具有超臨界製冷劑製冷循環的車輛空調相關技術的製作方法
2023-05-21 01:47:31
專利名稱：具有超臨界製冷劑製冷循環的車輛空調相關技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有使用超臨界製冷劑例如CO2製冷劑的製冷循環的車輛空調相關技術，尤其涉及例如用於車輛的空調裝置、配備該空調裝置的汽車、用於車輛空調系統的放熱設備以及車輛空調方法。
背景技術：
下文的說明闡述了發明人對相關技術以及其中問題的了解，而不應被理解為是對現有技術內的知識的說明。
在汽車空調系統內，當在空調系統操作期間從車廂排出空氣以便通風時所排空氣發生熱損失(通風損失)。此通風損失在冷卻操作時會達到總熱負荷的大約30％，從而導致額外的功耗，這繼而導致裡程減少而油耗大大增加。
在這種情況下，提出了一種用於有效地利用在排放空氣時(即通風時)所損失的熱能的方法。
例如，在日本未審查公開專利公報No.5-294135公開的用於汽車的空調系統內，將從車廂排出的空氣引入構成製冷劑循環的熱交換器，以在排氣和製冷劑之間交換熱量，從而減小通風損失。
在傳統的車輛製冷系統中，大部分系統採用使用氟利昂(Fron)系列製冷劑的蒸汽壓縮型製冷循環，其中利用冷凝器將壓縮機所壓縮的氣態製冷劑液化，然後利用減壓裝置將所液化的製冷劑減壓，然後利用蒸發器蒸發。上述專利文獻內公開的上述空調系統也可應用於氟利昂系列製冷劑的製冷循環。例如，在車廂的冷卻操作期間，將從車廂排出的空氣(排氣)引入上述製冷循環的冷凝器，以在冷凝器內在排出空氣和製冷劑之間交換熱量，從而使製冷劑冷凝並液化。
近年來，從地球環境保護等的角度考慮，使用天然製冷劑例如二氧化碳的製冷循環獲得廣泛關注。在二氧化碳氣體製冷劑的製冷循環中，與使用上述氟利昂系列製冷劑的製冷循環不同，被壓縮機壓縮的製冷劑在其通過放熱設備(冷凝器)時在超臨界狀態下操作，並且其溫度(顯熱)逐漸降低，同時保持超臨界狀態而未引起相變(冷凝和液化)。如從上文可理解的，二氧化碳氣體製冷劑改變溫度而未發生相變，因此製冷劑和周圍空氣之間的溫差因製冷劑流動的位置不同而不同，並且熱交換性能容易受環境溫度等影響。因此，根據空氣引入狀況，製冷劑的放熱量有很大變化，這繼而使總製冷循環的製冷性能發生很大變化。
在這樣的技術背景下，在二氧化碳製冷劑的製冷循環中，在如上述專利文獻中公開的僅將排氣引入放熱設備的情況下，會出現諸如所引入空氣的溫度和/或製冷劑溫度的變化和/或偏差的缺點，這又使得難以獲得穩定的熱交換性能。因此，不能完全確保製冷劑的放熱量，導致通風損失無效地減少，繼而使能量利用變差。
這裡對其它公報內公開的各種特徵、實施例、方法和裝置的優點和缺點的說明決不是試圖限制本發明。實際上，本發明的特定特徵能夠克服特定缺陷，而仍保留這裡公開的一些或全部特徵、實施例、方法和裝置。
發明內容
鑑於相關領域內的上述問題和/或其它問題開發出本發明的優選實施例。本發明的優選實施例在現有方法和/或裝置上大大改進。
在其它潛在的優點內，一些實施例可提供一種具有利用超臨界製冷劑例如CO2製冷劑的製冷循環的車輛空調裝置一該空調裝置能夠減小通風損失並利用能量，一種配備上述空調裝置的汽車，一種車輛空調放熱設備和一種車輛空調方法。
為了實現上述目標，第一發明具有以下結構。
一種車輛空調裝置，該裝置包括具有製冷劑放熱通道的放熱設備，超臨界製冷劑通過該製冷劑放熱通道與從放熱設備的空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣進行熱交換以被冷卻；以及蒸發器，已冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
在根據本發明的車輛空調裝置中，可確保足夠的製冷劑放熱量，從而實現高製冷性能。即，在利用超臨界製冷劑例如二氧化碳製冷劑的製冷循環中，當製冷劑通過放熱設備的製冷劑放熱通道時，製冷劑的溫度逐漸降低而不會發生相變。因此，在製冷劑放熱通道的上遊側，製冷劑的溫度可保持較高，並且環境溫度和製冷劑溫度之間的溫差可保持足夠大。這導致高效的熱交換和足夠的放熱量。此外，在製冷劑放熱通道的下遊側，製冷劑的溫度低，因此相對於環境溫度的溫差變小。但是，在本發明內，從車廂排出的低溫排氣被引入製冷劑放熱通道的下遊側區域，以便在低溫排氣和製冷劑之間交換熱量。因此，製冷劑和排氣之間的溫差可保持很大，從而產生有效的熱交換和足夠的放熱量。因此，在放熱設備內製冷劑放熱通道的上遊側和下遊側的全部區域處，可在製冷劑和空氣之間進行高效的熱交換，從而產生足夠的放熱量和高製冷性能。
此外，在本發明中，由於利用從車廂排出的排氣的熱能，所以可減小通風損失並有效地利用能量。
如上述項目[1]內所述的車輛空調裝置，其中引入通風損失利用空氣的區域相對於放熱設備的空氣引入表面的佔用面積比例設定為2％到20％。
在本發明使用這種結構的情況下，可更有效地進行熱交換，並可獲得更高的製冷性能。
如上述項目[1]內所述的車輛空調裝置，其中將通風損失利用空氣引入一包括空氣引入表面上的製冷劑放熱通道下遊側端部的區域。
在本發明利用此結構的情況下，可更確保獲得更高的製冷性能。
一種車輛空調裝置，該裝置包括第一和第二放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑依次通過該第一和第二放熱設備，以與從該第一和第二放熱設備的每個空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入第二放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
在此第二發明內，可獲得與上文相同的功能/效果。此外，在此發明中，由於第一和第二放熱設備可設置在不同位置，所以可將放熱設備根據所需的布局自由設置，從而提高通用性。此外，在本發明中，優選使用以下項目[5]到[7]。
如上述項目[4]內所述的車輛空調裝置，其中第二放熱設備的空氣引入表面相對於第一和第二放熱設備的空氣引入表面的總面積的佔用面積比例設定為2％到20％。
如上述項目[4]或[5]內所述的車輛空調裝置，其中第一放熱設備和第二放熱設備相互遠離地設置。
如上述項目[4]到[6]中任何一項內所述的車輛空調裝置，其中第一放熱設備和第二放熱設備中的一個設置在車輛前部，而另一個放熱設備設置在車輛後部。
一種車輛空調裝置，該裝置包括多個放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑通過所述多個放熱設備以便與從多個放熱設備的每個空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由所述多個放熱設備中設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入末級放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
在此第三發明中，可獲得與上文相同的功能/效果。此外，在此發明中，由於第一和第二放熱設備可設置在不同位置，所以可將放熱設備根據所需的布局自由設置，從而提高通用性。此外，在本發明中，優選使用以下項目[9]。
如上述項目[8]中所述的車輛空調裝置，其中末級放熱設備的空氣引入表面相對於所述多個放熱設備的空氣引入表面的總面積的佔用面積比例設定為2％到20％。
一種車輛空調裝置，該裝置包括第一和第二放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑依次通過該第一和第二放熱設備，以與從該第一和第二放熱設備的每個空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由所述第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，
其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入該第二放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入該第二放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
在此第五發明內，可獲得與上文相同的功能/效果。
一種車輛空調裝置，該裝置包括多個放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑通過該多個放熱設備以便與從所述多個放熱設備的每個空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由所述多個放熱設備中設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入所述末級放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入所述末級放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
在此第六發明內，可獲得與上文相同的功能/效果。在每個上述發明內，優選使用以下項目[12]。
如上述項目[1]到[11]中任何一項所述的車輛空調裝置，其中使用CO2製冷劑作為超臨界製冷劑。
一種車輛空調放熱設備，該設備包括製冷劑放熱通道，超臨界製冷劑通過該製冷劑放熱通道；以及用於引入製冷劑冷卻空氣的空氣引入表面，其中，通過該製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與從該空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量，從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入所述空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及在放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域設置有用於引入該通風損失利用空氣的排氣引入區域。
此第七發明說明了一種可應用於本發明的上述車輛空調裝置的放熱設備，並因此可實現與上文相同的功能/效果。此外，在此發明中，優選使用以下項目[14]到[16]。
如上述項目[13]內所述的車輛空調放熱設備，其中所述排氣引入區域相對於總面積的佔用面積比例設定為2％到20％。
如上述項目[13]或[14]內所述的車輛空調放熱設備，其中該排氣引入區域設置在一包括空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側端部的區域。
如上述項目[13]到[15]中任何一項所述的車輛空調放熱設備，其中使用CO2製冷劑作為超臨界製冷劑。
一種車輛空調方法，其中使通過放熱設備的製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入該放熱設備的空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻，並且使已冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入放熱設備的空氣引入表面以作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣；以及將該通風損失利用空氣引入所述放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
在第八發明的車輛空調方法中，可實現與上文相同的功能/效果。
一種車輛空調方法，其中使依次通過第一和第二放熱設備的每個製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入所述第一和第二放熱設備的每個空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並且使由該第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過一蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，
其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入第二放熱設備的空氣引入表面以作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
在第九發明的車輛空調方法中，可實現與上文相同的功能/效果。
一種車輛空調方法，其中使依次通過多個放熱設備的每個製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入所述多個放熱設備的每個空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並且使由所述多個放熱設備中設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入該末級放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
在第十發明的車輛空調方法中，可實現與上文相同的功能/效果。
一種車輛空調方法，其中使依次通過第一和第二放熱設備的每個製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入該第一和第二放熱設備的每個空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並且使由該第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入第二放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入第二放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
在第十一發明的車輛空調方法中，可實現與上文相同的功能/效果。
一種車輛空調方法，其中使依次通過多個放熱設備的每個製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入所述多個放熱設備的每個空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並且使由所述多個放熱設備中的設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入所述末級放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入末級放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
在第十二發明的車輛空調方法中，可實現與上文相同的功能/效果。
在根據本發明的車輛空調方法中，優選使用以下項目[22]。
如上述項目[17]到[21]中任何一項所述的車輛空調方法，其中使用CO2製冷劑作為超臨界製冷劑。
一種車輛，該車輛配備有上述項目[1]到[12]中任何一項所述的車輛空調裝置。
此第十三發明說明了一種配備有上述發明的車輛空調裝置的汽車，並因此可實現與上文相同的功能/效果。
根據第一到第十三發明，可確保足夠的製冷劑放熱量，並可減小通風損失同時提高製冷性能。因此，可有效地利用能量。
通過下面的說明書以及附圖可進一步理解各種實施例的上述和/或其它方面、特徵和/或優點。各種實施例在應用時可包括和/或排除不同的方面、特徵和/或優點。另外，各種實施例在應用時可組合其它實施例的一個或多個方面或特徵。特定實施例的方面、特徵和/或優點的說明不應被理解為限制其它實施例或權利要求。
下面參照附圖以非限定性示例的方式示出本發明的優選實施例，其中圖1是使用根據本發明實施例的空調裝置的汽車空調系統的示意性結構圖；圖2是示出該實施例中使用的放熱設備的透視圖；圖3是使用根據本發明第一變型實施例的空調裝置的汽車的空調系統的示意性結構圖；圖4是使用根據本發明第二變型實施例的空調裝置的汽車的空調系統的示意性結構圖；圖5是使用根據本發明第三變型實施例的空調裝置的汽車的空調系統的示意性結構圖；圖6示出在與該實施例有關的放熱設備內製冷劑溫度和製冷劑在放熱通道上的位置之間的關係的圖；圖7是圖6內的長虛線短虛線圍繞的部分P的放大視圖；圖8是圖6內的長虛線短虛線圍繞的部分Q的放大視圖；以及圖9是示出在根據實施例的放熱設備內熱交換量和熱交換量與排氣引入面積在放熱設備內的佔用面積比之間的關係的圖。
具體實施例方式
在下面的段落中，將說明作為示例而不是限制的本發明的一些優選實施例。應理解，根據此公開內容，本領域內的技術人員可根據這些說明的實施例實現許多其它的變型。
圖1是示出使用根據本發明實施例的空調裝置的汽車空調系統的示意性結構圖。該汽車內使用的該製冷循環利用諸如二氧化碳(CO2)製冷劑的超臨界製冷劑，並如圖1所示包括壓縮機1、放熱設備2、中間熱交換器3、膨脹閥4、蒸發器5和蓄液器6。
在此製冷循環內，由壓縮機1壓縮的處於超臨界狀態的製冷劑通過與製冷劑冷卻空氣例如周圍空氣交換熱量而放熱，同時經過放熱設備2以在保持超臨界狀態的同時降低溫度。低溫製冷劑通過中間熱交換器3並與回流製冷劑交換熱量以進一步冷卻，稍後將說明該回流製冷劑。此後，冷卻的製冷劑通過膨脹閥4減壓和膨脹以流入蒸發器5。通過蒸發器5的製冷劑與將從車輛外部引入車廂的空氣交換熱量以吸收熱量。這提高幹燥度以使製冷劑轉變為氣相，然後將氣相製冷劑引入蓄液器6。從蓄液器6流出的製冷劑(回流製冷劑)被引入中間熱交換器3，以與從上述放熱設備2供給中間熱交換器3的上述製冷劑(向前製冷劑)交換熱量，從而進一步升高溫度。然後，製冷劑返回上述壓縮機1。
在此系統中，待引入車廂的空氣將通過與製冷劑交換熱量而冷卻，然後被引入車廂。
在此實施例中，空調系統具有強制通風管道10例如風扇管道，以便將在通風時從車廂內排放到車廂外部的排氣強制送到放熱設備2的空氣引入側。
這樣，除了從車輛外部直接引入的周圍空氣之外，從車廂排放的排氣被引入放熱設備2作為製冷劑冷卻空氣。因此，冷卻空氣和製冷劑在放熱設備2內交換熱量。
在此實施例中，製冷劑冷卻空氣內的排氣被引入對應於放熱設備2的製冷劑放熱通道的下遊側的區域。
即，在此實施例中，如圖2所示，使用所謂的集管型熱交換器作為放熱設備2。該放熱設備2具有相距一定間隔平行設置的一對集管21和21以及相距一定間隔平行設置的多個扁平換熱管22，該扁平換熱管的兩端與集管21和21連通。此外，在相鄰的換熱管22和22之間設置有波紋狀翅片23。在一個(右手側)集管21的上側部和下側部分別設有製冷劑入口24a和製冷劑出口24b。
在該一個(右手側)集管21的中部具有用於分隔集管內部的隔板25。通過該隔板25，可將所述多個換熱管22分成上部和下部管組，該上部和下部管組分別構成第一路徑和第二路徑。
此外，放熱設備2的設置換熱管22的前側區域(芯部)構成空氣引入表面F。
在此放熱設備2中，經由製冷劑入口24a引入的製冷劑流入該一個(右手側)集管21的上部，然後經過構成上部管組(第一路徑)的製冷劑放熱通道P以被引入另一個(左手側)集管21的上部，然後被引入該集管的下部。隨後，製冷劑流過構成下部管組(第二路徑)的製冷劑放熱通道P以被引入該一個(右手側)集管21的下部，然後從製冷劑出口24b流出。
當通過每個管22—即每個製冷劑放熱通道P—時，製冷劑與從空氣引入表面F引入並從換熱管22和翅片23之間通過的製冷劑冷卻空氣交換熱量以放熱。
在此實施例中，如上所述，除了從車輛外部直接引入的周圍空氣之外，還將從車廂排出的排氣引入製冷劑引入表面F。詳細地，其構造成使得排氣被引入對應於製冷劑引入表面F的製冷劑放熱通道P下遊側的區域f(圖2內示出的陰影部分)—即對應於製冷劑引入表面F的製冷劑放熱通道P的出口側及其附近的區域f。該結構能夠充分確保製冷劑放熱量，得到高製冷劑性能。換句話說，在使用超臨界製冷劑例如CO2製冷劑的製冷循環中，製冷劑在通過放熱設備2的製冷劑放熱通道P時，其溫度逐漸降低而不會導致相變。因此，在該實施例中，在製冷劑放熱通道P的上遊側，製冷劑溫度高，因此可以保持環境溫度和製冷劑溫度之間的溫差很大，從而能進行有效的熱交換。結果，可確保足夠的放熱量。通常，在製冷劑放熱通道P的下遊側，製冷劑溫度變低，而製冷劑溫度和環境溫度之間的溫差變小。
然而，在此實施例中，從車廂排放的低溫排氣被引入製冷劑放熱通道P的下遊區域f，以在低溫排氣和製冷劑之間交換熱量。因此，製冷劑和排氣之間的溫差可保持較大，從而能夠進行有效的熱交換，這繼而可確保足夠的放熱量。因此，在放熱設備2的製冷劑放熱通道P的上遊和下遊側的全部區域，都能在製冷劑和周圍空氣之間有地進行熱交換。因此，可確保足夠的放熱量，從而增加放熱設備2的入口和出口之間的焓差。因此，可獲得高製冷性能。
此外，在此實施例中，由於利用了排氣的熱能，所以可減小通風損失，從而實現有效的能量利用和節能，這繼而可改進燃料消耗。
這裡，如圖2內所示，在此實施例中，優選製冷劑放熱通道P的下遊側區域f包括製冷劑放熱通道P的下遊側端部區域fz—即製冷劑放熱通道P的出口側端部區域fz。
具體地，在此實施例中，假設放熱設備2的製冷劑引入表面F沿製冷劑放熱通道P的流動方向分成多個區域f1、f2、...fz，則優選排氣的引入區域f包括製冷劑放熱通道P的下遊端部區域fz。
此外，在此實施例中，排氣的引入區域f在製冷劑引入表面F上的佔用面積比例優選設定為2％到20％，更優選為4％到16％，最優為6％到12％，其原因如下。如果該佔用面積比例過小，則難以獲得排氣的熱效應，從而不能在排氣和製冷劑之間進行有效的熱交換。這會導致不能充分地增加製冷劑的放熱量。相反，如果佔用面積比例過大，則不能充分提高製冷劑的放熱量。換句話說，由於從車廂排出的空氣(氣流)的量是恆定的，所以如果排氣相對於放熱設備2的噴射區域變大，則氣流減小，這會導致不能充分地增加製冷劑的放熱量。
在圖2中，為了有助於理解本發明，儘管製冷劑引入表面F通過虛線分成多個區域f1，f2，...，fz，但是應理解，在本發明中區域的劃分數量並不局限於上文所述。
圖3是使用根據本發明的第一變型的空調系統的汽車的示意性結構圖。如圖3所示，在此空調系統中，放熱設備由兩個放熱設備即設置在汽車前部的第一放熱設備2a和設置在汽車後部的第二放熱設備2b構成，並且該系統構造成為由第一放熱設備2a冷卻的製冷劑流入第二放熱設備2b以放熱。此外，在此變型中，構造成從車廂排出的排氣被引入到第二放熱設備2b的空氣引入表面的整個區域。
其它結構與上述實施例的結構相同。
根據該汽車空調系統，以與上述實施例相同的方式，可完全確保製冷劑放熱量，並且可減小通風損失同時提高製冷性能，從而可以有效使用能量。此外，通過將放熱設備分成兩個放熱設備2a和2b，可減小每個放熱設備的尺寸和重量。另外，這兩個放熱設備2a和2b可根據希望的布局自由設置，這樣可拓寬通用性。
圖4是使用根據本發明的第二變型的空調系統的汽車的示意性結構圖。在此空調系統中，放熱設備2設置在汽車後部。其它結構與上述實施例相同。
另外，在該車輛空調系統中，可以與上述實施例相同的方式獲得相同的功能/效果。
圖5是使用根據本發明的第三變型的空調系統的汽車的空調系統的示意性結構圖。在該空調系統中，膨脹閥4和蒸發器5設置在汽車前部，而其它空調裝置即壓縮機1、放熱設備2、中間熱交換器3和蓄液器6設置在汽車後部。其它結構與上述實施例相同。
另外，在該車輛空調系統中，可以與上述實施例相同的方式獲得相同的功能/效果。
雖然在上述實施例中舉例說明了放熱設備由一個或兩個放熱設備構成的結構，但是本發明並不局限於此，而是可使放熱設備由三個或更多放熱設備構成。
此外，在放熱設備由兩個或多個放熱設備構成的情況下，可設計成將排氣引入末級放熱設備的空氣引入表面的一部分。
另外，在上述實施例中，儘管設計成將所有從車廂排出的空氣都送到放熱設備，但是本發明並不局限於此，而是可設計成將至少一部分排氣引入放熱設備。
評估實驗1
在此示例中，使用根據上述實施例的放熱設備2。將排氣引入放熱設備2的製冷劑引入表面F上的製冷劑放熱通道P的下遊側區域f，而將周圍空氣引入剩餘區域。通過計算機仿真獲得在從放熱通道入口側到出口側的範圍內的CO2製冷劑的溫度與放熱通道內的製冷劑的製冷位置(製冷劑流動方向位置)之間的關係。此時，設置成使得排氣的引入區域包括製冷劑放熱通道的下遊端部區域fz，並且其佔用面積比例在製冷劑放熱通道的整個面積的15％以內。其結果在圖6的曲線圖中示出。
作為比較示例，將排氣引入製冷劑放熱通道P的上遊側區域，而將周圍空氣引入剩餘區域。獲得製冷劑溫度與製冷劑位置之間的關係。此時，其配置成使得排氣的引入區域包括製冷劑放熱通道的上遊端部區域f1，並且其佔用面積比例在製冷劑放熱通道的整個面積的15％以內。該結果也在圖6的曲線圖中示出。在該曲線圖的橫軸上，值「0」的位置指示製冷劑放熱通道的入口側端部的位置(上遊側端部的位置)，而值「100」的位置指示製冷劑放熱通道的出口側端部的位置(下遊側端部的位置)。
如從該曲線圖可理解的，在用實線示出的示例的放熱設備中，儘管與用交替的長和短虛線示出的比較示例的放熱設備相比，在製冷劑放熱通道的入口側附近的溫度下降較小(見圖7的放大圖)，但是在製冷劑放熱設備的出口附近，溫度下降很大，而且在入口側溫度和出口側溫度之間的溫差大(見圖8的放大圖)。即，應理解，與比較示例的設備相比，根據示例的放熱設備放熱量大並因此可獲得高製冷性能。
評估實驗2
在此示例中，使用根據上述實施例的放熱設備2。通過計算機仿真獲得排氣的引入區域f的獨佔比例與在放熱設備2的製冷劑引入表面F處的熱交換量的增加率之間的關係。此時，排氣的引入區域包括製冷劑放熱通道的下遊端部區域fz。結果在圖9的曲線圖中示出。在該曲線圖中，橫軸示出排氣的引入面積f的佔用面積比例(S/S_BASE)[％]，而縱軸示出熱交換量的增加率(Q/Q_BASE)[％]，即當假設在不使用排氣而是向整個製冷劑引入表面F引入周圍空氣時放熱設備的熱交換量為100％時，在改變佔用面積比例時的放熱設備的熱交換量[％]。
如可從該曲線圖理解的，當佔用面積比例為2％到20％時，熱交換量較大，而當佔用面積比例為4％到16％時，熱交換量更大。尤其是，當佔用面積比例為6％到12％時，與常用放熱設備(100％的放熱量)相比，熱交換量大6％或更多。
工業適用性如上所述，根據根據本發明的具有使用超臨界製冷劑例如CO2製冷劑的車輛空調相關技術，可確保足夠的製冷劑放熱量、減小通風損失而同時提高製冷性能，並且可有效地利用能量。因此，可合適地用於車輛空調系統。
本發明可表現為許多不同的形式，本公開內容應當理解為是提供本發明的原理的示例，並且這些示例不是將本發明局限於在此所述的和/或在此示出的優選實施例。
儘管在此已說明本發明的例證性實施例，但是本發明並不局限於在此所述的各種優選實施例，而是包括具有本領域內的那些技術人員根據本公開可想到的等效元件、變型、省略、組合(例如橫跨不同實施例的方面的組合)、修改和/或變更的任何和所有實施例。權利要求內的限制應根據權利要求內使用的語言廣泛地解釋，而不是局限於本說明書中或在申請程序進行期間所述的示例，該示例應被理解為是非排他的。例如，在本公開中，術語「優選地」是非排他的，而是指「優選地，但不局限於」。在此公開中並且在此申請程序進行期間，只有在對於特定權利要求的限制中，才使用方法加功能或步驟加功能限制，在該限制中存在以下所有條件a)明確地陳述「用於...的方法」或「用於...的步驟」；b)明確地陳述對應的功能以及c)沒有陳述結構、支持該結構的材料或行為。在此公開以及此申請程序進行期間，術語「本發明」或「發明」是指非特定的、通用的參考，並且可作為本公開中的一個或多個方面的參考。語言「本發明」或「發明」不應被不正確地解釋為臨界識別，不應被不正確地解釋為交叉應用所有方面或實施例(即，應理解為本發明具有多個方面和實施例)，並且不應被不正確地解釋為限制申請或權利要求的範圍。在此公開和申請程序進行期間，術語「實施例」可用於說明任何方面、特徵、過程或步驟，它們的任何組合和/或它們的任何部分等。在一些示例中，各種實施例可包括重疊的特徵。在此公開和此情況進行期間，可使用以下縮寫術語「e.g.」是指「例如」，「NB」是指「注意」。
權利要求
1.一種車輛空調裝置，包括具有製冷劑放熱通道的放熱設備，超臨界製冷劑通過該製冷劑放熱通道與從該放熱設備的空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣進行熱交換以被冷卻；以及蒸發器，已冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入所述放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將該通風損失利用空氣引入所述放熱設備的空氣引入表面上的所述製冷劑放熱通道的下遊側區域。
2.根據權利要求1所述的車輛空調裝置，其特徵在於，引入通風損失利用空氣的區域相對於所述放熱設備的空氣引入表面的佔用面積比例設定為2％到20％。
3.根據權利要求1所述的車輛空調裝置，其特徵在於，將通風損失利用空氣引入一包括所述空氣引入表面上的製冷劑放熱通道下遊側端部的區域。
4.一種車輛空調裝置，包括第一放熱設備和第二放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑依次通過該第一和第二放熱設備，以與從該第一和第二放熱設備的各空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由所述第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入該第二放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
5.根據權利要求4所述的車輛空調裝置，其特徵在於，該第二放熱設備的空氣引入表面相對於該第一和第二放熱設備的空氣引入表面的總面積的佔用面積比例設定為2％到20％。
6.根據權利要求4或5所述的車輛空調裝置，其特徵在於，所述第一放熱設備和第二放熱設備相互遠離地設置。
7.根據權利要求4到6中任何一項所述的車輛空調裝置，其特徵在於，所述第一放熱設備和第二放熱設備中的一個設置在車輛前部，而另一個放熱設備設置在車輛後部。
8.一種車輛空調裝置，包括多個放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑依次通過該多個放熱設備以與從該多個放熱設備的各空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由所述多個放熱設備中設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入所述末級放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
9.根據權利要求8所述的車輛空調裝置，其特徵在於，所述末級放熱設備的空氣引入表面相對於所述多個放熱設備的空氣引入表面的總面積的佔用面積比例設定為2％到20％。
10.一種車輛空調裝置，包括第一放熱設備和第二放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑依次通過該第一和第二放熱設備，以與從該第一和第二放熱設備的各空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由所述第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入該第二放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入所述第二放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
11.一種車輛空調裝置，包括多個放熱設備，每個放熱設備均具有製冷劑放熱通道，其中超臨界製冷劑通過該多個放熱設備以便與從該多個放熱設備的各空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量以被冷卻；以及蒸發器，由所述多個放熱設備中設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過該蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入所述末級放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入所述末級放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
12.根據權利要求1到11中任何一項所述的車輛空調裝置，其特徵在於，使用CO2製冷劑作為超臨界製冷劑。
13.一種車輛空調放熱設備，包括製冷劑放熱通道，超臨界製冷劑通過該製冷劑放熱通道；以及用於引入製冷劑冷卻空氣的空氣引入表面，其中，通過所述製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與從所述空氣引入表面引入的製冷劑冷卻空氣交換熱量，從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入所述空氣引入表面作為通風損失利用空氣，從而將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及在所述放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域設置用於引入所述通風損失利用空氣的排氣引入區域。
14.根據權利要求13所述的車輛空調放熱設備，其特徵在於，所述排氣引入區域相對於總面積的佔用面積比例設定為2％到20％。
15.根據權利要求13或14所述的車輛空調放熱設備，其特徵在於，所述排氣引入區域設置在一包括空氣引入表面上的製冷劑放熱通道下遊側端部的區域。
16.根據權利要求13到15中任何一項所述的車輛空調放熱設備，其特徵在於，使用CO2製冷劑作為超臨界製冷劑。
17.一種車輛空調方法，其中使通過放熱設備的製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入該放熱設備的空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並使已冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入所述放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣；以及將該通風損失利用空氣引入所述放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
18.一種車輛空調方法，其中使依次通過第一放熱設備和第二放熱設備的各製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入該第一和第二放熱設備的各空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並使由所述第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入所述第二放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
19.一種車輛空調方法，其中使依次通過多個放熱設備的各製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入所述多個放熱設備的各空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並使由所述多個放熱設備中設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入所述末級放熱設備的空氣引入表面作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。
20.一種車輛空調方法，其中使依次通過第一放熱設備和第二放熱設備的各製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入該第一和第二放熱設備的各空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並使由所述第一和第二放熱設備中設置在製冷劑下遊側的第二放熱設備冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入所述第二放熱設備的空氣引入表面以作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入所述第二放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
21.一種車輛空調方法，其中使依次通過多個放熱設備的各製冷劑放熱通道的超臨界製冷劑與被引入所述多個放熱設備的各空氣引入表面的製冷劑冷卻空氣交換熱量以冷卻，並使由所述多個放熱設備中設置在製冷劑下遊側的末級放熱設備冷卻的製冷劑通過蒸發器與將要引入車廂的空氣交換熱量，其中，將從車廂內部排出的排氣的至少一部分引入所示末級放熱設備的空氣引入表面以作為通風損失利用空氣，以便將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣，以及將通風損失利用空氣引入所述末級放熱設備的空氣引入表面上的製冷劑放熱通道的下遊側區域。
22.根據權利要求17到21中任何一項所述的車輛空調方法，其特徵在於，使用CO2製冷劑作為超臨界製冷劑。
23.一種車輛，該車輛配備有根據權利要求1到12中任何一項所述的車輛空調裝置。
全文摘要
本發明涉及一種車輛空調裝置，其中通過放熱設備(2)的製冷劑放熱通道(P)的超臨界製冷劑與從該放熱設備(2)的空氣引入表面(F)引入的製冷劑冷卻空氣進行熱交換以被冷卻，並且已冷卻的製冷劑通過蒸發器(5)與將要引入車廂的空氣進行熱交換。由於從車廂內部排出的排氣的至少一部分被引入所述放熱設備(2)的空氣引入表面(F)作為通風損失利用空氣，所以可將該通風損失利用空氣用作一部分製冷劑冷卻空氣。構造成使得該通風損失利用空氣被引入在放熱設備(2)的空氣引入表面(F)上的製冷劑放熱通道(P)的下遊側區域(f)。因此，在具有超臨界製冷劑製冷循環的車輛空調裝置中，可減小通風損失同時提高製冷性能。
文檔編號F25B9/00GK1914054SQ200480041316
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月3日 優先權日2003年12月5日
發明者新村悅生, 古川裕一 申請人:昭和電工株式會社