專利名稱：制冷劑散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)的制冷劑散熱器，其中制冷劑散發(fā)熱量。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，用于蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)的制冷劑散熱器是已知的，其中從壓縮機(jī)排放的高溫高壓制冷劑通過與空氣進(jìn)行熱交換而散發(fā)熱量。例如，專利文獻(xiàn)I (JP2004-125346A) 公開了一種用于蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)的制冷劑散熱器，該蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)用于車輛的空氣調(diào)節(jié)器。制冷劑散熱器用作加熱吹送到車廂的內(nèi)部空間的空氣的部分，所述內(nèi)部空間為將要被空氣調(diào)節(jié)的空間。要被吹送到車廂內(nèi)的空氣在制冷劑散熱器中通過與從壓縮機(jī)排放的制冷劑進(jìn)行熱交換而被加熱。專利文獻(xiàn)I中所述的制冷劑循環(huán)是超臨界的制冷劑循環(huán)，其中二氧化碳被用作制冷劑，并且壓縮機(jī)的出口與減壓裝置的入口之間的所述循環(huán)的高壓側(cè)部分中的制冷劑壓力高于制冷劑的超臨界壓力。因此，在專利文獻(xiàn)I中所述的制冷劑散熱器中，制冷劑在沒有相變的情況下在超臨界狀態(tài)下散發(fā)熱量。然而，如果專利文獻(xiàn)I中的制冷劑散熱器用于亞臨界制冷劑循環(huán)，則可能難以充分地限制吹送到車廂中的空氣的溫度分布的不均勻性，其中在所述亞臨界制冷劑循環(huán)中， 循環(huán)的高壓側(cè)部分中的制冷劑壓力低于制冷劑的超臨界壓力。原因在于在亞臨界制冷劑循環(huán)中兩相制冷劑進(jìn)一步變化成過冷液相制冷劑。在亞臨界制冷劑循環(huán)中，當(dāng)制冷劑循環(huán)中的制冷劑為氣相或液相時(shí)，制冷劑在其溫度降低的情況下散發(fā)熱量，即，制冷劑的溫度和熱焓都降低。然而，當(dāng)制冷劑處于氣液相時(shí)，僅制冷劑的熱焓減少，而制冷劑在其溫度沒有降低的情況下散發(fā)熱量。在專利文獻(xiàn)I的制冷劑散熱器中，其中制冷劑為氣液相的熱交換區(qū)域和其中制冷劑為氣相或液相的另一個(gè)熱交換區(qū)域可能會(huì)在流入到制冷劑散熱器中的空氣的流動(dòng)方向上重疊。因此，在從制冷劑散熱器吹送的空氣中可能會(huì)產(chǎn)生溫差。此外，如果從制冷劑散熱器流出的空氣具有不均勻的溫度分布，則在制冷劑散熱器中可能會(huì)有熱交換區(qū)域，在所述熱交換區(qū)域中不能充分地確保流入到制冷劑散熱器中的空氣與制冷劑之間的溫差。因此，整個(gè)制冷劑散熱器的散熱能力可能會(huì)降低。這種散熱能力的降低可能會(huì)使流入到制冷劑循環(huán)的蒸發(fā)器中的制冷劑的熱焓增加，并因此可能會(huì)降低制冷劑循環(huán)的性能系數(shù)(COP)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決上述缺點(diǎn)中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，制冷劑散熱器用于包括被構(gòu)造成壓縮和排放制冷劑的壓縮機(jī)的蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)。制冷劑散熱器被構(gòu)造成將熱量散發(fā)給空氣直到從壓縮機(jī)排放的氣相制冷劑至少變化成氣液兩相制冷劑為止。制冷劑散熱器包括制冷劑流動(dòng)通過的多個(gè)管。所述管沿水平方向堆疊和布置，并沿垂直于水平方向的方向或相對(duì)于水平方向以一角度延伸。管包括第一熱交換區(qū)域，在所述第一熱交換區(qū)域中，具有等于或高于標(biāo)準(zhǔn)溫度的溫度的制冷劑與將要被吹送到一空間的第一空氣交換熱量。管還包括第二熱交換區(qū)域，在所述第二熱交換區(qū)域中，具有低于所述標(biāo)準(zhǔn)溫度的溫度的制冷劑與將要被吹送到所述空間的第二空氣交換熱量?；旧?，第二空氣具有不同于第一空氣的溫度的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，制冷劑散熱器用于包括被構(gòu)造成壓縮和排放制冷劑的壓縮機(jī)的蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)。制冷劑散熱器被構(gòu)造成將熱量散發(fā)給空氣直到從壓縮機(jī)排放的氣相制冷劑至少變化成氣液兩相制冷劑為止。制冷劑散熱器包括制冷劑流動(dòng)通過的多個(gè)管。所述管沿水平方向堆疊和布置，并沿垂直于水平方向的方向或相對(duì)于水平方向以一角度延伸。管包括第一熱交換區(qū)域和第二熱交換區(qū)域，在所述第一熱交換區(qū)域中，制冷劑與將要被吹送到一空間的第一空氣交換熱量，在所述第二熱交換區(qū)域中，制冷劑與將要被吹送到所述空間的第二空氣交換熱量?；旧?，第二空氣具有不同于第一空氣的溫度的溫度。 第一熱交換區(qū)域包括管的制冷劑入口側(cè)，而第二熱交換區(qū)域包括管的制冷劑出口側(cè)。因此，能夠有效地減小從制冷劑散熱器吹出的空氣的溫差，并且能夠有效地提高制冷劑散熱器的散熱能力。


將從以下說明、所附權(quán)利要求和附圖最好地理解本發(fā)明及其另外的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖I是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在車輛空氣調(diào)節(jié)器的加熱操作中的熱泵循環(huán)的制冷劑流動(dòng)通道的示意圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在車輛空氣調(diào)節(jié)器的冷卻操作中的熱泵循環(huán)的制冷劑流動(dòng)通道的示意圖；圖3A是顯示根據(jù)第一實(shí)施例的制冷劑散熱器的前視圖；圖3B是顯示根據(jù)第一實(shí)施例的制冷劑散熱器的側(cè)視圖；圖4是顯示根據(jù)第一實(shí)施例的制冷劑散熱器的布置狀態(tài)的示意圖；圖5是顯示根據(jù)第一實(shí)施例的制冷劑散熱器中的溫度分布的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖；圖6A是顯示根據(jù)第一實(shí)施例的制冷劑散熱器的變形例的前視圖；圖6B是顯示圖6A中所示的制冷劑散熱器的變形例的側(cè)視圖；圖7A是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的制冷劑散熱器的前視圖；圖7B是顯示根據(jù)第二實(shí)施例的制冷劑散熱器的側(cè)視圖；圖8A是顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的制冷劑散熱器的前視圖；和圖SB是顯示根據(jù)第三實(shí)施例的制冷劑散熱器的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式以下參照

本發(fā)明的實(shí)施例。在實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于在前實(shí)施例中所述的事項(xiàng)的部分可以給予相同的附圖標(biāo)記，并且可以省略對(duì)該部分的重復(fù)說明。當(dāng)僅在一個(gè)實(shí)施例中說明結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)，另一個(gè)在前實(shí)施例可以應(yīng)用到該結(jié)構(gòu)的其它部分。即使沒有明確說明部件可以結(jié)合，但是部分可以結(jié)合。即使沒有明確說明實(shí)施例可以結(jié)合，但是實(shí)施例可以部分地結(jié)合，只要所述結(jié)合沒有壞處。(第一實(shí)施例)以下參照?qǐng)D1-6B說明本發(fā)明的第一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，車輛空氣調(diào)節(jié)器I包括熱泵循環(huán)10 (例如，蒸汽壓縮制冷劑循環(huán))，所述熱泵循環(huán)10包括本發(fā)明的制冷劑散熱器 12。車輛空氣調(diào)節(jié)器I不僅可以用于從內(nèi)燃機(jī)獲得驅(qū)動(dòng)力的普通車輛，而且還可以用于諸如混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛等的各種車輛。車輛空氣調(diào)節(jié)器I的熱泵循環(huán)10用于加熱或冷卻吹送到車廂的內(nèi)部空間的作為要被空氣調(diào)節(jié)的空間的空氣。熱泵循環(huán)10通過切換制冷劑流動(dòng)通道可以執(zhí)行加熱操作和冷卻操作。在加熱操作中，通過加熱作為與制冷劑進(jìn)行熱交換的流體被吹送的空氣以來加熱車廂的內(nèi)部空間。在冷卻操作中，通過冷卻吹送的空氣來冷卻車廂的內(nèi)部空間。圖I中的實(shí)線箭頭顯示加熱操作中的制冷劑流，而圖2的實(shí)線箭頭顯示冷卻操作的制冷劑流。氫氟化碳(HFC)系制冷劑(例如，R134a)被用作用于本實(shí)施例中的熱泵循環(huán)10的制冷劑。因此，熱泵循環(huán)10是其中在壓縮之前循環(huán)10的高壓側(cè)的制冷劑壓力低于制冷劑的超臨界壓力的亞臨界制冷劑循環(huán)。這里，通常用于亞臨界制冷劑循環(huán)的制冷劑(例如，氫氟化烯烴(HFO)系制冷劑(例如，R1234yl))可以用作熱泵循環(huán)10的制冷劑。此外，制冷劑與用于潤(rùn)滑壓縮機(jī)11的制冷機(jī)油混合，并且一些量的油與制冷劑一起在循環(huán)10中進(jìn)行循環(huán)。壓縮機(jī)11布置在發(fā)動(dòng)機(jī)室中以抽吸和壓縮制冷劑，然后在熱泵循環(huán)10中排放壓縮的制冷劑。壓縮機(jī)11是其中由電動(dòng)機(jī)Ilb驅(qū)動(dòng)固定容積式壓縮機(jī)Ila的電壓縮機(jī)。固定容積式壓縮機(jī)Ila被構(gòu)造成排放固定量的制冷劑。作為固定容積式壓縮機(jī)11a，可以采用各種壓縮機(jī)構(gòu)，例如，渦殼式壓縮機(jī)、葉片式壓縮機(jī)等。通過從隨后所述的空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)Ilb的操作(轉(zhuǎn)速)。交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)中的一個(gè)可以用作電動(dòng)機(jī)lib。通過旋轉(zhuǎn)控制改變壓縮機(jī) 11的制冷劑排放能力。因此，在本實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)Ilb被用作壓縮機(jī)11的排放能力改變部分的例子。壓縮機(jī)11的出口連接到制冷劑散熱器12的制冷劑入口側(cè)。制冷劑散熱器12是位于車輛空氣調(diào)節(jié)器I的空氣調(diào)節(jié)單元30的殼體31中的加熱熱交換器。在制冷劑散熱器 12中，在從壓縮機(jī)11排放的高溫高壓制冷劑與已經(jīng)通過制冷劑蒸發(fā)器(隨后說明)20的空氣之間執(zhí)行熱交換。制冷劑散熱器12的制冷劑出口側(cè)連接到固定節(jié)流裝置13，所述固定節(jié)流裝置13 用作加熱操作中的減壓部分的例子。固定節(jié)流裝置13在加熱操作中減壓并膨脹從制冷劑散熱器12排放的制冷劑。作為節(jié)流裝置13，可以采用節(jié)流孔、毛細(xì)管或類似物。固定節(jié)流裝置13的出口側(cè)連接到外部熱交換器16的制冷劑入口側(cè)。此外，制冷劑散熱器12的制冷劑出口側(cè)連接到旁路通道14，所述旁路通道繞過固定節(jié)流裝置13將從制冷劑散熱器12排放的制冷劑引入到外部熱交換器16中。在旁路通道14中，設(shè)置打開-關(guān)閉閥15a。打開-關(guān)閉閥15a是通過從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制電壓控制打開-關(guān)閉閥15a的打開和關(guān)閉操作的電磁閥。制冷劑通過打開-關(guān)閉閥15a時(shí)的壓力損失比制冷劑通過固定節(jié)流裝置13時(shí)的壓力損失小得多。因此，當(dāng)打開-關(guān)閉閥15a打開時(shí)，從制冷劑散熱器12流出的制冷劑通過旁路通道14流到外部熱交換器16中。當(dāng)打開-關(guān)閉閥15a關(guān)閉時(shí)，制冷劑通過固定節(jié)流裝置13流到外部熱交換器16中。因此，打開-關(guān)閉閥15a可適于切換熱泵循環(huán)10的制冷劑通道。因此，本實(shí)施例的打開-關(guān)閉閥15a用作制冷劑通道切換部分的示例。作為制冷劑通道切換部分，可以采用電三通閥。三通閥在從制冷劑散熱器12的出口側(cè)到固定節(jié)流裝置13的入口側(cè)的制冷劑通道與從制冷劑散熱器12的出口側(cè)到旁路通道14的入口側(cè)的制冷劑通道之間進(jìn)行切換。在外部熱交換器16處，在流入外部熱交換器16中的低壓制冷劑與從鼓風(fēng)機(jī)17吹送的外部空氣之間執(zhí)行熱交換。外部熱交換器16布置在發(fā)動(dòng)機(jī)室中以在加熱操作中用作通過蒸發(fā)低壓制冷劑施加熱吸收作用的蒸發(fā)器和在冷卻操作中用作散發(fā)高壓制冷劑的熱量的散熱器。鼓風(fēng)機(jī)17是其中通過從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制電壓控制操作速率(即，轉(zhuǎn)速 (空氣吹送量))的電鼓風(fēng)機(jī)。外部熱交換器16的出口側(cè)連接到電三通閥15b。通過從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制電壓控制三通閥15b的操作。三通閥15b與上述打開-關(guān)閉閥15a 一起用作制冷劑通道切換部分的示例。更具體地，在加熱操作中，三通閥15b被切換到從外部熱交換器16的出口側(cè)到儲(chǔ)存器18的入口側(cè)的制冷劑通道。在冷卻操作中，三通閥15b被切換到從外部熱交換器16 的出口側(cè)到固定節(jié)流裝置19的入口側(cè)的制冷劑通道。固定節(jié)流裝置19用作冷卻操作中的減壓部分的示例。固定節(jié)流裝置19在冷卻操作中減壓并膨脹從外部熱交換器16流出的制冷劑。固定節(jié)流裝置19的基本結(jié)構(gòu)類似于固定節(jié)流裝置13。固定節(jié)流裝置19的出口側(cè)連接到用作內(nèi)部蒸發(fā)器的制冷劑蒸發(fā)器20的制冷劑入口側(cè)制冷劑蒸發(fā)器20在空氣調(diào)節(jié)單元30的殼體31中布置在制冷劑散熱器12的上游。制冷劑蒸發(fā)器20是通過與在制冷劑蒸發(fā)器20中流動(dòng)的制冷劑進(jìn)行熱交換來冷卻吹送到車廂中的空氣的冷卻熱交換器。制冷劑蒸發(fā)器20的制冷劑出口側(cè)連接到儲(chǔ)存器18的入口側(cè)。儲(chǔ)存器18是用于分離熱泵循環(huán)10的低壓側(cè)的壓縮后的制冷劑的氣液分離器。儲(chǔ)存器18將流入到儲(chǔ)存器18的制冷劑分離成氣體和液體，并將循環(huán)10的剩余制冷劑儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)存器18中。儲(chǔ)存器18的出口側(cè)連接到壓縮機(jī)11的抽吸側(cè)，其中氣態(tài)制冷劑從所述出口側(cè)被排放。因此，儲(chǔ)存器18可以通過限制液體制冷劑流入到壓縮機(jī)11來防止壓縮機(jī) 11壓縮液體制冷劑。以下參照?qǐng)D3A和3B說明制冷劑散熱器12的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。在圖3B中，為了簡(jiǎn)化，省略了入口連接器122a和出口連接器123a的圖示。圖3A示出了其中制冷劑散熱器12設(shè)置在空氣調(diào)節(jié)單元30的殼體31中的狀態(tài)。在圖3A的狀態(tài)下，管121的縱向方向?qū)?yīng)于圖3A 中所示的上下方向。如圖3A和3B所示，制冷劑散熱器12包括管121和一對(duì)總箱122、123。從壓縮機(jī) 11排放的高溫高壓制冷劑流動(dòng)通過管121。總箱122、123沿管121的縱向方向分別布置在管121的兩個(gè)端側(cè)處，以將制冷劑分配給管121和從管121接收制冷劑。制冷劑散熱器12 是具有總箱和管的單向型熱交換器，其中制冷劑在所有管121中沿相同的方向流動(dòng)。
管121中的每一個(gè)都由具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性的金屬(例如，鋁基合金)制成，并在垂直于管121中的制冷劑的流動(dòng)方向的橫截面中具有扁平形狀。另外，管121的外周的平坦表面平行于通過制冷劑散熱器12的空氣的流動(dòng)方向。作為管121，可以采用其內(nèi)具有多個(gè)流動(dòng)通道的扁平管和其內(nèi)具有單個(gè)流動(dòng)通道的扁平管中的任一種。此外，管121沿堆疊方向(例如，圖3A的水平方向)堆疊和布置，使得管121的平坦表面相互平行?？諝馔ǖ涝O(shè)置在管121中的兩個(gè)相鄰管之間，其中要被吹送到車廂內(nèi)的空氣流動(dòng)通過所述空氣通道，散熱片124也布置在管121中的相鄰管之間以促進(jìn)制冷劑與將被吹送到車廂內(nèi)的空氣之間的熱交換。散熱片124是通過將由與管121相同的材料制成的薄板彎曲和成形成波形形狀而獲得的波狀散熱片。散熱片124的波狀部的頂部銅焊并連接到相鄰管121的平坦表面。在圖3A中，為了簡(jiǎn)化起見，僅示出了散熱片124的一部分，但是散熱片124幾乎布置在管121 的兩個(gè)相鄰管之間的全部區(qū)域上?？傁?22和123是中空元件并沿管121的堆疊方向延伸。在本實(shí)施例中，在其中制冷劑散熱器12設(shè)置在空氣調(diào)節(jié)單元30的殼體31中的狀態(tài)下，下總箱122用于分配制冷劑，而上總箱123用于收集制冷劑。兩個(gè)總箱122和123都是其中總箱的內(nèi)部被分隔的間隔型總箱，并都由與管121 相同的材料制成。每一個(gè)總箱122、123都包括板狀構(gòu)件和總箱構(gòu)件，所述板狀構(gòu)件和總箱構(gòu)件相互連接以成為中空。管121沿其縱向方向的端部被銅焊并連接到板狀構(gòu)件，并且箱構(gòu)件連接到板狀構(gòu)件?？傁?22和123可以通過使用單個(gè)管形構(gòu)件或類似物而形成。用于分配制冷劑的下總箱122在其延伸方向的一側(cè)具有入口連接器122a。入口連接器122a包括制冷劑入口，制冷劑入口將制冷劑引入到總箱122中，并用作總箱122與壓縮機(jī)11的出口側(cè)之間的連接部分。總箱122沿其延伸方向的另一側(cè)由用作閉合構(gòu)件的總箱蓋122b閉合。用于收集制冷劑的上總箱123沿其延伸方向的一側(cè)具有出口連接器123a。出口連接器123a包括制冷劑出口，總箱123中的制冷劑從制冷劑出口被排放。出口連接器123a 用作總箱123與固定節(jié)流裝置13的入口側(cè)之間和總箱123與旁路通道14的入口側(cè)之間的連接部分?？傁?23的沿其延伸方向的另一側(cè)由用作閉合構(gòu)件的總箱蓋123b被閉合。因此，如圖3A中的黑箭頭所示，在制冷劑散熱器12中，從壓縮機(jī)11排放的制冷劑通過入口連接器122a流入到總箱122中，然后從總箱122被分配給管121。隨后，流動(dòng)通過管121的制冷劑在通過管121時(shí)與要被吹送到車廂內(nèi)的空氣進(jìn)行熱交換，然后從管121 流出來。從管121流出來的制冷劑被收集在總箱123中，然后通過出口連接器123a從總箱 123流出來。本實(shí)施例的熱泵循環(huán)10如上所述是亞臨界制冷劑循環(huán)。因此，流動(dòng)通過管121的制冷劑的相通過與空氣進(jìn)行熱交換而以過熱氣相制冷劑一氣液兩相制冷劑一過冷液相制冷劑這樣的順序變化。因此，在本實(shí)施例的制冷劑散熱器12中，制冷劑將熱量散發(fā)到空氣， 至少直到過熱氣相制冷劑變化成氣液兩相制冷劑為止。如圖3B所示，根據(jù)本實(shí)施例的制冷劑散熱器12的管121的縱向方向相對(duì)于水平方向傾斜。即，管121的縱向方向至少具有在垂直(上下)方向上的矢量分量。換句話說， 在管121中流動(dòng)的制冷劑的流動(dòng)方向與水平方向傾斜，并相對(duì)于水平方向具有一角度。
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在本實(shí)施例中，傾斜角Θ (-90° < Θ <90° )被定義為在制冷劑流動(dòng)方向上從制冷劑散熱器12的上游側(cè)(例如，下總箱122)延伸到下游側(cè)(例如，上總箱123)的線與沿著水平方向從制冷劑散熱器12的上游側(cè)延伸的線之間的角度，如圖3B所示。傾斜角Θ根據(jù)在管121中流動(dòng)的制冷劑的流動(dòng)方向從水平方向到垂直方向的變化從0°到90°變化。例如，當(dāng)在管121中流動(dòng)的制冷劑的流動(dòng)方向平行于水平方向時(shí)，傾斜角Θ為0°。當(dāng)制冷劑流動(dòng)方向在垂直方向上向上指向時(shí)，傾斜角Θ為90°。此外，當(dāng)制冷劑流動(dòng)方向在垂直方向上向下指向時(shí)，傾斜角Θ為-90°。在本實(shí)施例中，制冷劑散熱器12被布置成在其中傾斜角Θ在從0°到90°的范圍內(nèi)時(shí)滿足如下所述的公式Fl。這里，X是在管121的預(yù)定位置處的制冷劑干燥度，在所述預(yù)定位置處管121中流動(dòng)的制冷劑處于氣液兩相狀態(tài)，而Re是由在管121中流動(dòng)的制冷劑的平均速度(單位m/s)獲得的雷諾數(shù)。Re ^ AXX6+BXX5+CXX4+DXX3+EXX2+FXX+G (FI)A = -0. 0537 X Θ 2+9. 7222 X Θ +407. 19B = -(-0. 2093 X Θ 2+37. 88 X Θ +1586. 3)C = -0. 3348 X Θ 2+60. 592 X Θ +2538. ID = -(-0. 2848 X Θ 2+51. 53 X Θ +2158. 2)E = -0. 1402 X Θ 2+25. 365 X Θ +1062. 8F = -(-0. 0418 X Θ 2+7. 5557 X Θ +316. 46)G = -0. 0132 X Θ 2+2. 3807 X Θ +99. 73其中制冷劑處于氣液兩相狀態(tài)的管121的任何位置可以任意地用作管121的預(yù)定位置。例如，預(yù)定位置可以是管121沿制冷劑流動(dòng)方向的下游位置。預(yù)定位置可以是管121 的相對(duì)于用于分配制冷劑的總箱122更靠近用于收集制冷劑的總箱123的位置。以下參照?qǐng)DI和圖2說明空氣調(diào)節(jié)單元30?？諝庹{(diào)節(jié)單元30布置在位于車廂的前端處的儀表盤(儀表板)內(nèi)部，并包括形成外殼的殼體31。鼓風(fēng)機(jī)32、制冷劑散熱器12、 制冷劑蒸發(fā)器20等設(shè)置在殼體31中。殼體31限定空氣通道，空氣通過所述空氣通道流動(dòng)到車廂中。殼體31由具有適當(dāng)彈性和優(yōu)越的強(qiáng)度的樹脂(例如，聚丙烯)制成。鼓風(fēng)機(jī)32是通過使用單個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并旋轉(zhuǎn)兩個(gè)離心多葉片式風(fēng)扇(例如，鼠籠式風(fēng)扇)32a和32b的電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。離心式風(fēng)扇32a和32b分別容納在兩個(gè)不同的蝸殼中。 電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線幾乎在垂直方向上延伸，并且第一離心式風(fēng)扇32a布置在第二離心式風(fēng)扇32b的下方。通過從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制電壓控制鼓風(fēng)機(jī)32的轉(zhuǎn)速(空氣吹送
量)O容納第二離心式風(fēng)扇32b的上蝸殼具有第二空氣入口 32d。內(nèi)部/外部空氣切換裝置33設(shè)置在第二空氣入口 32d的上游。內(nèi)部/外部空氣切換裝置33選擇性地將車廂內(nèi)部的空氣(內(nèi)部空氣)和/或車廂外部的空氣(外部空氣)引入到第二空氣入口 32d。內(nèi)部/外部空氣切換裝置33具有內(nèi)部空氣入口和外部空氣入口，所示內(nèi)部空氣入口和所述外部空氣入口分別將內(nèi)部空氣和外部空氣引入到殼體31中。內(nèi)部/外部空氣切換門33a布置在內(nèi)部/外部空氣切換裝置33內(nèi)以連續(xù)調(diào)節(jié)內(nèi)部空氣入口和外部空氣入口的開口面積，從而改變內(nèi)部空氣的流量與外部空氣的流量之間的比值。通過伺服電動(dòng)機(jī)(未示出)致動(dòng)內(nèi)部/外部空氣切換門33a，并且通過從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制信號(hào)控制伺服電動(dòng)機(jī)的操作。容納第一離心式風(fēng)扇32a的下蝸殼具有朝向車廂開口的第一空氣入口 32c。因此， 第一空氣入口 32c僅將內(nèi)部空氣引入到殼體31中。制冷劑蒸發(fā)器20沿空氣流動(dòng)方向A布置在鼓風(fēng)機(jī)32的下游，而制冷劑散熱器12 沿空氣流動(dòng)方向A布置在制冷劑蒸發(fā)器20的下游。換句話說，制冷劑蒸發(fā)器20沿空氣流動(dòng)方向A布置在制冷劑散熱器12的上游。殼體31的空氣通道包括在鼓風(fēng)機(jī)32的下游側(cè)與制冷劑蒸發(fā)器20的上游側(cè)之間的導(dǎo)管31a。導(dǎo)管31a被分隔以將從第二離心式風(fēng)扇32b吹送的空氣引導(dǎo)到制冷劑蒸發(fā)器 20的上部和將從第一離心式風(fēng)扇32a吹送的空氣引導(dǎo)到制冷劑蒸發(fā)器20的下部。此外，殼體31的空氣通道包括在制冷劑蒸發(fā)器20的下游側(cè)與制冷劑散熱器12的上游側(cè)之間的分隔板31b。分隔板31b將從制冷劑蒸發(fā)器20的上部吹送的空氣引導(dǎo)到制冷劑散熱器12的上部，和將從制冷劑蒸發(fā)器20的下部吹送的空氣引導(dǎo)到制冷劑散熱器12的下部。因此，在本實(shí)施例的車輛空氣調(diào)節(jié)器I中，從內(nèi)部/外部空氣切換裝置33引入的空氣被引導(dǎo)并通過第二離心式風(fēng)扇32b流動(dòng)到制冷劑散熱器12的上部，而從第一空氣入口 32c引入的空氣通過第一離心式風(fēng)扇32a流動(dòng)到制冷劑散熱器12的下部中。如上所述，制冷劑在本實(shí)施例的制冷劑散熱器12的管121中從底部向上流動(dòng)。 因此，從第一空氣入口 32c引入的空氣在包括管121的制冷劑入口側(cè)的第一熱交換區(qū)域 12a (參見圖3A)中與制冷劑進(jìn)行熱交換，而從內(nèi)部/外部空氣切換裝置33引入的空氣在包括管121的制冷劑出口側(cè)的第二熱交換區(qū)域12b (參見圖3A)中與制冷劑進(jìn)行熱交換。流動(dòng)通過管121的制冷劑的相以過熱氣相制冷劑一氣液兩相制冷劑一過冷液相制冷劑這樣的順序變化。因此，相對(duì)高溫的制冷劑在管121的入口側(cè)附近流動(dòng)，而相對(duì)低溫的制冷劑在管121的出口側(cè)附近流動(dòng)。當(dāng)在管121中流動(dòng)的氣液兩相制冷劑的溫度被假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)溫度Tl時(shí)，第一熱交換區(qū)域12a可以被認(rèn)為是管121的其中制冷劑具有等于或大于標(biāo)準(zhǔn)溫度Tl的溫度的熱交換區(qū)域。另外，第二熱交換區(qū)域12b可以被認(rèn)為是管121的其中制冷劑具有小于標(biāo)準(zhǔn)溫度Tl 的溫度的熱交換區(qū)域。換句話說，本實(shí)施例的分隔板31b被布置成使得第一熱交換區(qū)域12a是其中制冷劑具有等于或大于標(biāo)準(zhǔn)溫度Tl的溫度的熱交換區(qū)域，且第二熱交換區(qū)域12b是其中制冷劑具有小于標(biāo)準(zhǔn)溫度Tl的溫度的熱交換區(qū)域。因此，第一熱交換區(qū)域12a位于分隔板31b下方，而第二熱交換區(qū)域12b位于分隔板31b上方。當(dāng)內(nèi)部/外部空氣切換裝置33將外部空氣引入到殼體31中時(shí)，從第二離心式風(fēng)扇32b吹送的空氣(第二空氣)的溫度不同于從第一離心式風(fēng)扇32a吹送的空氣(第一空氣)的溫度。當(dāng)在外部空氣溫度較低的條件下執(zhí)行加熱車廂的內(nèi)部空間的加熱操作時(shí)，外部空氣溫度通常低于內(nèi)部空氣溫度。因此，如果內(nèi)部/外部空氣切換裝置33將外部空氣引入到殼體31中，則從第一離心式風(fēng)扇32a吹送的第一空氣的溫度可能變得高于從第二離心式風(fēng)扇32b吹送的第二空氣的溫度。
空氣調(diào)節(jié)單元30包括在殼體31內(nèi)的制冷劑散熱器12上方的旁路通道35。旁路通道35使已經(jīng)通過制冷劑蒸發(fā)器20的空氣旁通(繞過)制冷劑散熱器12。在旁路通道 35中，空氣混合門34被布置成調(diào)節(jié)流動(dòng)通過制冷劑散熱器12的空氣的量與流動(dòng)通過旁路通道35的空氣的量之間的比值。匯合空間36 (空氣混合空間)設(shè)置在制冷劑散熱器12和旁路通道35的下游，在所述匯合空間中，在制冷劑散熱器12處通過與制冷劑進(jìn)行熱交換而被加熱的空氣和已經(jīng)通過旁路通道35的未加熱空氣相互混合。已經(jīng)通過旁路通道35的空氣流入到匯合空間36 的上側(cè)區(qū)域中，而已經(jīng)通過制冷劑散熱器12的空氣流入到匯合空間36的下側(cè)區(qū)域中。因此，空氣溫度在匯合空間36中從頂部向下增加。殼體31的最下游側(cè)具有開口，在匯合空間36中被混合的調(diào)節(jié)空氣從所述開口被吹出到車廂的內(nèi)部空間。這里，車廂的內(nèi)部空間是要進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的空間的示例。所述開口包括除霜器開口 37a，調(diào)節(jié)空氣從所述除霜器開口被吹向車輛擋風(fēng)玻璃的內(nèi)表面；面部開口 37b，調(diào)節(jié)空氣從所述面部開口被吹向車廂中的乘客的上部；和腳部開口 37c，調(diào)節(jié)空氣從所述腳部開口被吹向乘客的腳部區(qū)域?？諝饣旌祥T34調(diào)節(jié)流動(dòng)通過旁路通道35的空氣的流量與流動(dòng)通過制冷劑散熱器 12的空氣的流量之間的比值，使得空氣混合門34調(diào)節(jié)匯合空間36中的空氣的溫度分布。 通過伺服電動(dòng)機(jī)致動(dòng)空氣混合門34，伺服電動(dòng)機(jī)的操作由空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制信號(hào)控制。除霜器門38a、面部門38b和腳部門38c沿氣流方向分別布置在除霜器開口 37a、 面部開口 37b和腳部開口 37c的上游側(cè)，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)開口 37a、37b、37c的開口面積。除霜器門38a、面部門38b和腳部門38c用作切換開口模式的開口模式切換部分的例子。這些門38a、38b、38c通過連桿機(jī)構(gòu)或類似裝置由伺服電動(dòng)機(jī)(未示出)致動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)的操作由空氣調(diào)節(jié)控制器輸出的控制信號(hào)控制。除霜器開口 37a、面部開口 37b和腳部開口 37c在氣流方向上的下游側(cè)分別通過導(dǎo)管與設(shè)置在車廂中的除霜器出口、面部出口、和腳部出口連通，其中所述導(dǎo)管內(nèi)限定空氣通道。例如，面部開口 37b與前側(cè)面部出口 Pl和側(cè)向面部出口 P2連通。如圖4所示，前側(cè)面部出口 Pl沿儀表盤P的左右方向設(shè)置在車廂的前端的中心部分處，而側(cè)向面部出口 P2沿左右方向設(shè)置在車廂的前端的兩個(gè)端部處。如圖4所示，前側(cè)面部出口 Pl和側(cè)向面部出口 P2設(shè)置在用于駕駛員和前乘客的多個(gè)位置處。因此，例如，在加熱操作中，在制冷劑散熱器12的駕駛員側(cè)熱交換區(qū)域處被加熱的空氣主要被吹送向駕駛員，而在制冷劑散熱器12的乘客側(cè)熱交換區(qū)域處被加熱的空氣主要被吹向前排乘客。以下說明本實(shí)施例的電動(dòng)控制部分?？諝庹{(diào)節(jié)控制器包括已知的微型計(jì)算機(jī)及其外圍電路。微型計(jì)算機(jī)包括中央處理單元(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)和和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)?？諝庹{(diào)節(jié)控制器基于存儲(chǔ)在ROM中的空氣調(diào)節(jié)控制程序執(zhí)行各種計(jì)算和處理，并控制連接到空氣調(diào)節(jié)控制器的輸出側(cè)的各種空氣調(diào)節(jié)控制部件ll、15a、15b、17、32等的操作?？諝庹{(diào)節(jié)控制器的輸入側(cè)連接到用于控制空氣調(diào)節(jié)的傳感器組。傳感器組包括內(nèi)部空氣傳感器、外部空氣傳感器傳感器、太陽能傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器、排放制冷劑溫度傳感器和出口制冷劑溫度傳感器。內(nèi)部空氣傳感器檢測(cè)車廂中的溫度(內(nèi)部空氣溫度)， 而外部空氣傳感器檢測(cè)外部空氣溫度。太陽能傳感器檢測(cè)進(jìn)入到車廂中的太陽輻射量，而蒸發(fā)器溫度傳感器檢測(cè)剛剛從制冷劑蒸發(fā)器20流出來的空氣的溫度(蒸發(fā)器溫度)。排放制冷劑溫度傳感器檢測(cè)從壓縮機(jī)11排放的制冷劑的溫度，而出口制冷劑溫度傳感器檢測(cè)在外部熱交換器16的出口側(cè)處流動(dòng)的制冷劑的溫度。另外，空氣調(diào)節(jié)控制器的輸入側(cè)連接到靠近位于車廂的前端處的儀表盤布置的操作面板(未示出)。從設(shè)置在操作面板處的各種空氣調(diào)節(jié)操作開關(guān)輸出的操作信號(hào)被輸入給空氣調(diào)節(jié)控制器的輸入側(cè)。設(shè)置在操作面板處的空氣調(diào)節(jié)操作開關(guān)包括用于操作車輛空氣調(diào)節(jié)器I的啟動(dòng)開關(guān)、用于設(shè)定車廂中的溫度的溫度設(shè)定開關(guān)、和用于選擇操作模式的選擇開關(guān)?？諝庹{(diào)節(jié)控制器被構(gòu)造成包括控制壓縮機(jī)11的電動(dòng)機(jī)Ilb的控制部分、打開-關(guān)閉閥15a、三通閥15b等。在本實(shí)施例中，控制壓縮機(jī)11的操作的控制部分(硬件和軟件) 被用作制冷劑排放能力控制部分。控制用作制冷劑通道切換部分的閥15a、15b的操作的控制部分用作制冷劑通道控制部分。以下說明本實(shí)施例的車輛空氣調(diào)節(jié)器I的操作。如上所述，本實(shí)施例的車輛空氣調(diào)節(jié)器I能夠執(zhí)行其中車廂的內(nèi)部空間被加熱的加熱操作和其中車廂的內(nèi)部空間被冷卻的冷卻操作。以下說明車輛空氣調(diào)節(jié)器I的加熱操作和冷卻操作中的每一個(gè)。(a)加熱操作當(dāng)在操作面板的啟動(dòng)開關(guān)為ON的狀態(tài)下通過選擇開關(guān)選擇加熱操作模式時(shí)，圖I 中所示的車輛空氣調(diào)節(jié)器I的加熱操作起動(dòng)。在加熱操作中，空氣調(diào)節(jié)控制器啟動(dòng)內(nèi)部/ 外部空氣切換門33a，使得外部空氣從內(nèi)部/外部空氣切換裝置33被引入到殼體31中。在加熱操作中，不必從內(nèi)部/外部空氣切換裝置33僅引入外部空氣。內(nèi)部空氣和外部空氣都可以被引入，使得引入的外部空氣量大于引入的內(nèi)部空氣量。另外，空氣調(diào)節(jié)控制器關(guān)閉熱泵循環(huán)10的打開-關(guān)閉閥15a，并選擇從外部熱交換器16的出口側(cè)通過三通閥15b到儲(chǔ)存器18的入口側(cè)的制冷劑通道。因此，熱泵循環(huán)10被切換到圖I中的實(shí)線箭頭所示的制冷劑通道。當(dāng)在加熱操作中選擇圖I中所示的制冷劑通道時(shí)，空氣調(diào)節(jié)控制器從上述用于控制空氣調(diào)節(jié)的傳感器組讀入檢測(cè)信號(hào)和從操作面板讀入操作信號(hào)。隨后，空氣調(diào)節(jié)控制器根據(jù)檢測(cè)信號(hào)和操作信號(hào)計(jì)算目標(biāo)出口空氣溫度ΤΑ0，其中所述目標(biāo)出口空氣溫度是吹送到車廂中的空氣的目標(biāo)溫度。此外，空氣調(diào)節(jié)控制器根據(jù)計(jì)算的目標(biāo)出口空氣溫度TAO和來自傳感器組的檢測(cè)信號(hào)確定連接到空氣調(diào)節(jié)控制器的輸出側(cè)的每一個(gè)空氣調(diào)節(jié)控制部件ll、15a、15b、17、32的操作狀態(tài)。例如，如下確定壓縮機(jī)11的制冷劑排放能力，即，從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出給壓縮機(jī)11的電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)。首先，通過使用控制圖根據(jù)目標(biāo)出口空氣溫度TAO確定制冷劑蒸發(fā)器20的目標(biāo)蒸發(fā)器空氣溫度ΤΕ0，其中所述控制圖被預(yù)先存儲(chǔ)在空氣調(diào)節(jié)控制器中。隨后，根據(jù)目標(biāo)蒸發(fā)器空氣溫度TEO與從制冷劑蒸發(fā)器20吹送的空氣的溫度之間的偏差確定從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出給壓縮機(jī)11的電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，其中從制冷劑蒸發(fā)器20吹送的空氣的溫度由蒸發(fā)器溫度傳感器檢測(cè)。通過使用反饋控制方法確定控制信號(hào)， 使得從制冷劑蒸發(fā)器20吹送的空氣的溫度接近目標(biāo)蒸發(fā)器溫度ΤΕ0。
確定從從空氣調(diào)節(jié)控制器輸出給空氣混合門34的伺服電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，使得吹送到車廂中的空氣的溫度變成由溫度設(shè)定開關(guān)設(shè)定的乘客期望溫度。根據(jù)目標(biāo)出口空氣溫度ΤΑ0、從制冷劑蒸發(fā)器20吹送的空氣的溫度和從壓縮機(jī)11排放的制冷劑的溫度確定輸入到空氣混合門34的伺服電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，其中從壓縮機(jī)11排放的制冷劑的溫度由排放制冷劑溫度傳感器檢測(cè)。在加熱操作中，如圖I所示，可以控制空氣混合門34的開口面積，使得從鼓風(fēng)機(jī)32 吹送的所有空氣都通過制冷劑散熱器12?？諝庹{(diào)節(jié)控制器將如上所述確定的控制信號(hào)或類似信號(hào)輸出給每一個(gè)空氣調(diào)節(jié)控制部件ll、15a、15b、17、32。直到空氣調(diào)節(jié)控制器請(qǐng)求車輛空氣調(diào)節(jié)器I的操作停止為止，每預(yù)定控制周期都會(huì)執(zhí)行控制程序。控制程序包括上述處理讀入檢測(cè)信號(hào)和操作信號(hào) —計(jì)算目標(biāo)出口空氣溫度TAO —確定每一個(gè)空氣調(diào)節(jié)控制部件的操作狀態(tài)一輸出控制電壓和控制信號(hào)。在冷卻操作中，基本類似于加熱操作，重復(fù)執(zhí)行所述控制程序。在加熱操作中，在熱泵循環(huán)10中從壓縮機(jī)11排放的高壓制冷劑流入到制冷劑散熱器12中。在制冷劑散熱器12中流動(dòng)的制冷劑通過與從鼓風(fēng)機(jī)32吹送到制冷劑散熱器 12中的第一和第二空氣進(jìn)行熱交換而將熱量散發(fā)到空氣。因此，吹送到車廂內(nèi)的第一和第二空氣被加熱。從制冷劑散熱器12流出來的高壓制冷劑流入到固定節(jié)流裝置13中以被減壓和膨脹，這是因?yàn)榇蜷_-關(guān)閉閥15關(guān)閉。從固定節(jié)流裝置13流出來的低壓制冷劑流入到外部熱交換器16中。在外部熱交換器16中流動(dòng)的低壓制冷劑從由鼓風(fēng)機(jī)17吹送的外部空氣吸收熱量以被蒸發(fā)。在加熱操作中，從外部熱交換器16流出來的制冷劑流入到儲(chǔ)存器18中以被分離成氣體和液體，這是因?yàn)槿ㄩy15b被切換到從外部熱交換器16的出口側(cè)到儲(chǔ)存器18的入口側(cè)的制冷劑通道。由儲(chǔ)存器18中的氣液分離獲得的氣相制冷劑流入到壓縮機(jī)11中以被壓縮。因此，在加熱操作中，第一和第二空氣在制冷劑散熱器12處通過從壓縮機(jī)11排放的制冷劑的熱量被加熱。因此，可以加熱作為要被調(diào)節(jié)空氣的空間的車廂的內(nèi)部空間。在這種情況下，從第二離心式風(fēng)扇32b吹送的第二空氣的溫度和濕度低于從離心式風(fēng)扇32a吹送的第一空氣的溫度和濕度。因此，流入到匯合空間36的上部中的空氣的溫度和濕度也低于流入到匯合空間36的下部中的空氣的溫度和濕度。因此，匯合空間36中的上部中的相對(duì)低濕度的空氣通過除霜器開口 37a從除霜器出口被吹向車輛擋風(fēng)玻璃的內(nèi)表面。因此，可以有效地防止車輛擋風(fēng)玻璃起霧。另外，面部出口通過面部開口 37b與匯合空間36的在垂直方向上的中部連通。腳部出口通過腳部開口 37c與匯合空間36的下部連通。因此，從面部出口吹向乘客的上部的空氣和從腳部出口吹向乘客的下部的空氣的溫度高于從除霜器出口吹出的空氣的溫度。因此，可以提高乘客的溫暖感。此外，從面部出口吹出的空氣的溫度低于從腳部出口吹出的空氣的溫度。因此，通過加熱操作可以獲得車廂中的舒適的溫度分布，從而對(duì)于車廂中的乘客來說具有涼爽的頭部和溫暖的腳部。(b)冷卻操作
當(dāng)在操作面板的啟動(dòng)開關(guān)為ON的狀態(tài)下通過選擇開關(guān)選擇冷卻操作模式時(shí)，圖2 中所示的車輛空氣調(diào)節(jié)器I的冷卻操作起動(dòng)。在冷卻操作中，空氣調(diào)節(jié)控制器啟動(dòng)內(nèi)部/ 外部空氣切換門33a，使得內(nèi)部空氣從內(nèi)部/外部空氣切換裝置33被引入到殼體31中。在冷卻操作中，當(dāng)目標(biāo)出口空氣溫度TAO被確定處于高或低的溫度范圍內(nèi)時(shí)，內(nèi)部/外部空氣切換裝置33可以僅將內(nèi)部空氣引入到殼體31中，而當(dāng)TAO被確定處于中間溫度范圍內(nèi)時(shí)， 可以引入內(nèi)部空氣和外部空氣，使得引入的內(nèi)部空氣量大于引入的外部空氣量。另外，空氣調(diào)節(jié)控制器打開打開-關(guān)閉閥15a，并選擇從外部熱交換器16的出口側(cè)通過三通閥15b到固定節(jié)流裝置19的入口側(cè)的制冷劑通道。因此，熱泵循環(huán)10被切換到圖2中的實(shí)線箭頭所示的制冷劑通道。在冷卻操作中，在熱泵循環(huán)10從壓縮機(jī)11排放的高壓制冷劑流入到制冷劑散熱器12中。制冷劑散熱器12中的制冷劑通過與從鼓風(fēng)機(jī)32吹送到制冷劑散熱器12中的第一和第二空氣進(jìn)行熱交換而將熱量散發(fā)到空氣。從制冷劑散熱器12流出的高壓制冷劑通過旁路通道14流入到外部熱交換器16，這是因?yàn)榇蜷_-關(guān)閉閥15打開。在外部熱交換器16中流動(dòng)的高壓制冷劑還將熱量散發(fā)到從鼓風(fēng)機(jī)17吹送的外部空氣。從外部熱交換器16流出來的制冷劑在固定節(jié)流裝置19處被減壓和膨脹，這是因?yàn)槿ㄩy15b被切換到從外部熱交換器16的出口側(cè)到固定節(jié)流裝置19的入口側(cè)的制冷劑通道。從固定節(jié)流裝置19流出來的制冷劑流入到制冷劑蒸發(fā)器20以從由鼓風(fēng)機(jī)32吹送的空氣吸收熱量并進(jìn)行蒸發(fā)。因此，流動(dòng)通過蒸發(fā)器20的制冷劑被蒸發(fā)，并且吹送到車廂中的空氣被冷卻。從蒸發(fā)器20流出來的制冷劑流入到儲(chǔ)存器18以被分離成氣體和液體。通過儲(chǔ)存器18中的氣液分離獲得的氣相制冷劑流入到壓縮機(jī)11中以被壓縮。因此，在冷卻操作中，吹送到車廂中的空氣通過在制冷劑蒸發(fā)器20處的低壓制冷劑的熱吸收和蒸發(fā)被冷卻。因此，可以冷卻車廂的內(nèi)部空間。當(dāng)乘客通過使用溫度設(shè)定開關(guān)將溫度設(shè)定成高于車廂的內(nèi)部空間的現(xiàn)有溫度的溫度時(shí)，在冷卻操作中可以設(shè)定加熱/除濕模式。在這種情況下，空氣混合門34的開度被調(diào)節(jié)使得吹送到車廂中的空氣的溫度變得高于車廂的內(nèi)部空間的現(xiàn)有溫度。此外，在這種情況下，在制冷劑蒸發(fā)器20中流動(dòng)的空氣被冷卻，并且空氣的絕對(duì)濕度降低。因此，可以在加熱/除濕模式中加熱車廂的內(nèi)部空間和對(duì)車廂的內(nèi)部空間進(jìn)行除濕。因此，如上所述，本實(shí)施例的車輛空氣調(diào)節(jié)器I可以通過切換熱泵循環(huán)10的制冷劑通道執(zhí)行加熱操作、冷卻操作、和冷卻操作的加熱/除濕模式。此外，在本實(shí)施例中，因?yàn)椴捎蒙鲜鲋评鋭┥崞?2，因此可以在水平方向上有效地減少從制冷劑散熱器12吹出的空氣的溫差，并且可以提高制冷劑散熱器12的散熱能力。具體地，在本實(shí)施例的制冷劑散熱器12中，因?yàn)楣?21沿水平方向堆疊和布置，因此從壓縮機(jī)11排放的過熱氣相制冷劑從分配總箱122幾乎相等地向上流入到管121中。因此，可以使得從制冷劑散熱器12吹出的空氣的水平溫度分布近似均勻。在本實(shí)施例的車輛空氣調(diào)節(jié)器I中，在制冷劑散熱器12的駕駛員側(cè)熱交換區(qū)域處被加熱的空氣主要被吹向車廂中的駕駛員，而在制冷劑散熱器12的乘客側(cè)熱交換區(qū)域處被加熱的空氣主要被吹向車廂中的前側(cè)乘客。因此，從制冷劑散熱器12吹出的空氣的水平溫度分布的均衡十分有效地用于減小車廂中的被吹向駕駛員的空氣與被吹向前側(cè)乘客的空氣之間的溫差。此外，相對(duì)高溫的制冷劑在第一熱交換區(qū)域12a處與具有高于第二空氣的溫度的第一空氣進(jìn)行熱交換。相對(duì)低溫的制冷劑在第二熱交換區(qū)域12b處與具有低于第一空氣的溫度的第二空氣進(jìn)行熱交換。因此，在第一熱交換區(qū)域12a和第二熱交換區(qū)域12b中，可以確?？諝馀c制冷劑之間的溫差，因此可以提高制冷劑散熱器12的散熱能力。制冷劑散熱器12的散熱能力的提高可以使流入到外部熱交換器16中的制冷劑的熱焓降低。因此，在外部熱交換器16處由制冷劑吸收的熱量增加。因此，可以增加熱泵循環(huán)10的制冷能力，并且可以提高性能系數(shù)(COP)。此外，在本實(shí)施例中，制冷劑散熱器12布置在空氣調(diào)節(jié)單元30中以滿足上述公式 F1。因此，即使制冷劑的相在制冷劑散熱器12的管121中變化，也可以通過調(diào)節(jié)諸如制冷劑的流動(dòng)速度U、粘性μ、密度P以及制冷劑散熱器12的傾斜角度Θ的參數(shù)來防止在特定管121中凝結(jié)的制冷劑的聚集。因此，可以限制在管121中流動(dòng)的制冷劑之間的壓力損失的不均勻，并且可以防止在制冷劑散熱器12中產(chǎn)生相對(duì)低溫的熱交換區(qū)域。因此，即使當(dāng)在管121中流動(dòng)的制冷劑的流動(dòng)速度由于熱泵循環(huán)10的空氣調(diào)節(jié)負(fù)載變化或類似因素而變化時(shí)，也可以防止制冷劑散熱器12的散熱能力的降低，并且可以有效地使在制冷劑散熱器12處加熱和從制冷劑散熱器12吹送的空氣的水平溫度分布均勻。以下說明參數(shù)條件使溫度分布均等的原因。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，在本實(shí)施例的制冷劑散熱器12中，因?yàn)楣?21沿水平方向堆疊和布置，當(dāng)熱泵循環(huán)10的空氣調(diào)節(jié)負(fù)載高時(shí)，S卩，當(dāng)循環(huán)10中循環(huán)的制冷劑的流量高時(shí)，從制冷劑散熱器12吹送的空氣的水平溫度分布可以均等。然而，如果熱泵循環(huán)10的空氣調(diào)節(jié)負(fù)載變低，即，如果循環(huán)10中循環(huán)的制冷劑的流量變低，則吹送的空氣的水平溫度分布可能會(huì)變得不均等。如圖5所示，通過改變制冷劑流量Gr觀察從制冷劑散熱器12吹出的空氣的溫度分布。更具體地，制冷劑散熱器12的熱交換區(qū)域被分成16個(gè)區(qū)域，并且計(jì)算從每一個(gè)分割區(qū)域中吹出的空氣的平均溫度。另外，計(jì)算分割區(qū)域中的沿水平方向的一側(cè)的8個(gè)分割區(qū)域(圖5中的示例(a)至(d)中的每一個(gè)中的右半?yún)^(qū)域)的平均溫度和在水平方向上的另一側(cè)8個(gè)分割區(qū)域(圖5中的示例(a)至(d)中的每一個(gè)中的左半?yún)^(qū)域)的平均溫度。 然后，所述一側(cè)的平均溫度與所述另一側(cè)的平均溫度之間的溫差被計(jì)算作為左右溫差A(yù)T。 左右溫差ΛΤ可以用作從制冷劑散熱器12吹出的空氣的水平溫度分布的均衡的指標(biāo)。在圖5中，諸如Va、Gr、SH、SC和Tain的符號(hào)被示出為分別表示空氣流量Va、制冷劑流量Gr、在制冷劑散熱器12的制冷劑入口處流動(dòng)的制冷劑的過熱度SH、在制冷劑散熱器 12的制冷劑出口處流動(dòng)的制冷劑的過冷度SC、和流入到制冷劑散熱器12中的空氣的溫度 Tain0如圖5所示，熱交換區(qū)域的相對(duì)低溫的區(qū)域(在圖5的示例(b)和(C)中由虛線包圍的幾乎中心的部分)隨著制冷劑流量Gr的減少而擴(kuò)大。當(dāng)制冷劑流量Gr進(jìn)一步減少時(shí)，產(chǎn)生熱交換區(qū)域的多個(gè)相對(duì)低溫的區(qū)域(在圖5的示例(d)中分別由虛線包圍的幾乎中心部分和左側(cè)部分)。隨著制冷劑流量Gr的減小，相對(duì)低溫區(qū)域，即，具有較低的充分加熱空氣的能力
15的熱交換區(qū)域增加。在這種情況下，整個(gè)制冷劑散熱器12的散熱能力可能會(huì)降低。此外， 如圖5所示，熱交換區(qū)域的相對(duì)低溫區(qū)域的產(chǎn)生使得左右溫差Λ T增加，從而使從制冷劑散熱器12吹出的空氣的水平溫度分布不均等。根據(jù)發(fā)明人的進(jìn)一步研究，熱交換區(qū)域的相對(duì)低溫區(qū)域的產(chǎn)生是由于在管121中流動(dòng)的制冷劑的冷凝度之間的差引起的。例如，當(dāng)?shù)蜏乜諝饬鲃?dòng)到制冷劑散熱器12的熱交換區(qū)域的特定區(qū)域時(shí)，流動(dòng)通過該特定區(qū)域(以下稱作低溫區(qū)域)的管121的制冷劑相對(duì)于流動(dòng)通過熱交換區(qū)域的其它區(qū)域的管121的制冷劑更易于凝結(jié)。在這種情況下，如果在管121的入口處流動(dòng)的制冷劑與在管121的出口處流動(dòng)的制冷劑之間的壓力差隨著制冷劑流量Gr的減小而降低，則凝結(jié)的制冷劑的流動(dòng)速度進(jìn)一步降低。因此，凝結(jié)的液體制冷劑變得難以從管121流出。如果凝結(jié)的制冷劑粘附到管121的制冷劑通道的壁面或類似地方并留在管121 中，則低溫區(qū)域的管121的通道橫截面相對(duì)于熱交換區(qū)域的其它區(qū)域的管121減小得更多。 因此，被凝結(jié)的液體制冷劑粘附到壁面的管121的壓力損失可能會(huì)增加。因此，從壓縮機(jī)11 排放的高溫制冷劑相對(duì)于流入到熱交換區(qū)域的其它區(qū)域的管121中可能變得難以流入到低溫區(qū)域的管121中，并且可能會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生相對(duì)低溫的熱交換區(qū)域(低溫區(qū)域)。低溫區(qū)域的管121的壓力損失的增加由管121中的制冷劑的凝結(jié)所產(chǎn)生。因此， 對(duì)于估算低溫區(qū)域的管121的壓力損失來說，除了制冷劑流動(dòng)速度U之外，需要考慮以下問題(1)-(3)等，其中制冷劑流動(dòng)速度涉及將制冷劑推出管121的能量。(I)由于制冷劑的凝結(jié)而導(dǎo)致粘性μ的增加，導(dǎo)致壓力損失的增加。(2)由于制冷劑的凝結(jié)而使得密度P減少，導(dǎo)致壓力損失的減小。(3)由作用在凝結(jié)制冷劑上的重力轉(zhuǎn)換的壓力損失的增加。因此，如果傾斜角度Θ等被認(rèn)為是用于計(jì)算制冷劑流動(dòng)速度U、粘性μ、密度P、 和作用在凝結(jié)制冷劑上的重力的必要參數(shù)，則低溫區(qū)域的管121的壓力損失可以被設(shè)置成等于熱交換區(qū)域的其它區(qū)域的管121的壓力損失。因此，可以防止在制冷劑散熱器12中產(chǎn)生相對(duì)低溫的熱交換區(qū)域。根據(jù)上述觀點(diǎn)，可以通過使用傾斜角度Θ和雷諾數(shù)Re的模擬計(jì)算來獲得用于防止相對(duì)低溫的熱交換區(qū)域的生成的制冷劑散熱器12的布置條件。雷諾數(shù)Re通過使用制冷劑流動(dòng)速度U、粘性μ和密度P被定義為慣性力與粘性力之間的比值。公式Fl是由模擬計(jì)算結(jié)果獲得的近似公式。在計(jì)算制冷劑散熱器12的布置條件中，在管121中流動(dòng)的制冷劑的平均流速用作制冷劑流動(dòng)速度U。流入到制冷劑散熱器12中的制冷劑被假設(shè)為在2MPa壓力下具有45°C 的過熱度的氣相制冷劑，并且流入到制冷劑散熱器12中的空氣被假設(shè)為在20°C溫度下具有200m3/h的流量。此外，通過使用以下被顯示為公式F2的泰勒公式獲得用于計(jì)算上述項(xiàng)目(I)中所述的壓力損失的增加的氣液兩相制冷劑的必要粘性。
權(quán)利要求
1.一種用于蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)(10)的制冷劑散熱器，所述制冷劑循環(huán)包括被構(gòu)造成壓縮和排放制冷劑的壓縮機(jī)(11)和被構(gòu)造成將熱量散發(fā)給空氣直到從所述壓縮機(jī)(11) 排放的氣相制冷劑至少變化成氣液兩相制冷劑為止的制冷劑散熱器，制冷劑散熱器包括制冷劑流動(dòng)通過的多個(gè)管(121)，所述管(121)沿水平方向堆疊和布置，并沿垂直于水平方向的方向或相對(duì)于所述水平方向以一角度延伸，其中所述管(121)包括第一熱交換區(qū)域(12a)和第二熱交換區(qū)域(12b)，在所述第一熱交換區(qū)域中，具有等于或高于標(biāo)準(zhǔn)溫度(Tl)的溫度的制冷劑與將要被吹送到一空間的第一空氣交換熱量，在所述第二熱交換區(qū)域中，具有低于所述標(biāo)準(zhǔn)溫度(Tl)的溫度的制冷劑與將要被吹送到所述空間的第二空氣交換熱量，所述第二空氣基本上具有不同于所述第一空氣的溫度的溫度。
2.一種用于蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)(10)的制冷劑散熱器，所述制冷劑循環(huán)包括被構(gòu)造成壓縮和排放制冷劑的壓縮機(jī)(11)和被構(gòu)造成將熱量散發(fā)給空氣直到從所述壓縮機(jī)(11) 排放的氣相制冷劑至少變化成氣液兩相制冷劑為止的所述制冷劑散熱器，所述制冷劑散熱器包括制冷劑流動(dòng)通過的多個(gè)管(121)，所述管(121)沿水平方向堆疊和布置，并沿垂直于所述水平方向的方向或相對(duì)于所述水平方向以一角度延伸，其中所述管(121)包括第一熱交換區(qū)域(12a)和第二熱交換區(qū)域(12b)，在所述第一熱交換區(qū)域中，制冷劑與將要被吹送到一空間的第一空氣交換熱量，在所述第二熱交換區(qū)域中，制冷劑與將要被吹送到所述空間的第二空氣交換熱量，所述第二空氣具有不同于所述第一空氣的溫度的溫度，所述第一熱交換區(qū)域(12a)包括所述管(121)的制冷劑入口側(cè)，以及所述第二熱交換區(qū)域(12b)包括所述管(121)的制冷劑出口側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，所述第一空氣的溫度高于所述第二空氣的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，所述第一空氣的溫度低于所述第二空氣的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，包括所述管(121)的熱交換部分被構(gòu)造成散發(fā)熱量直到從所述壓縮機(jī)(11)排放的氣相制冷劑變化成液相制冷劑為止，并且所述管(121)以在所述管(121)中流動(dòng)的制冷劑的流動(dòng)方向與所述水平方向之間的傾斜角度9傾斜，并且被構(gòu)造成當(dāng)所述傾斜角度0在從0度到90度的范圍內(nèi)時(shí)滿足以下公式Re ^ AXX6+BXX5+CXX4+DXX3+EXX2+FXX+G 其中A = -0. 0537 X 0 2+9. 7222 X 0 +407. 19 B = -(-0. 2093 X 0 2+37. 88 X 0 +1586. 3)C = -0. 3348 X 0 2+60. 592 X 0 +2538. I D = -(-0. 2848 X 0 2+51. 53 X 0 +2158. 2)E = -0. 1402 X 0 2+25. 365 X 0 +1062. 8F = - (-O. 0418 X θ 2+7. 5557 X Θ +316. 46)G = -O. 0132 X θ 2+2. 3807 X Θ +99. 73其中X是在氣液兩相制冷劑流動(dòng)的所述管(121)的預(yù)定位置處的制冷劑的干燥度，而 Re是在所述預(yù)定位置處的雷諾數(shù)，根據(jù)在所述管(121)中流動(dòng)的制冷劑的平均流速(m/s) 計(jì)算所述雷諾數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，所述管(121)包括制冷劑向下流動(dòng)的管部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，還包括總箱(122，123)，所述總箱在所述管(121)的堆疊方向上延伸并沿所述管(121)的縱向方向布置在所述管(121)的至少一側(cè)以收集和分配制冷劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制冷劑散熱器，其中，所述總箱(123)的內(nèi)部空間被分成多個(gè)空間(123d，123e)，所述分隔空間(123d, 123e)中的在所述總箱(123)的一側(cè)的一個(gè)分隔空間(123d)包括引入制冷劑的制冷劑入口，而所述分隔空間(123d，123e)中的在所述總箱(123)的另一側(cè)的另一個(gè)分隔空間(123e)包括排放制冷劑的制冷劑出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，所述管(121)沿空氣流動(dòng)方向(A)被布置成多層。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，所述管(121)包括第一管組 (121a)和第二管組(121b)，在所述第一管組中，制冷劑從底側(cè)向上流動(dòng)，在所述第二管組中，制冷劑從頂側(cè)向下流動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，所述管(121)被布置成使得制冷劑在所有管(121)中沿相同的方向流動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制冷劑散熱器，其中，在制冷劑循環(huán)(10)用于車輛空氣調(diào)節(jié)器的情況下，所述空間是車廂的內(nèi)部空間，所述第一空氣是所述車廂內(nèi)部的空氣，而所述第二空氣是所述車廂外部的空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)(10)的制冷劑散熱器，所述蒸汽壓縮制冷劑循環(huán)包括被構(gòu)造成壓縮和排放制冷劑的壓縮機(jī)(11)，制冷劑散熱器包括制冷劑流動(dòng)通過的管(121)。管(121)沿水平方向堆疊和布置，并且沿垂直于水平方向的方向或相對(duì)于水平方向以一角度延伸。管(121)包括第一熱交換區(qū)域(12a)和第二熱交換區(qū)域(12b)，在所述第一熱交換區(qū)域中，具有等于或高于標(biāo)準(zhǔn)溫度(Ti)的溫度的制冷劑與要被吹送到一空間的第一空間交換熱量，在所述第二熱交換區(qū)域中，具有低于標(biāo)準(zhǔn)溫度(Ti)的溫度的制冷劑與要被吹送到所述空間的第二空間交換熱量?；旧希诙諝饩哂胁煌诘谝豢諝獾臏囟鹊臏囟?。
文檔編號(hào)F25B39/00GK102589198SQ20121000346
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者加藤吉毅 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝