen ist, im Inneren des Gehäuses 10 in den ersten Einlasskanal 12 und die nach unten gerichtete Blasöffnung 21 trennt.
Der Verdampfer 44 führt einen Wärmeaustausch durch zwischen dem intern zirkulierenden Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck und der Luft im Inneren des Gehäuses 10. Insbesondere kühlt beispielsweise der Verdampfer 44 die um den Verdampfer 44 herum passierende Luft, indem die Wärme absorbiert wird, wenn das Kältemittel verdampft. Der Verdampfer 44 ist angeordnet, um das Innere des Gehäuses 10 auf der Seite, welche mit dem Fahrzeuginnenraum 2 versehen ist, in den zweiten Einlasskanal 13 und die nach oben gerichtete Blasöffnung 23 zu trennen.
Der Verbindungsabschnitt 45 umfasst ein Expansionsventil 46, welches einen auslassseitigen Strömungsweg 43a von dem Kondensator 43 und einen einlassseitigen Strömungsweg 44b von dem Verdampfer 44 miteinander verbindet. Das Expansionsventil 46 expandiert das von dem Kondensator 43 abgegebene Kältemittel und gibt das Kältemittel von einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck in einem zerstäubten Zustand mit zwei Phasen von Gas und Flüssigkeit an den einlassseitigen Strömungsweg 44b von dem Verdampfer 44 ab. Statt des Expansionsventils 46 kann ein Diffusor verwendet werden.
Der Kompressor 42 verbindet einen auslassseitigen Strömungsweg 44a von dem Verdampfer 44 und einen einlassseitigen Strömungsweg 43b von dem Kondensator 43 miteinander. Der Kompressor 42 saugt das Kältemittel, welches in eine Gasphase gebracht ist, nach dem Zirkulieren in dem Verdampfer 44 an, komprimiert das Kältemittel, und gibt das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel an den Kondensator 43 ab.
[Arbeitsweise der Fahrzeug-Klimaanlage]
Als nächstes wird eine Arbeitsweise von der oben beschriebenen Fahrzeug-Klimaanlage 1 beschrieben. Die Fahrzeug-Klimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann einen Kühlmodus, einen Heizmodus und einen Entfeuchtungs-Heizmodus voneinander umschalten, indem Strömungen von der Luft im Inneren des Gehäuses 10 geschaltet bzw. umgelenkt werden.
Als erstes wird eine Strömung eines Kältemittels (auf einen Pfeil C in der Zeichnung Bezug nehmend) in dem Wärmepumpenkreislauf 11 beschrieben.
Die 2A und 2B sind erläuternde Diagramme, um den Kühlmodus zu veranschaulichen. 2A ist ein Konfigurationsdiagramm entsprechend 1 und 2B ist ein Diagramm, um eine Strömung von Luft und eine Strömung von dem Kältemittel zu veranschaulichen.
Wie in den 2A und 2B veranschaulicht, wird das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel (Gasphase), welches von dem Kompressor 42 abgegeben wird, dem einlassseitigen Strömungsweg 43b von dem Kondensator 43 zugeführt. Das Kältemittel, welches dem einlassseitigen Strömungsweg 43b von dem Kondensator 43 zugeführt wird, wird dazu veranlasst, zu zirkulieren, während es Wärme in dem Kondensator 43 abstrahlt, und wird in eine flüssige Phase gebracht. Danach strömt das in die flüssige Phase gebrachte Kältemittel in das Expansionsventil 46 vermittels des auslassseitigen Strömungswegs 43a.
Dann wird das Kältemittel durch das Expansionsventil 46 expandiert, wird in einem zerstäubten Zustand mit zwei Phasen von Gas und Flüssigkeit gebracht und wird dem einlassseitigen Strömungsweg 44b von dem Verdampfer 44 zugeführt. Danach wird das dem einlassseitigen Strömungsweg 44b von dem Verdampfer 44 zugeführte Kältemittel veranlasst, zu zirkulieren, während die Wärme von dem Verdampfer 44 absorbiert wird, und wird in eine Gasphase gebracht. Das in die Gasphase gebrachte Kältemittel strömt von dem auslassseitigen Strömungsweg 44a aus und wird erneut in den Kompressor 42 gesaugt.
Die Luft im Inneren des Gehäuses 10 wird durch den Verdampfer 44 bis auf einen Taupunkt gekühlt. Auf diese Weise wird die Luft kondensiert und wird kondensiertes Wasser W und haftet an dem Verdampfer 44 und der Außenumfangsfläche von dem Verbindungsabschnitt 45 an. Dann wird das kondensierte Wasser W zu dem Kondensator 43 und dem Kompressor 42 transferiert. Folglich werden ein überhitzter Abschnitt (überheizter Abschnitt) von dem Kondensator 43 und einen Inverter von dem Kompressor 42 gekühlt.
Als nächstes wird eine Strömung der Luft in jedem Modus beschrieben.
<Kühlmodus>
In dem Kühlmodus, wie in 2A veranschaulicht, werden die erste Klappe 31 und die zweite Klappe 32 als erstes so eingestellt, dass sie in den Kühlpositionen D1 und E1 angeordnet sind. D. h., die nach hinten gerichtete Blasöffnung 22 wird durch die erste Klappe 31 geschlossen und die Seite des Motorraums 3 innerhalb der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 wird durch die zweite Klappe 32 geschlossen.
In diesem Zustand, wenn die Gebläse 14 und 15 angetrieben werden, strömt Luft F1 und Luft F2 jeweils in den ersten Einlasskanal 12 und den zweiten Einlasskanal 13 durch jeden Lufteinlass. Die von den Einlasskanälen 12 und 13 aufgenommene Luft kann Innenluft oder Außenluft von dem Fahrzeuginnenraum sein. In 2B strömt die Außenluft in den ersten Einlasskanal 12 und die Innenluft strömt in den zweiten Einlasskanal 13.
Von der Luft F1 und der Luft F2, welche in die Kanäle 12 und 13 strömen, wird die Luft F1, welche in den ersten Einlasskanal 12 strömt, einem Wärmeaustausch mit dem Kondensator 43 unterzogen, wenn die Luft F1 durch den Kondensator 43 im Inneren des Gehäuses 10 passiert. Danach wird die Luft F1 von der nach unten gerichteten Blasöffnung 21 abgegeben. Dann wird die von der nach unten gerichteten Blasöffnung 21 abgegebene Luft F1 durch den Motorraum 3 auswärts von dem Fahrzeug abgegeben. D. h., die Luft F1 wird beim Abstrahlen der Wärme in dem Kondensator 43 verwendet und dann von der nach unten gerichteten Blasöffnung 21 abgegeben.
Im Gegensatz dazu wird die in den zweiten Einlasskanal 13 strömende Luft F2 durch Wärmeabsorption in dem Verdampfer 44 gekühlt, wenn die Luft F2 durch den Verdampfer 44 im Inneren des Gehäuses 10 passiert, und wird dann von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben. Die von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 abgegebene Luft F2 wird in den Fahrzeuginnenraum 2 durch eine Zufuhröffnung (nicht veranschaulicht) als Kühlluft zugeführt. Eine Temperatur von der in den Fahrzeuginnenraum 2 von der Zufuhröffnung zugeführten Luft kann eingestellt werden, indem die Drehzahl von dem Kompressor 42 verändert wird.
<Heizmodus>
Die 3A und 3B sind erläuternde Diagramme, um den Heizmodus zu veranschaulichen. 3A ist ein Konfigurationsdiagramm entsprechend 1 und 3B ist ein Diagramm, um eine Strömung von der Luft und eine Strömung von dem Kältemittel zu veranschaulichen.
In dem Heizmodus, wie in 3A veranschaulicht, werden die erste Klappe 31 und die zweite Klappe 32 zuerst so eingestellt, dass sie an den Heizpositionen D2 und E2 angeordnet sind. D. h., die nach unten gerichtete Blasöffnung 21 wird durch die erste Klappe 31 geschlossen und die Seite des Fahrzeuginnenraums 2 innerhalb der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 wird durch die zweite Klappe 32 geschlossen.
In dem Heizmodus wird von der Luft F1 und der Luft F2, welche in die Kanäle 12 und 13 strömen, die Luft F1, welche in den ersten Einlasskanal 12 strömt, durch Wärmeaustausch mit dem Kondensator 43 erwärmt, wenn die Luft F1 durch den Kondensator 43 im Inneren des Gehäuses 10 passiert. Danach wird die Luft F1 von der nach hinten gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben. Dann wird die Luft F1, welche von der nach hinten gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben wird, in den Fahrzeuginnenraum 2 durch eine Zufuhröffnung (nicht veranschaulicht) als warme Luft zugeführt. Die von dem ersten Einlasskanal 12 aufgenommene Luft kann die Innenluft oder die Außenluft von dem Fahrzeuginnenraum sein. Jedoch ist es bevorzugt, die Außenluft zur Entfrostung zu verwenden und die Innenluft zum Erwärmen der Füße oder eines Oberkörpers einer Person zu verwenden.
Im Gegensatz dazu wird die Luft F2, welche in den zweiten Einlasskanal 13 strömt, durch Wärmeabsorption in dem Verdampfer 44 gekühlt, wenn die Luft F2 durch den Verdampfer 44 im Inneren des Gehäuses 10 passiert, und wird dann von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben. Die Luft, welche von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben wird, wird von dem Fahrzeug durch die Innenseite von dem Motorraum 3 nach außen abgegeben.
Die von dem zweiten Einlasskanal 13 aufgenommene Luft F2 kann die Innenluft oder die Außenluft sein. Wie in 3B veranschaulicht, wenn die Luft F2, welche in den zweiten Einlasskanal 13 aufgenommen wird, die Außenluft ist, wird die Außenluft, welche warm wird, indem sie Abwärme im Inneren des Motorraums 3 sammelt, dazu veranlasst, durch den Verdampfer 44 zu passieren. Daher ist es möglich, die Wärmeaustauscheffizienz in dem Verdampfer 44 zu verbessern.
<Entfeuchtungs-Heizmodus>
Die 4A und 4B sind erläuternde Diagramme, um den Entfeuchtungs-Heizmodus zu veranschaulichen. 4A ist ein Konfigurationsdiagramm entsprechend 1 und 4B ist ein Diagramm, um eine Strömung von der Luft und eine Strömung von dem Kältemittel zu veranschaulichen.
In dem Entfeuchtungs-Heizmodus, wie in 4A veranschaulicht, in einem Zustand, in welchem die erste Klappe 31 und die zweite Klappe 32 als erstes so eingestellt sind, dass sie an den Heizpositionen D2 und E2 in ähnlicher Weise zu dem Heizmodus angeordnet sind, wird die Luft F2 von dem zweiten Einlasskanal 13 genommen.
Die Luft F2, welche in den zweiten Einlasskanal 13 strömt, wird durch Wärmeabsorption in dem Verdampfer 44 gekühlt, wenn die Luft F2 durch den Verdampfer 44 im Inneren des Gehäuses 10 passiert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Luft F1, welche durch den Verdampfer 44 passiert, auf einen Taupunkt heruntergekühlt und wird so von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 in einem entfeuchteten Zustand abgegeben.
Luft F2a (nachfolgend als entfeuchtete Luft 2a bezeichnet), welche von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben wird, strömt in den ersten Einlasskanal 12 durch die Innenseite von dem Motorraum 3 (beispielsweise den oben beschriebenen Führungsweg).
Die entfeuchtete Luft F2a, welche in den ersten Einlasskanal 12 strömt, wird durch einen Wärmeaustausch mit dem Kondensator 43 erwärmt, wenn die entfeuchtete Luft F2a durch den Kondensator 43 im Inneren des Gehäuses 10 passiert. Danach wird die entfeuchtete Luft F2a von der nach hinten gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben. Dann wird die entfeuchtete Luft F2a, welche von der nach hinten gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben wird, in den Fahrzeuginnenraum 2 durch eine Zufuhröffnung (nicht veranschaulicht) in ähnlicher Weise zu dem oben beschriebenen Heizmodus zugeführt. Insbesondere wird die entfeuchtete Luft F2a, welche in den Fahrzeuginnenraum 2 in dem Entfeuchtungs-Heizmodus zugeführt wird, zur Entfrostung verwendet. Auf diese Weise ist es möglich, Frost und Beschlag an einem Fahrzeugfenster effizient zu entfernen.
In dem Entfeuchtungs-Heizmodus kann warme Luft Füßen oder einem Oberkörper zugeführt werden, indem die Innenluft oder die Außenluft in den ersten Einlasskanal 12 eingeleitet werden. In diesem Fall kann die Innenluft oder die Außenluft zum Heizen zugeführt werden und die entfeuchtete Luft F2a kann separat zum Entfrosten zugeführt werden. Alternativ können die Innenluft oder die Außenluft und die entfeuchtete Luft F2a zum Heizen und Entfrosten verteilt werden, nachdem sie miteinander im Inneren des Gehäuses 10 gemischt sind.
Wie oben beschrieben ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Kühlmodus, den Heizmodus und den Entfeuchtungs-Heizmodus voneinander einfach durch Umlenken bzw. Umschalten von Strömungen von der Luft im Inneren des Gehäuses 10 umzuschalten. Daher, im Vergleich zu einer Konfiguration, in welcher verschiedene Modi voneinander umgeschaltet werden, indem Strömungen von dem Kältemittel umgeschaltet bzw. umgelenkt werden, wie in dem Wärmepumpenkreislauf im Stand der Technik, ist es möglich, die Anzahl an Komponenten zu reduzieren.
Als ein Ergebnis ist es möglich, niedrigere Kosten, eine verbesserte Produktionseffizienz, Reduzierung des Gewichts und eine vereinfachte Konfiguration zu realisieren.
Zusätzlich können weniger Komponenten eine Erhöhung einer Wärmeübertragungsfläche und eines Strömungswegwiderstands verhindern. Folglich ist es möglich, eine Klimatisierungsleistung zu verbessern.
Ferner kann das Kältemittel daran gehindert werden, aus einem Verbindungsabschnitt von jeder Komponente auszutreten. Folglich ist es möglich, die Systemzuverlässigkeit zu verbessern.
Zusätzlich sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Kondensator 43 und der Verdampfer 44 nahe beieinander angeordnet. Folglich ist es beispielsweise möglich, die Länge von einem Rohr zur Verbindung des Kondensators 43 und des Verdampfers 44 miteinander zu verkürzen. Dies kann ferner die Anzahl an Komponenten reduzieren.
Ferner sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Kondensator 43 und der Verdampfer 44 miteinander vermittels des Verbindungsabschnitts 45 integriert, welcher das Expansionsventil 46 umfasst. Folglich ist es möglich, die Länge von einem Kältemittel-Strömungsweg zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer zu minimieren. Dies kann einen Einbauraum reduzieren und kann ferner die Anzahl an Komponenten reduzieren.
Ferner sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Kondensator 43 und der Verdampfer 44 in der Umgebung des Armaturenbretts 4 angeordnet. Folglich ist es möglich, die Luft zwischen dem Fahrzeuginnenraum 2 und dem Motorraum 3 vermittels des Kondensators 43 und des Verdampfers 44 effektiver zu zirkulieren.
Ohne auf die oben beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen beschränkt zu sein, umfasst der technische Bereich der vorliegenden Erfindung verschiedene Modifikationen, welche den oben beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt sind, innerhalb eines Bereichs, welcher vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung nicht abweicht. D. h., Konfigurationen, welche durch die oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden sind lediglich Beispiele und können entsprechend modifiziert werden.
Beispielsweise wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Elektrofahrzeug als ein Beispiel von einem Fahrzeug, welches keine Maschine umfasst, beschrieben. Jedoch, ohne hierauf beschränkt zu sein, kann ein Brennstoffzellenfahrzeug die Fahrzeug-Klimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden. Zusätzlich kann das Fahrzeug, welches eine Maschine umfasst, die Fahrzeug-Klimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwenden. Wenn das Fahrzeug, welches eine Maschine umfasst, die Fahrzeug-Klimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet, kann eine Konfiguration angewendet werden, in welcher ein Heizkern, welcher Kühlwasser von dem Motor zirkulieren kann, im Inneren des Gehäuses 10 angeordnet ist.
Zusätzlich wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen eine Konfiguration beschrieben, in welcher die entfeuchtete Luft F2a, welche von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 blässt, insgesamt dazu veranlasst wird, in dem Entfeuchtungs-Heizmodus in den ersten Einlasskanal 12 zu strömen. Jedoch sind die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt.
Beispielsweise kann ein Abgabeweg zur Abgabe der in den Motorraum 3 abgegebenen Luft auswärts von dem Fahrzeug in dem oben beschriebenen Entfeuchtungs-Heizmodus und Einführungsweg, um die in den Motorraum 3 abgegebene Luft in dem oben beschriebenen Entfeuchtungs-Heizmodus zu dem ersten Einlasskanal 12 zu leiten, in der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 angeordnet sein. D. h., eine Konfiguration kann angenommen werden, in welcher von der entfeuchteten Luft F2a, welche von der nach oben gerichteten Blasöffnung 23 abgegeben wird, die entfeuchtete Luft teilweise auswärts von dem Fahrzeug durch den Abgabeweg abgegeben wird, und in welcher die übrige entfeuchtete Luft dazu veranlasst wird, durch den Führungsweg in den ersten Einlasskanal 12 zu strömen.
Zusätzlich wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Fall beschrieben, in welchem die jeweiligen Klappen 31 und 32 so eingestellt sind, dass sie an irgendeiner Position von den Kühlpositionen D1 und E1 oder den Heizpositionen D2 und E2 angeordnet sind. Jedoch, ohne darauf beschränkt zu sein, kann eine Konfiguration angenommen werden, in welcher ein Öffnungsgrad zwischen den Kühlpositionen D1 und E1 und den Heizpositionen D2 und E2 eingestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: FAHRZEUG-KLIMAANLAGE
31: ERSTE KLAPPE (SCHALTER)
32: ZWEITE KLAPPE (SCHALTABSCHNITT)
42: KOMPRESSOR
43: KONDENSATOR
44: VERDAMPFER

Claims

Eine Fahrzeug-Klimaanlage umfassend: einen Kondensator, welcher intern ein von einem Kompressor abgegebenes Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel zirkuliert und um den Kondensator herum passierende Luft erwärmt; einen Verdampfer, welcher intern ein Niedertemperatur- und Niederdruck-Kältemittel zirkuliert und Wärme von der um den Verdampfer herum passierenden Luft absorbiert; und einen Schaltabschnitt, welcher Strömungen von Luft in Reaktion auf eine Heizzeit, eine Kühlzeit und eine Entfeuchtungs-Heizzeit von einem Fahrzeug umschaltet, wobei der Schaltabschnitt bewirkt, dass die um den Kondensator herum passierende Luft während der Heizzeit des Fahrzeugs in einen Fahrzeuginnenraum strömt, bewirkt, dass die um den Verdampfer herum passierende Luft während der Kühlzeit des Fahrzeugs in den Fahrzeuginnenraum strömt, und bewirkt, dass die der Reihe nach durch den Verdampfer und den Kondensator passierende Luft während der Entfeuchtungs-Heizzeit des Fahrzeugs in den Fahrzeuginnenraum strömt.
Die Fahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei der Kondensator und der Verdampfer derart angeordnet sind, dass sie einander nahe sind.
Die Fahrzeug-Klimaanlage nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Verbindungsabschnitt, welcher den Kondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, welcher das von dem Kondensator abgegebene Kältemittel expandiert und welcher das Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck an den Verdampfer abgibt, wobei der Kondensator und der Verdampfer miteinander vermittels des Verbindungsabschnitts integriert sind.
Die Fahrzeug-Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kondensator und der Verdampfer an einer Position nahe einem Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet sind.