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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher und auf ein Wärmepumpensystem, das denselben verwendet, und sie bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der zum Beispiel sowohl die Funktion eines Kondensators als auch eines Verdampfers hat, und der als ein externer Wärmetauscher verwendet wird, der außerhalb einer Heizlüfter- und Klimaanlageneinheit (HVAC-Einheit) eines Fahrzeugklimaanlagenwärmepumpensystems verwendet wird, und auf ein Wärmepumpensystem, das denselben verwendet.
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Stand der Technik
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Als diese Bauart eines Wärmetauschers sind ein Unterkühlkondensator, der mit einem Kondensatorkernabschnitt zum Kondensieren eines Kühlmittels durch Wärmeaustausch mit Luft versehen ist, ein Aufnahmetank, in dem das Kühlmittel, das den Aufnahmetank passiert hat, aus dem Kondensatorkernabschnitt strömt, und ein Unterkühlkernabschnitt zum Unterkühlen und Verflüssigen eines Kühlmittels mit Gas-/Flüssigkeitsgemisch, das den Aufnahmetank passiert hat, mittels Wärmeaustausch mit der Luft offenbart (siehe zum Beispiel Patentdruckschrift 1).
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Der vorstehend beschriebene Kondensatorkernabschnitt und der Unterkühlkernabschnitt bestehen aus vielen Röhren, die entlang einer Querrichtung zwischen linken und rechten Kopftanks angeordnet sind, die jeweils entlang der Querrichtung angeordnet sind, und zwar in einem Zustand, dass sie parallel zueinander sind und sowohl mit dem linken als auch mit dem rechten Kopftank in Verbindung sind; und Lamellen, die zwischen angrenzenden Röhren angeordnet sind.
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Auflistung der Entgegenhaltungen
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: Japanisches Patent JP 40 52706
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Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Beim Kondensieren des Kühlmittels ändern sich Dichteänderungsraten eines flüssigen Kühlmittels und eines Kühlmittelgases in dem Kühlmittel aus dem Gas-/Flüssigkeitsgemisch stark bei einer Zustandsänderung des Kühlmittels. Da in diesem Zustand das flüssige Kühlmittel noch stärker durch eine Schwerkraft als das Kühlmittelgas beeinflusst werden kann, werden Gasblasen in dem flüssigen Kühlmittel erzeugt, die durch die Röhre strömen, und ein Drift kann in der Kühlmittelströmung auftreten. Falls insbesondere das Kühlmittel in einer vertikalen Strömungsrichtung strömt, kann das flüssige Kühlmittel durch eine Schwerkraft leicht beeinflusst werden, und ein Drift des Kühlmittels kann in der Röhre leicht auftreten. Falls daher der der Unterkühlkernabschnitt, durch den das Kühlmittel mit Gas-/Flüssigkeitsgemisch strömt, eine vertikale Kühlmittelströmung wie bei dem vorstehend genannten Stand der Technik bildet, kann der Wärmeaustausch in dem Kernabschnitt nicht behutsam fortschreiten, und es bestehen Bedenken, dass der Wärmeaustauschwirkungsgrad des Wärmetauschers verringert wird.
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Außerdem ist nach alledem der Wärmetauscher des vorstehend beschriebenen Stands der Technik ein Kondensator, und ein Wärmetauscher, der sowohl die Funktionen des Kondensators als auch des Verdampfers hat, wird nicht behandelt, und ein externer Wärmetauscher wird auch nicht behandelt, der außerhalb der HVAC-Einheit eines Fahrzeugklimaanlagenwärmepumpensystems vorgesehen ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände geschaffen, und es ist die Aufgabe, einen Wärmetauscher, dessen Wärmeaustauschwirkungsgrad stark verbessert ist und der sowohl die Funktionen eines Kondensators als auch eines Verdampfers hat und für einen externen Wärmetauscher geeignet ist, der außerhalb der HVAC-Einheit des Fahrzeugklimaanlagenwärmepumpensystems vorgesehen ist, und ein Wärmepumpensystem vorzusehen, das denselben verwendet.
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Lösung des Problems
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Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist ein Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung mit einem Hauptkernabschnitt zum Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen Luft und einem Kühlmittel, einem Aufnahmetank, in den das Kühlmittel strömt, das den Hauptkernabschnitt passiert hat, und einem Unterkühlkernabschnitt zum Unterkühlen und Verflüssigen eines Kühlmittels mit Gas-/Flüssigkeitsgemisch, das den Aufnahmetank passiert hat, durch Wärmeaustausch mit der Luft, wobei der Unterkühlkernabschnitt aus vielen Röhren besteht, die entlang einer Querrichtung zwischen einem linken und einem rechten Kopftank angeordnet sind, die jeweils entlang der Querrichtung angeordnet sind, und zwar in einem Zustand, dass sie parallel zueinander sind und sowohl mit dem linken als auch mit dem rechten Kopftank in Verbindung sind; und Lamellen versehen, die zwischen den angrenzenden Röhren angeordnet sind.
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Vorzugsweise besteht der Hauptkernabschnitt aus vielen Röhren, die entlang einer vertikalen Richtung zwischen einem oberen und einem unteren Kopftank angeordnet sind, die jeweils entlang der vertikalen Richtung angeordnet sind, und zwar in einem Zustand, dass sie parallel zueinander sind und sowohl mit dem oberen als auch mit dem unteren Kopftank in Verbindung sind; und Lamellen, die zwischen den angrenzenden Röhren angeordnet sind.
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Ein Wärmepumpensystem der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmepumpensystem, das durch Schalten des Wärmetauschers zu einen Kondensator oder einen Verdampfer verwendet wird, indem eine Strömungsrichtung eines Kühlmittels in dem Hauptkernabschnitt geändert wird, der mit einer Umgehungseinrichtung versehen ist, damit das Kühlmittel strömt, das den Hauptkernabschnitt passiert hat, während es den Aufnahmetank und den Unterkühlkernabschnitt umgeht, wenn der Wärmetauscher als der Verdampfer verwendet wird.
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Vorzugsweise ist der Wärmetauscher mit einem Verbindungsabschnitt versehen, damit der Hauptkernabschnitt und der Aufnahmetank miteinander in Verbindung sind, wenn der Wärmetauscher als ein Kondensator verwendet wird, und die Umgehungseinrichtung hat einen Kühlmittelkanal, der so geschaffen ist, dass er mit dem Verbindungsabschnitt in Verbindung ist, nachdem das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt passiert hat, zum Strömen veranlasst wurde, während es den Aufnahmetank und den Unterkühlkernabschnitt umgeht, wenn der Wärmetauscher als ein Verdampfer verwendet wird, und ein Ventil, das an einer Einlassseite des Hauptkernabschnitts des Kühlmittelkanals versehen ist und eine Strömung eines Kühlmittels zu einer Seite des Kühlmittelkanals von dem Verbindungsabschnitt verhindert, wenn der Wärmetauscher als der Kondensator verwendet wird.
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Andererseits ist das Wärmepumpensystem der vorliegenden Erfindung ein Wärmepumpensystem, das durch Schalten des Wärmetauschers zu einen Kondensator oder einen Verdampfer verwendet wird, ohne dass die Kühlmittelströmungsrichtung in dem Hauptkernabschnitt geändert wird, und es ist mit einer Umgehungseinrichtung versehen, damit das Kühlmittel strömt, das den Hauptkernabschnitt passiert hat, während es den Aufnahmetank und den Unterkühlkernabschnitt umgeht, wenn der Wärmetauscher als der Verdampfer verwendet wird.
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Vorzugsweise ist der Wärmetauscher mit einem Verbindungsabschnitt versehen, damit der Hauptkernabschnitt und der Aufnahmetank miteinander in Verbindung sind, wenn der Wärmetauscher als der Kondensator verwendet wird, und die Umgehungseinrichtung hat einen Kühlmittelkanal, der so geschaffen ist, dass er mit dem Verbindungsabschnitt in Verbindung ist, nachdem das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt passiert hat, zum Strömen veranlasst wurde, während es den Aufnahmetank und den Unterkühlkernabschnitt umgeht, wenn der Wärmetauscher als der Verdampfer verwendet wird, und ein Ventil, das an einer Auslassseite des Hauptkernabschnitts des Kühlmittelkanals versehen ist und eine Strömung eines Kühlmittels zu einer Seite des Kühlmittelkanals von dem Verbindungsabschnitt verhindert, wenn der Wärmetauscher als der Kondensator verwendet wird.
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Vorzugsweise wird der Wärmetauscher als ein externer Wärmetauscher verwendet, der außerhalb einer HVAC-Einheit für eine Fahrzeugklimaanlage vorgesehen ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß dem Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung kann das Kühlmittel mit dem Gas-/Flüssigkeitsgemisch, das durch den Unterkühlkernabschnitt strömt, eine Kühlmittelströmung in der Querströmungsrichtung sein. Wenn das Kühlmittel kondensiert, ändern sich Dichteänderungsraten des flüssigen Kühlmittel und des Kühlmittelgases in dem Kühlmittel mit Gas-/Flüssigkeitsgemisch stark mit der Änderung des Kühlmittelzustands. Da in diesem Zustand das flüssige Kühlmittel durch eine Schwerkraft noch einfacher als das Kühlmittelgas beeinflusst werden kann, können Gasblasen in dem flüssigen Kühlmittel erzeugt werden, das durch die vertikal angeordneten Röhren strömt, und ein Drift kann in der Kühlmittelströmung auftreten. Durch Bilden der Kühlmittelströmung durch den Unterkühlkernabschnitt in der Querströmungsrichtung ist das flüssige Kühlmittel jedoch dem Einfluss der Schwerkraft weniger ausgesetzt als im Falle der vertikalen Strömungsrichtung, und somit kann ein Drift des Kühlmittels in der Röhre wirksam unterdrückt werden. Daher kann der Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Kühlmittel in dem Unterkühlkernabschnitt für eine lange Zeit fortgesetzt werden, und das Absenken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des Wärmetauschers kann unterdrückt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem das Kühlmittel, das durch den Hauptkernabschnitt strömt, als eine Kühlmittelströmung in der vertikalen Strömungsrichtung gebildet werden. Beim Verdampfen des Kühlmittels wird an jeder Fläche der Röhren kondensiertes Wasser erzeugt, das Wasser wird an den Flächen der Röhren zurückgehalten, das in einigen Fällen ein Vereisungsphänomen verursachen könnte, und der Wärmeaustauschwirkungsgrad könnte durch das Anwachsen dieser Eisschicht abgesenkt werden. Durch Bilden der Kühlmittelströmung durch den Hauptkernabschnitt in einer vertikalen Strömungsrichtung kann jedoch das Auftreten des Vereisungsphänomens unterdrückt werden, und somit kann der Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Kühlmittel in dem Hauptkernabschnitt für eine lange Zeit fortgesetzt werden, und das Absenken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des Wärmetauschers kann weiter wirksam unterdrückt werden.
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Gemäß dem Wärmepumpensystem der vorliegenden Erfindung können außerdem ein Anstieg eines nutzlosen Druckverlusts des Kühlmittels, der durch Hindurchtreten des Kühlmittels durch den Unterkühlkernabschnitt verursacht wird, und somit ein nutzloser Fluiditätsverlust des Kühlmittels verhindert werden, und das Absenken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des Wärmetauschers kann noch wirksamer unterdrückt werden, wenn der Wärmetauscher als ein Verdampfer genutzt wird, da die Gas-/Flüssigkeits-Separation des Kühlmittels durch den Aufnahmetank und das Unterkühlen des Kühlmittels in dem Unterkühlkernabschnitt nicht erforderlich sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt passiert hat, zum Umgehen des Aufnahmetanks und des Unterkühlkernabschnitts durch den Kühlmittelkanal und zum Strömen veranlasst, wenn der Wärmetauscher als ein Verdampfer verwendet wird, während das Schalten des Wärmetauschers zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator in dem Wärmepumpensystem mit einer einfachen Konfiguration verwirklich werden kann, wenn der Wärmetauscher als ein Kondensator verwendet wird, da die Kühlmittelströmung aus dem Verbindungsabschnitt zu der Seite des Kühlmittelkanals durch das Ventil verhindert werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem durch die Verwendung des Wärmetauschers, indem er zu einen Kondensator oder einen Verdampfer geschaltet wird, ohne dass die Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Hauptkernabschnitt geändert wird, ein Einlassanschluss zum Erwärmen und ein Einlassanschluss zum Kühlen von derselben Seite des Hauptkernabschnitts gemeinsam genutzt werden. Wenn dies mit einem Fall verglichen wird, bei dem der Wärmetauscher verwendet wird, indem er zu einen Kondensator oder einen Verdampfer geschaltet wird, indem die Kühlmittelströmungsrichtung in dem Hauptkernabschnitt geändert wird, kann infolgedessen eine Kreislaufkonfiguration eines Kühlmittelkreislaufs vereinfacht werden, und das Schalten des externen Wärmetauschers zu einen Verdampfer oder einen Kondensator in dem Wärmepumpensystem kann durch eine einfachere Konfiguration durchgeführt werden.
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Außerdem ist gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere der Wärmetauscher dazu geeignet, als ein externer Wärmetauscher verwendet zu werden, der außerhalb der HVAC-Einheit für eine Fahrzeugklimaanlage vorgesehen ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer Vorderansicht eines externen Wärmetauschers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, einer Konzeptkonfiguration eines Fahrzeugklimaanlagenwärmepumpensystems, in dem der externe Wärmetauscher eingebaut ist, und einer Konzeptkonfiguration einer HVAC-Einheit, mit der ein Wärmepumpensystem verbunden ist.
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2 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer Vorderansicht eines externen Wärmetauschers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, einer Konzeptkonfiguration eines Fahrzeugklimaanlagenwärmepumpensystems, in dem der externe Wärmetauscher eingebaut ist, und einer Konzeptkonfiguration einer HVAC-Einheit, mit der ein Wärmepumpensystem verbunden ist.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Ein Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Wärmepumpensystem, das denselben verwendet, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 stellt eine Vorderansicht eines externen Wärmetauschers 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, eine Konzeptkonfiguration eines Fahrzeugklimaanlagenwärmepumpensystems 2, in dem der externe Wärmetauscher 1 eingebaut ist, und eine Konzeptkonfiguration einer HVAC-Einheit 4 dar, mit der ein Wärmepumpensystem 2 verbunden ist.
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Der externe Wärmetauscher 1 hat einen Hauptkernabschnitt 6, der einen Wärmeaustausch zwischen Luft und einem Kühlmittel bewirkt, einen Aufnahmetank 8, in den das Kühlmittel strömt, das den Hauptkernabschnitt 6 passiert hat, und einen Unterkühlkernabschnitt 10 zum Unterkühlen und Verflüssigen eines Kühlmittels mit einem Gas-/Flüssigkeitsgemisch, das den Aufnahmetank 8 passiert hat, durch Wärmeaustausch mit der Luft.
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Der Hauptkernabschnitt 6 besteht aus vielen Röhren 14, die entlang einer vertikalen Richtung zwischen einem oberen und einem unteren Kopftank 12 und 12 angeordnet sind, die jeweils entlang der vertikalen Richtung angeordnet sind, und zwar in einem Zustand, bei dem sie parallel zueinander sind und sowohl mit dem oberen als auch mit dem unteren Kopftank 12 und 12 in Verbindung sind; und Lamellen 16, die zwischen den angrenzenden Röhren 14 angeordnet sind. Die Lamellen 16, die sich an dem linken und dem rechten Endabschnitt des Hauptkernabschnitts 6 befinden, sind an ein Abdeckungselement 18 so gefügt, dass sie eine Steifigkeit des Hauptkernabschnitts 6 gewährleisten, und das Abdeckungselement 18 an einer linken Seite ist mit dem Aufnahmetank 8 durch ein Verbindungselement 19 verbunden.
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Andererseits besteht ein Unterkühlkernabschnitt 10 von diesem Ausführungsbeispiel aus vielen Röhren 22, die entlang einer Querrichtung zwischen einem linken und einem rechten Kopftank 20 und 20 angeordnet sind, die jeweils entlang der Querrichtung angeordnet sind, und zwar in einem Zustand, bei dem sie parallel zueinander sind und sowohl mit dem linken als auch mit dem rechten Kopftank 20 und 20 in Verbindung sind; und Lamellen 24, die zwischen den angrenzenden Röhren 22 angeordnet sind. Durch Fügen der Lamelle 24, die sich an einem oberen Endabschnitt des Unterkühlkernabschnitts 10 befindet, an ein Abdeckungselement 26 wird die Steifigkeit des Unterkühlkernabschnitts 10 gewährleistet, und durch Fügen des Abdeckungselements 26 an den Kopftank 12 an einer unteren Seite ist der Unterkühlkernabschnitt 10 mit dem Hauptkernabschnitt 6 verbunden.
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Die HVAC-Einheit 4 ist an einer vorderen Seite in einer Kabine eines Fahrzeugs angebracht und an einer zur kabineninneren Seite eines Armaturenbretts DB befestigt, das einen Motorraum des Fahrzeugs von einem Inneren der Kabine trennt. In der HVAC-Einheit 4 sind ein Lüftergebläse 28, ein Innenverdampfer 30 und ein Innenkondensator 32 in der Reihenfolge in einer Richtung einer Luftströmung vorgesehen. An einer primären Seite der Luftströmung in dem Innenkondensator 32 ist ein Dämpfer 34 zum Öffnen/Schließen eines Lufteinlasses des Innenkondensators 32 vorgesehen, und durch Schließen des Dämpfers 34, wie dies durch eine gestrichelte Linie in der 1 angegeben ist, kann die Luft zum Strömen veranlasst werden, während sie den Innenkondensator 32 umgeht. Indem die Luft, die durch das Lüftungsgebläse 28 eingezogen wird, wahlweise zu dem Innenverdampfer 30 oder zu dem Innenkondensator 32 gemäß der vorstehenden Beschreibung strömt, wird die Luft in der Kabine auf eine gewünschte, festgelegte Temperatur gesteuert.
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Das Wärmepumpensystem 2 ist so konfiguriert, dass sie durch Schalten des externen Wärmetauschers 1 zu einen Kondensator oder einen Verdampfer verwendet werden kann, indem eine Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Hauptkernabschnitt 6 geändert wird, und der externe Wärmetauscher 1 wird als ein Verdampfer während eines Erwärmungsbetriebs des Wärmepumpensystems 2 verwendet, und er wird als ein Kondensator während eines Kühlbetriebs verwendet.
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Das Wärmepumpensystem 2 ist mit einem Kühlkreislauf 36 versehen, durch den ein Kühlmittel zirkuliert, und in einem Wärmebetriebskanal (ein Kühlmittelkanal, eine Umgehungseinrichtung) 36a in dem Kühlkreislauf 36 sind der externe Wärmetauscher 1, ein erstes Öffnungs-/Schließventil 38, ein Akkumulator 40, ein Verdichter 42, der Innenkondensator 32, ein erstes Expansionsventil 44, ein Rückschlagventil (Ventil, Umgehungsventil) 46 in der Reihenfolge der Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet, die durch eine durchgezogene Linie in der 1 angegeben ist.
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Andererseits sind in einem Kühlbetriebskanal 36b in dem Kühlkreislauf 36 der externe Wärmetauscher 1, ein zweites Öffnungs-/Schließventil 48, ein zweites Expansionsventil 50, der Innenverdampfer 30, der Akkumulator 40, der Verdichter 42, der Innenkondensator 32 und ein drittes Öffnungs-/Schließventil 52 in der Reihenfolge der Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet, die durch eine gestrichelte Linie in der 1 angegeben ist.
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Der Kühlbetriebskanal 36b ist so ausgebildet, dass er einen gemeinsamen Kanal 36d hat, der durch den Erwärmungsbetriebskanal 36a von dem Akkumulator 40 zu einem Verzweigungspfad 36c zwischen dem dritten Öffnungs-/Schließventil 52 und dem ersten Expansionsventil 44 durch den Verdichter 42 und den Innenkondensator 32 gemeinsam genutzt wird.
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Antriebsabschnitte des Dämpfers 34 und des ersten bis dritten Öffnungs-/Schließventils 38, 48 und 52 sind mit einer nicht gezeigten ECU (elektrische Steuereinheit) elektrisch verbunden, um das Fahrzeug umfassend zu steuern. Während des Kühlens, wenn der Kühlbetriebskanal 36b verwendet wird, wird die ECU so gesteuert, dass die durch das Lüftungsgebläse 28 geförderte Luft strömt, während sie den Innenkondensator 32 umgeht, indem der Dämpfer 34 geschlossen wird und indem eine Öffnungs-/Schließsteuerung des ersten bis dritten Öffnungs-/Schließventils 38, 48 und 52 angemessen durchgeführt wird, wobei die Kühlmittelströmungsrichtung (die durch einen gestrichelten Pfeil in der 1 angegeben ist) während des Kühlens in dem externen Wärmetauscher 1 der Kühlmittelströmungsrichtung (die durch einen durchgezogenen Pfeil in der 1 angegeben ist) während des Erwärmens entgegengesetzt ist, wenn der Erwärmungsbetriebskanal 36a verwendet wird.
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Hierbei verwendet das Wärmepumpensystem 2 von diesem Ausführungsbeispiel eine Konfiguration, bei der in dem Erwärmungsbetrieb, wenn der externe Wärmetauscher 1 als ein Verdampfer verwendet wird, das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt 6 passiert hat, zum Strömen veranlasst wird, während es den Aufnahmetank 8 und den Unterkühlkernabschnitt 10 (Umgehungseinrichtung) umgeht.
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Im Einzelnen ist ein Erwärmungseinlassanschluss 54 zu dem externen Wärmetauscher 1 des Erwärmungsbetriebskanals 36a an einem linken Endabschnitt des unteren Kopftanks 12 vorgesehen, und ein Erwärmungsauslassanschluss 56 zu dem externen Wärmetauscher 1 des Erwärmungsbetriebskanals 36a ist an einem rechten Endabschnitt des unteren Kopftanks 12 vorgesehen.
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Das Kühlmittel, das in den Hauptkernabschnitt 6 von dem Erwärmungseinlassanschluss 54 während der Erwärmung geströmt ist, wiederholt eine vertikale Strömung nach unten oder nach oben unter Verwendung von vielen Trennvorrichtungen 58, die das Innere von jedem der Kopftanks 12 als Grenzen partitionieren, es strömt insgesamt von der linken Seite zu der rechten Seite, wie dies durch einen durchgezogenen Pfeil in der 1 angegeben ist, während ein Wärmeaustausch mit Luft A durch Ventilation zu dem Hauptkernabschnitt 6 bewirkt wird, und es wird zu dem Erwärmungsbetriebskanal 36a aus dem Erwärmungsauslassanschluss 56 herausgeführt. Das Kühlmittel während des Erwärmungsbetriebs strömt nämlich nur durch den Hauptkernabschnitt 6 in dem externen Wärmetauscher 1.
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Andererseits wird ein Kühleinlassanschluss 60 des Kühlbetriebskanals 36b zu dem externen Wärmetauscher 1 durch den Erwärmungsauslassanschluss 56 gemeinsam genutzt, und ein Einlassverbindungsrohr (Verbindungsabschnitt) 62, das ein Ende hat, das mit dem Erwärmungseinlassanschluss 54 in Verbindung ist, ist mit einem unteren Seitenabschnitt des Aufnahmetanks 8 verbunden, und das andere Ende wird mit dem Inneren des Aufnahmetanks 8 in Verbindung gebracht.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, sind bei dem Einlassverbindungsrohr 62 der Hauptkernabschnitt 6 und der Aufnahmetank 8 miteinander in Verbindung, wenn der externe Wärmetauscher 1 als ein Kondensator verwendet wird. Wenn andererseits der externe Wärmetauscher 1 als ein Verdampfer verwendet wird, wird das Einlassverbindungsrohr 62 mit dem Erwärmungseinlassanschluss 54 in Verbindung gebracht, mit dem der Erwärmungsbetriebskanal 36a verbunden ist, der dazu dient, dass das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt 6 passiert hat, den Aufnahmetank 8 und den Unterkühlkernabschnitt 10 umgeht, und das Einlassverbindungsrohr 62 hat Funktionen für gegensätzliche Verbindungspfade.
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Durch Anordnen des Rückschlagventils 46, das eine Strömung des Kühlmittels zu einer Seite des Erwärmungsbetriebskanals 36a von dem Einlassverbindungsrohr 62 an der Einlassseite des Hauptkernabschnitts 6 des Erwärmungsbetriebskanals 36a verhindert, kann jedoch ein Einströmen des Kühlmittels in den Erwärmungsbetriebskanal 36a während des Kühlens verhindert werden, während das Einströmen des Kühlmittels in das Einlassverbindungsrohr 62 zugelassen wird.
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Da andererseits das zweite Öffnungs-/Schließventil 48 in dem Kühlbetriebskanal 36b angeordnet ist, wird durch Schließen des zweiten Öffnungs-/Schließventils 48 während des Erwärmens, auch wenn das Kühlmittel in den Aufnahmetank 8, den Unterkühlkernabschnitt 10 und das zweite Öffnungs-/Schließventil 48 des Kühlbetriebskanals 36b strömt, das Einströmen des Kühlmittels zu einer sekundären Seite des zweiten Öffnungs-/Schließventils 48 des Kühlbetriebskanals 36b verhindert. Infolgedessen stagniert die Strömung des Kühlmittels in dem Aufnahmetank 8 und dem Unterkühlkernabschnitt 10, und das Kühlmittel wird in dem Aufnahmetank 8 und dem Unterkühlkernabschnitt 10 zurückgehalten. Wie dies vorstehend beschrieben ist, können der Aufnahmetank 8 und der Unterkühlkernabschnitt 10 während des Erwärmens durch das Vorhandensein des Rückschlagventils 46 und durch das Schließen des zweiten Öffnungs-/Schließventils 48 im Wesentlichen umgangen werden, und die Kühlmittelströmung in dem Hauptkernabschnitt 6 während der Erwärmung kann zu einer Strömung entgegen der Strömung während des Kühlens gestaltet werden.
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Außerdem ist ein Ende eines Auslassverbindungsrohrs 64 mit einem Seitenabschnitt des Aufnahmetanks 8 an einer unteren Seite des Einlassverbindungsrohrs 62 verbunden und wird mit dem Inneren des Aufnahmetanks 8 in Verbindung gebracht, und das andere Ende des Auslassverbindungsrohrs 64 wird mit dem Inneren des Kopftanks 20 an der linken Seite des Unterkühlkernabschnitts 10 in Verbindung gebracht. Außerdem ist an einem unteren Seitenabschnitt des Kopftanks 20 an der rechten Seite des Unterkühlkernabschnitts 10 ein Kühlauslassanschluss 66 zu dem externen Wärmetauscher 1 des Kühlbetriebskanals 36b vorgesehen.
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Das Kühlmittel, das in den Hauptkernabschnitt 6 von dem Kühleinlassanschluss 60 während des Kühlens geströmt ist, wiederholt eine Strömung nach unten oder nach oben, wie dies vorstehend beschrieben ist, es strömt insgesamt von der rechten Seite zu der linken Seite, wie dies durch einen gestrichelten Pfeil in der 1 angegeben ist, während ein Wärmeaustausch mit der Luft A durch Ventilation zu dem Hauptkernabschnitt 6 bewirkt wird, und es strömt in den Aufnahmetank 8 durch das Einlassverbindungsrohr 62, um so das Kühlmittel mit dem Gas-/Flüssigkeitsgemisch zu bilden, und dann wird das flüssige Kühlmittel zum Strömen in den Unterkühlkernabschnitt 10 mit Priorität durch das Auslassverbindungsrohr 64 veranlasst.
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Das Kühlmittel, das in den Unterkühlkernabschnitt 10 geströmt ist, strömt insgesamt in einer Querströmung von der linken Seite zu der rechten Seite, wie dies durch den gestrichelten Pfeil in der 1 angegeben ist, während ein Wärmeaustausch mit der Luft A durch Ventilation zu dem Unterkühlkernabschnitt 10 bewirkt wird, damit es vollständig unterkühlt und verflüssigt wird, und dann wird das Kühlmittel aus dem Kühlbetriebskanal 36b von dem Kühlauslassanschluss 66 herausgeführt. Das Kühlmittel strömt nämlich während des Kühlbetriebs sowohl durch den Hauptkernabschnitt 6 als auch durch den Unterkühlkernabschnitt 10 in dem externen Wärmetauscher 1.
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Wie dies bei diesem Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben ist, wird durch Bilden der Kühlmittelströmung durch den Unterkühlkernabschnitt 10 in der Querströmungsrichtung das Kühlmittel durch die Schwerkraft auf dem flüssigen Kühlmittel weniger beeinflusst als in einem Fall der vertikalen Strömungsrichtung, und somit kann ein Drift des Kühlmittels in der Röhre 10 wirksam unterdrückt werden. Daher kann der Wärmeaustausch zwischen der Luft A und dem Kühlmittel in dem Unterkühlkernabschnitt 10 für eine lange Zeit fortgesetzt werden, und das Absenken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des externen Wärmetauschers 1 kann unterdrückt werden.
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Außerdem kann durch Bilden der Kühlmittelströmung durch den Hauptkernabschnitt 6 in der vertikalen Strömungsrichtung das Auftreten eines Vereisungsphänomens an den Flächen der Röhren 14 unterdrückt werden, und somit kann der Wärmeaustausch zwischen der Luft A und dem Kühlmittel in dem Hauptkernabschnitt 6 für eine lange Zeit fortgesetzt werden, und das Absenken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des externen Wärmetauschers 1 kann noch wirksamer unterdrückt werden.
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Falls außerdem der externe Wärmetauscher 1 als ein Verdampfer verwendet wird, können eine Erhöhung eines nutzlosen Druckverlusts des Kühlmittels, der durch Hindurchtreten des Kühlmittels durch den Unterkühlkernabschnitt 10 verursacht wird, und somit eines nutzlosen Fluiditätsverlusts des Kühlmittels verhindert werden, und das Absenken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des externen Wärmetauschers 1 kann noch wirksamer unterdrückt werden, da die Gas-/Flüssigkeits-Separation des Kühlmittels durch den Aufnahmetank 8 und das Unterkühlen des Kühlmittels in dem Unterkühlkernabschnitt 10 nicht erforderlich sind.
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Falls außerdem der externe Wärmetauscher als ein Verdampfer verwendet wird, kann das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt 6 durch den Erwärmungsbetriebskanal 36a passiert hat, zum Strömen veranlasst werden, während es den Aufnahmetank 8 und den Unterkühlkernabschnitt 10 umgeht, während die Kühlmittelströmung zu der Seite des Einlassverbindungsrohrs 62 durch das Rückschlagventil 46 verhindert werden kann, falls der externe Wärmetauscher 1 als ein Kondensator verwendet wird, und somit kann das Schalten des externen Wärmetauschers 1 zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator in dem Wärmepumpensystem 2 mit einer einfachen Konfiguration zuverlässig durchgeführt werden.
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Die 2 stellt eine Vorderansicht des externen Wärmetauschers 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, eine Konzeptkonfiguration eines Fahrzeugklimaanlagenwärmepumpensystems 68, bei dem der externe Wärmetauscher 1 eingebaut ist, und eine Konzeptkonfiguration der HVAC-Einheit 4 dar, mit der ein Wärmepumpensystem 68 verbunden ist. Dieselben Bezugszeichen werden für die Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels gemeinsam vergeben, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
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Das Wärmepumpensystem 68 von diesem Ausführungsbeispiel ist so konfiguriert, dass es durch Schalten des externen Wärmetauschers 1 zu einen Kondensator oder einen Verdampfer ohne Ändern der Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Hauptkernabschnitt 6 verwendbar ist, und der externe Wärmetauscher 1 wird als ein Verdampfer während eines Erwärmungsbetriebs des Wärmepumpensystems 68 verwendet, und er wird als ein Kondensator während eines Kühlbetriebs verwendet.
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Das Wärmepumpensystem 68 ist mit einem Kühlkreislauf 70 versehen, der sich von dem Kühlkreislauf 36 unterscheidet, und in dem Erwärmungsbetriebskanal (Kühlmittelkanal, Umgehungseinrichtung) 70a in dem Kühlkreislauf 70 sind der externe Wärmetauscher 1, ein viertes Öffnungs-/Schließventil (Umgehungseinrichtung, Ventil) 72, der Akkumulator 40, der Verdichter 42, der Innenkondensator 32 und das erste Expansionsventil 44 in der Reihenfolge der Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet, die durch eine durchgezogene Linie in der 1 angegeben ist.
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In einem Kühlbetriebskanal 70b in dem Kühlkreislauf 70 sind andererseits der externe Wärmetauscher 1, das zweite Öffnungs-/Schließventil 48, das zweite Expansionsventil 50, der Innenverdampfer 30, der Akkumulator 40, der Verdichter 42, der Innenkondensator 32 und das dritte Öffnungs-/Schließventil 52 in der Reihenfolge der Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet, die durch eine gestrichelte Linie in der 1 angegeben ist.
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Der Kühlbetriebskanal 70b ist so ausgebildet, dass er einen gemeinsamen Kanal 70d hat, der durch den Erwärmungsbetriebskanal 70a von dem Akkumulator 40 zu einem Verzweigungspfad 70c zwischen dem dritten Öffnungs-/Schließventil 52 und dem ersten Expansionsventil 44 durch den Verdichter 42 und den Innenkondensator 32 gemeinsam genutzt wird.
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Hierbei verwendet das Wärmepumpensystem 68 von diesem Ausführungsbeispiel eine Konfiguration, bei der die Kühlmittelströmungsrichtung in dem Hauptkernabschnitt 6 bei dem Erwärmungsbetrieb und dem Kühlbetrieb gleich ist, und bei dem Erwärmungsbetrieb, wenn der externe Wärmetauscher 1 als ein Verdampfer verwendet wird, wird das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt 6 passiert hat, zum Strömen veranlasst, während der Aufnahmetank 8 und der Unterkühlkernabschnitt 10 (Umgehungseinrichtung) umgangen werden.
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Im Einzelnen ist der Erwärmungseinlassanschluss 54 zu dem externen Wärmetauscher 1 des Erwärmungsbetriebskanals 70a an dem rechten Endabschnitt des unteren Kopftanks 12 vorgesehen, und der Erwärmungsauslassanschluss 56 des Erwärmungsbetriebskanals 70a zu dem externen Wärmetauscher 1 ist an dem linken Endabschnitt des unteren Kopftanks 12 vorgesehen.
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Das Kühlmittel, das in den Hauptkernabschnitt 6 aus dem Erwärmungseinlassanschluss 54 während des Erwärmens geströmt ist, strömt wiederholt vertikal nach unten oder nach oben unter Verwendung der vielen Trennvorrichtungen 58, die das Innere von jedem der Kopftanks 12 als Grenzen partitionieren, es strömt insgesamt von der rechten Seite zu der linken Seite, wie dies durch einen durchgezogenen Pfeil in der 2 angegeben ist, während ein Wärmaustausch mit der Luft A durch Ventilation zu dem Hauptkernabschnitt 6 bewirkt wird, und es wird aus dem Erwärmungsbetriebskanal 70a aus dem Erwärmungsauslassanschluss 56 herausgeführt. Das Kühlmittel strömt nämlich während des Erwärmungsbetriebs nur durch den Hauptkernabschnitt 6 in dem externen Wärmetauscher 1.
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Andererseits wird der Kühleinlassanschluss 60 des Kühlbetriebskanals 70b zu dem externen Wärmetauscher 1 durch den Erwärmungseinlassanschluss 54 gemeinsam genutzt, und das Einlassverbindungsrohr 62, das ein Ende hat, das mit dem Erwärmungsauslassanschluss 56 in Verbindung ist, ist mit dem unteren Seitenabschnitt des Aufnahmetanks 8 verbunden, und das andere Ende wird mit dem Inneren des Aufnahmetanks 8 in Verbindung gebracht.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, hat das Einlassverbindungsrohr 62 den Hauptkernabschnitt 6 und den Aufnahmetank 8, die miteinander in Verbindung sind, wenn der externe Wärmetauscher 1 als ein Kondensator verwendet wird. Wenn andererseits der externe Wärmetauscher 1 als ein Verdampfer verwendet wird, wird das Einlassverbindungsrohr 62 mit dem Erwärmungsauslassanschluss 56 in Verbindung gebracht, mit dem der Erwärmungsbetriebskanal 70a verbunden ist, der dazu dient, dass das Kühlmittel, das den Hauptkernabschnitt 6 passiert hat, den Umgehungstank 8 und den Unterkühlkernabschnitt 10 umgeht.
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Durch Anordnen des vierten Öffnungs-/Schließkanals 72, der die Kühlmittelströmung zu einer Seite des Erwärmungsbetriebskanals 70a von dem. Einlassverbindungsrohr 62 an der Auslassseite des Hauptkernabschnitts 6 des Erwärmungsbetriebskanals 70a verhindert, wird jedoch das Einströmen des Kühlmittels zu dem Einlassverbindungsrohr 62 zugelassen, während ein Einströmen des Kühlmittels zu der sekundären Seite des vierten Öffnungs-/Schließventils 72 des Erwärmungsbetriebskanals 70a während der Kühlung verhindert wird, indem das vierte Öffnungs-/Schließventil 72 geschlossen wird.
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Durch Schließen des zweiten Öffnungs-/Schließventils 48 während der Erwärmung wird andererseits das Einströmen des Kühlmittels zu der sekundären Seite des zweiten Öffnungs-/Schließventils 48 des Kühlbetriebskanals 70b verhindert, obwohl das Kühlmittel in den Aufnahmetank 8, den Unterkühlkernabschnitt 10 und das zweite Öffnungs-/Schließventil 48 des Kühlbetriebskanals 70b strömt. Infolgedessen stagniert die Strömung des Kühlmittels in den Aufnahmetank 8 und den Unterkühlkernabschnitt 10, und das Kühlmittel wird in dem Aufnahmetank 8 und dem Unterkühlkernabschnitt 10 zurückgehalten. Wie dies vorstehend beschrieben ist, können der Aufnahmetank 8 und der Unterkühlkernabschnitt 10 während des Erwärmens umgangen werden, indem das vierte Öffnungs-/Schließventil 72 geschlossen wird oder das zweite Öffnungs-/Schließventil 48 geschlossen wird, während die Kühlmittelströmung in den Hauptkernabschnitt 6 in der gleichen Strömungsrichtung sowohl für das Erwärmen als auch für das Kühlen beibehalten wird.
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Wie dies bei diesem Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben ist, sind die Kühlmittelströmung durch den Unterkühlkernabschnitt 10 ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel als die Querströmungsrichtung und die Kühlmittelströmung durch den Hauptkernabschnitt 6 als die vertikale Strömungsrichtung gebildet, um die Erhöhung des nutzlosen Druckverlusts des Kühlmittels, der durch Hindurchtreten des Kühlmittels durch den Unterkühlkernabschnitt 10 verursacht wird, und somit des nutzlosen Fluiditätsverlusts des Kühlmittels zu verhindern, und das Absinken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des externen Wärmetauschers 1 kann unterdrückt werden.
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Beim Schalten während des Kühlens/Erwärmens wird außerdem die Kühlmittelströmungsrichtung in dem Hauptkernabschnitt 6 nicht geändert, aber der Erwärmungseinlassanschluss 54, der an dem rechten Endabschnitt des Kopftanks 12 an der unteren Seite vorgesehen ist, wird durch den Kühleinlassanschluss 60 gemeinsam genutzt, so dass der Verlauf der Kühlmittelrohre von dem gemeinsamen Kanal 36d, der an dem linken Endabschnitt des Kopftanks 12 an der unteren Seite vorgesehen ist, zu dem Erwärmungseinlassanschluss 54, der an dem rechten Endabschnitt des Kopftanks 12 an der unteren Seite vorgesehen ist, bei dem ersten Ausführungsbeispiel überflüssig wird. Da daher die Kreislaufkonfiguration des Kühlkreislaufs 70 vereinfacht werden kann, kann das Schalten zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator des externen Wärmetauschers 1 in dem Wärmepumpensystem 68 mit einer einfacheren Konfiguration durchgeführt werden.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf jedes der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sie kann vielfältig innerhalb eines Bereichs verändert werden, der von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht abweicht.
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Zum Beispiel sind die Anzahl der Trennvorrichtungen 58 und das Intervall zwischen jeder Trennvorrichtung 58, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt sind, nicht darauf beschränkt, aber die Anzahl der Trennvorrichtungen 58 kann vergrößert werden und das Intervall zwischen jeder Trennvorrichtung 58 kann allmählich verkleinert werden, wenn dies in der Kühlmittelströmungsrichtung in dem Hauptkernabschnitt 6 während des Kühlens betrachtet wird. In diesem Fall kann ein Volumen des Kühlmittelkanals des Hauptkernabschnitts 6 während des Erwärmens stufenweise durch Belegung von Pfaden vergrößert werden, während das Volumen des Kühlmittelkanals des Hauptkernabschnitts 6 während des Kühlens stufenweise durch Belegung von Pfaden verringert werden kann. Da daher die Dichte des Kühlmittels während des Erwärmens stufenweise verringert wird, kann das Kühlmittel leicht verdampfen, während das Kühlmittel leicht kondensieren kann, da die Dichte des Kühlmittels während des Kühlens stufenweise vergrößert wird, und somit kann der Wärmeaustauschwirkungsgrad des externen Wärmetauschers 1 weiter verbessert werden.
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Andererseits ist das Intervall zwischen jeden der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellten Trennvorrichtungen 58 vorzugsweise gleich, wie dies in der 2 dargestellt ist, da die Kühlmittelströmungsrichtung des Hauptkernabschnitts 6 während des Kühlens/Erwärmens gleich ist.
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Außerdem ist bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Fall beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung in geeigneter Weise für den externen Wärmetauscher 1 verwendet wird, der außerhalb der HVAC-Einheit 4 für die Fahrzeugklimaanlage vorgesehen ist, aber die vorliegende Erfindung kann auch auf Wärmetauscher und Wärmepumpensysteme für andere Anwendungen angewendet werden.
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Außerdem sind bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Hauptkernabschnitt 6 und der Unterkühlkernabschnitt 10 vertikal verbunden, ohne dass sie sich in der Lüftungsrichtung miteinander überlappen, aber diese Konfiguration ist nicht beschränkend, und der Hauptkernabschnitt 6 und der Unterkühlkernabschnitt 10 können in der Querrichtung verbunden sein, oder der Hauptkernabschnitt 6 und der Unterkühlkernabschnitt 10 können so verbunden sein, dass sie sich in der Lüftungsrichtung miteinander überlappen. Falls sich der Hauptkernabschnitt 6 und der Unterkühlkernabschnitt 10 in der Lüftungsrichtung überlappen, kann durch Anordnen des Unterkühlkernabschnitts 10 an der Vorderseite bei Betrachtung in der Lüftungsrichtung das Absenken des Wärmeaustauschwirkungsgrads des externen Wärmetauschers 1 wirksam unterdrückt werden, was bevorzugt ist.
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Außerdem muss nicht gesagt werden, dass die Konfigurationen des Wärmepumpensystems 2 und der HVAC-Einheit 4 vielfältig geändert werden können, die bei jedem der Ausführungsbeispiele beschrieben wurden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- externer Wärmetauscher (Wärmetauscher)
- 2
- Wärmepumpensystem für eine Fahrzeugklimaanlage (Wärmepumpensystem)
- 6
- Hauptkernabschnitt
- 8
- Aufnahmetank
- 10
- Unterkühlkernabschnitt
- 12
- Kopftank
- 14
- Röhre
- 16
- Lamelle
- 20
- Kopftank
- 22
- Röhre
- 24
- Lamelle
- 36a
- Erwärmungsbetriebskanal (Kühlmittelkanal, Umgehungseinrichtung)
- 46
- Rückschlagventil (Ventil, Umgehungseinrichtung)
- 62
- Einlassverbindungsrohr (Verbindungsabschnitt)
- 68
- Wärmepumpensystem für eine Fahrzeugklimaanlage (Wärmepumpensystem)
- 70a
- Erwärmungsbetriebskanal (Kühlmittelkanal, Umgehungseinrichtung)
- 72
- viertes Öffnungs-/Schließventil (Umgehungseinrichtung, Ventil)