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    • 专利摘要:
    EinKühler(2) füreinen Dampfkompressions-Kühlkreisund ein Kondensator (12) füreinen Rankine-Kreis sind integriert, um einen Wärmetauscher (30) zu bilden.Der Wärmetauscherenthälteinen Kernabschnitt (33) zum Durchführen eines Wärmeaustauschesund ist so angeordnet, dass er einen als Kühler benutzten ersten Funktionsabschnittund einen als Kondensator benutzten zweiten Führungsabschnitt aufweist. Eine Funktionsverhältnis-Änderungseinheit(35-43) enthältein Verstellelement, wie beispielsweise einen Kolben (35), das ineinem Verteilerbehälter(34) des Wärmetauschersangeordnet ist, und verändertein Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnitt.Zum Beispiel teilt das Verstellelement einen Innendruck des Verteilerbehälters inzwei Raumteile, wenn sowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, und trennt den Innenraum nicht,wenn nur einer des Dampfkompressions-Kühlkreises und des Rankine-Kreisesbetrieben wird.
    公开号:DE102004019668A1
    申请号:DE102004019668
    申请日:2004-04-22
    公开日:2004-11-11
    发明作者:Atsushi Kariya Inaba；Minoru Kariya Sasaki；Eiichi Kariya Torigoe；Takashi Kariya Yamanaka
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:B60H1-32
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein kombiniertesKreislaufsystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis und einem Rankine-Kreis.Das kombinierte Kreislaufsystem wird geeigneterweise für eine Fahrzeug-Klimaanlageverwendet.
    [0002] Ineiner in dem japanischen Patent Nr. 2540738 beschriebenen Fahrzeug-Klimaanlagewird ein durch Abwärmeeines Verbrennungsmotors (bezeichnet als Motor) erzeugter Überhitzungsdampfeinem Kompressor zugeführt,und der Kompressor wird als Expansionsvorrichtung betrieben, sodass Energieaus der Abwärmerückgewonnenwird. Wenn ein Dampfkompressions-Kühlkreis im Sommer betriebenwird, wird der Kompressor nicht als Expansionsvorrichtung betrieben,und es kann keine Energie aus der Abwärme des Fahrzeugs rückgewonnen werden.
    [0003] ImGegensatz dazu ist in einem in der JP-A-55-99561 beschriebenen kombinierten Kreislaufsystemein Rankine-Kreis zum Rückgewinnen vonEnergie aus Abwärmeseparat zu einem Dampfkompressions-Kühlkreis vorgesehen, und diein dem Rankine-Kreis rückgewonneneEnergie wird einem Kompressor des Dampfkompressions-Kühlkreises zugeführt. Deshalbkönnender Rankine-Kreis und der Dampfkompressions-Kühlkreis gleichzeitig betriebenwerden. In diesem Fall müssenjedoch ein Kühler(Kondensator) fürden Dampfkompressions-Kühlkreisund ein Kondensator fürden Rankine-Kreis vorgesehen sein, und ein großer Bauraum zum Montieren sowohldes Kühlersals auch des Kondensators ist erforderlich. Deshalb ist es für das kombinierteKreislaufsystem schwierig, in einem kleinen Bauraum montiert zuwerden.
    [0004] ImAllgemeinen ist ein Kondensationsdruck in dem Rankine-Kreis höher alsein Druck des Hochdruck-Kältemittelsin dem Dampfkompressions-Kühlkreis.Wenn der Kühler desDampfkompressions-Kühlkreisesund der Kondensator des Rankine-Kreises gemeinsam benutzt werden,währenddie gleiche Art Fluid als Kältemitteldes Dampfkompressions-Kühlkreisesals Zirkulationsfluid des Rankine-Kreises benutzt wird, steigt daherder Druck des Hochdruck-Kältemittelsdes Dampfkompressions-Kühlkreises,um den Kondensationsdruck des Rankine-Kreises zu erreichen. Deshalbwird ein Ausgabedruck des Kompressors erhöht, und ein Energieverbrauchin dem Kompressor steigt. Als Ergebnis ist der Wirkungsgrad desDampfkompressions-Kühlkreisesverschlechtert, und eine ausreichende Kühlleistung kann in dem Dampfkompressions-Kühlkreis nichterzielt werden, wenn der Dampfkompressions-Kühlkreis als Fahrzgeug-Klimaanlageverwendet wird.
    [0005] InAnbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe dervorliegenden Erfindung, das Einbauverhalten eines Wärmetauschers für ein kombiniertesKreislaufsystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis und einem Rankine-Kreiszu verbessern.
    [0006] Esist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kombiniertesKreislaufsystem mit dem Wärmetauschervorzusehen, bei welchem ein Energieverbrauch eines Kompressors einesDampfkompressions-Kühlkreiseseffektiv reduziert werden kann, während die Leistung des Dampfkompressions-Kühlkreisesverbessert werden kann.
    [0007] Gemäß der vorliegendenErfindung enthält einWärmetauscherfür einkombiniertes Kreislaufsystem mit einem Dampfkompressions-Kühlkreis undeinem Rankine-Kreis einen Kernabschnitt, in welchem wenigstens einMittel eines Kältemittelsin dem Dampfkompressions-Kühlkreisund eines Fluids in dem Rankine-Kreis strömt. Der Wärmetauscher ist so vorgesehen,dass er wenigstens einen Abschnitt eines als Kühler des Dampfkompressions-Kühlkreisesverwendeten ersten Funktionsabschnitts und eines als Kondensatordes Rankine-Kreises verwendeten zweiten Funktionsabschnitts aufweist.In dem Wärmetauscherist eine Funktionsverhältnis-Änderungseinheitvorgesehen, um ein Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt zu verändern.
    [0008] Wennzum Beispiel sowohl der Dampfkompressions-Kühlkreis als auch der Rankine-Kreis betrieben werden,wird die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitso betrieben, dass sie sowohl den ersten Funktionsabschnitt alsauch den zweiten Funktionsabschnitt in dem Kernabschnitt aufweist.Wenn nur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, wird die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit so betrieben,dass sie nur den ersten Funktionsabschnitt in dem Kernabschnittaufweist. Außerdem wird,wenn nur der Rankine-Kreis betrieben wird, die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit so betrieben, dasssie nur den zweiten Funktionsabschnitt in dem Kernabschnitt aufweist.In diesem Fall ist im Allgemeinen das in dem Rankine-Kreis verwendeteFluid das gleiche Material wie das Kältemittel.
    [0009] Vorzugsweiseenthältin dem Wärmetauscherder Kernabschnitt mehrere Rohre, durch welche wenigstens eines desKältemittelsund des Fluids strömt,und ein erster und ein zweiter Verteilerbehälter sind in einer Rohrlängsrichtungan zwei Stirnseiten jedes Rohrs so angeordnet, dass sie jeweilsin einer Behälterlängsrichtungsenkrecht zu der Rohrlängsrichtungverlaufen und mit den Rohren in Verbindung stehen. Ferner ist dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet, um das Verhältnis zwischendem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt zu verändern.
    [0010] ZumBeispiel enthältdie Funktionsverhältnis-Änderungseinheitein Verstellelement, das in einer Richtung senkrecht zu der Behälterlängsrichtung verschobenwird, um durch das Verstellelement zwischen einem ersten Fall, inwelchem ein Innenraum jedes Verteilerbehälters in mehrere Raumteilegeteilt ist, und einem zweiten Fall, in welchem der Innenraum jedesVerteilerbehältersein einziger Verbindungsraum ohne Trennung ist, zu wechseln. Ferner verändert dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheit dasVerhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall.
    [0011] Alternativenthältdie Funktionsverhältnis-Änderungseinheiteinen Ventilkörpermit einem Durchgangsloch, der in jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnetist, und der Ventilkörperist in jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet,um zwischen dem ersten Fall und dem zweiten Fall zu wechseln. Fernerverändert dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall.
    [0012] Alternativenthältdie Funktionsverhältnis-Änderungseinheiteinen Flügelventilkörper, derin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist, und derVentilkörperist in jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet, umzwischen dem ersten Fall und dem zweiten Fall zu wechseln. Fernerverändertdie Funktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall.
    [0013] Alternativenthältdie Funktionsverhältnis-Änderungseinheitein Verstellelement, das in der Behälterlängsrichtung verschoben wird,um zwischen dem ersten Fall und dem zweiten Fall zu wechseln. Hierbeikann die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit dasVerhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt kontinuierlich verändern.
    [0014] Obigesowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungwerden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahmeauf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
    [0015] 1 eine schematische Darstellungeines kombinierten Kreislaufsystems mit einem Dampfkompressions-Kühlkreisund einem Rankine-Kreis gemäß einemersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0016] 2A eine Vorderansicht einesfür das kombinierteKreislaufsystem verwendeten Wärmetauschers,wenn sowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, gemäß dem erstenAusführungsbeispiel;
    [0017] 2B eine vergrößerte Teilschnittansicht einesin 2A angegebenen AbschnittsA;
    [0018] 3A eine Vorderansicht einesfür das kombinierteKreislaufsystem verwendeten Wärmetauschers,wenn nur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, gemäß dem erstenAusführungsbeispiel;
    [0019] 3B eine vergrößerte Teilschnittansicht einesin 3A angegebenen AbschnittsA;
    [0020] 4A eine Vorderansicht desfür daskombinierte Kreislaufsystem verwendeten Wärmetauschers, wenn nur derRankine-Kreis betrieben wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
    [0021] 4B eine vergrößerte Teilschnittansicht einesin 4A angegebenen AbschnittsA;
    [0022] 5A eine Vorderansicht einesfür einkombiniertes Kreislaufsystem verwendeten Wärmetauschers, wenn sowohl derDampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, gemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0023] 5B eine Teildraufsicht desWärmetauschersin 5A;
    [0024] 6 eine vergrößerte Teilschnittansichteines Ausschnitts A in 5A;
    [0025] 7A eine Vorderansicht desWärmetauschersdes kombinierten Kreislaufsystems, wenn nur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, gemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0026] 7B eine Teildraufsicht desWärmetauschersin 7A;
    [0027] 8 eine vergrößerte Teilschnittansichteines Ausschnitts A in 7A;
    [0028] 9A eine Vorderansicht desWärmetauschersdes kombinierten Kreislaufsystems, wenn nur der Rankine-Kreis betriebenwird, gemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0029] 9B eine Teildraufsicht desWärmetauschersin 9A;
    [0030] 10 eine vergrößerte Teilschnittansicht einesAusschnitts A in 9A;
    [0031] 11A eine Vorderansicht einesfür ein kombiniertesKreislaufsystem verwendeten Wärmetauschers,wenn ein Dampfkompressions-Kühlkreis undein Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, gemäß einemdritten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0032] 11B eine Teildraufsichtdes Wärmetauschersin 11A;
    [0033] 12 eine vergrößerte Teilschnittansicht einesAusschnitts A in 11A;
    [0034] 13A eine Vorderansicht desWärmetauschersdes kombinierten Kreislaufsystems, wenn nur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, gemäß dem drittenAusführungsbeispiel;
    [0035] 13B eine Teildraufsichtdes Wärmetauschersin 13A;
    [0036] 14 eine vergrößerte Teilschnittansicht einesAusschnitts A in 13A;
    [0037] 15A eine Vorderansicht desWärmetauschersdes kombinierten Kreislaufsystems, wenn nur der Rankine-Kreis betriebenwird, gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
    [0038] 15B eine Teildraufsichtdes Wärmetauschersin 15A;
    [0039] 16 eine vergrößerte Teilschnittansicht einesAusschnitts A in 15A;
    [0040] 17A eine Vorderansicht einesfür ein kombiniertesKreislaufsystem verwendeten Wärmetauschers,wenn ein Dampfkompressions-Kühlkreis undein Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, gemäß einemvierten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0041] 17B eine Teildraufsichtdes Wärmetauschersin 17A;
    [0042] 18 eine vergrößerte Teilschnittansicht einesAusschnitts A in 17A;
    [0043] 19A eine Vorderansicht desWärmetauschersdes kombinierten Kreislaufsystems, wenn nur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, gemäß dem viertenAusführungsbeispiel;
    [0044] 19B eine vergrößerte Teilschnittansicht einesAusschnitts A in 19A;
    [0045] 20A eine Vorderansicht desWärmetauschersdes kombinierten Kreislaufsystems, wenn nur der Rankine-Kreis betriebenwird, gemäß dem viertenAusführungsbeispiel;und
    [0046] 20B eine vergrößerte Schnittansichteines Ausschnitts A in 20A.
    [0047] Daserste Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 – 4B beschrieben.Im ersten Ausführungsbeispielwird ein Wärmetauscherder vorliegenden Erfindung typischerweise für ein kombiniertes Kreislaufsystemfür einFahrzeug verwendet. 1 zeigtein Fahrzeug-Klimaanlage, die das kombinierte Kreislaufsystem verwendet.
    [0048] EinKompressor ist zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittelsvorgesehen. Ein Kühler 2 (Kondensator)ist ein Hochdruck-Wärmetauscher zumKühlendes aus dem Kompressor 1 ausgegebenen Hochdruck-Kältemittelsdurch Abstrahlen von Wärmean die Atmosphäre.Weil in diesem AusführungsbeispielFreon (R134a) als Kältemittelverwendet wird, sinkt die Enthalpie des Kältemittels in dem Kühler 2,währenddas aus dem Kompressor 1 ausgegebene gasförmige Kältemittelin dem Kühler 2 kondensiertund verflüssigtwird.
    [0049] Dasaus dem Kühler 2 ausgegebeneKältemittelströmtin ein Auffanggefäß 3 (Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung)und wird in dem Auffanggefäß 3 inein flüssigesKältemittelund ein gasförmigesKältemittelgetrennt. Überschüssiges Kältemittelin dem Dampfkompressions-Kühlkreiswird in dem Auffanggefäß 3 gespeichert.Das von dem Auffanggefäß 3 zugeführte flüssige Hochdruck-Kältemittelwird in einem Expansionsventil 4 dekomprimiert. In diesem Ausführungsbeispielist das Expansionsventil 4 ein Wärmeexpansionsventil, bei welchemein Drosselöffnungsgraddes Expansionsventils 4 so gesteuert wird, dass ein Überhitzungsgraddes in den Kompressor 1 zu saugenden Kältemittels zu einem vorbestimmtenWert wird.
    [0050] EinVerdampfapparat 5 ist ein Niederdruck-Wärmetauscher, in welchem dasin dem Expansionsventil 4 dekomprimierte Niederdruck-Kältemitteldurch Durchführeneines Wärmeaustausches zwischendem Niederdruck-Kältemittelund einer in einen Raum eines Fahrzeugs zu blasenden Luft verdampftwird. Deshalb wird die durch den Verdampfapparat 5 strömende Luftgekühltund entfeuchtet.
    [0051] Indiesem Ausführungsbeispielsind der Kompressor 1, der Kühler 2, das Auffanggefäß 3,das Expansionsventil 4 und der Verdampfapparat 5 verbunden,um den Dampfkompressions-Kühlkreiszu bilden, in welchem Wärmevon einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite übertragen wird.
    [0052] EineHeizvorrichtung 6 heizt die in den Raum des Fahrzeugs zublasende Luft mittels heißenWassers, das durch Abwärmein dem Fahrzeug erwärmt wird,als Wärmequelle.Zum Beispiel wird die Abwärmein dem Motor 20 erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Heizvorrichtung 6 ineinem Luftkanal stromab des Verdampfapparats 5 angeordnet.Ferner ist die Heizvorrichtung 6 in dem Luftkanal so angeordnet,dass ein Bypasskanal gebildet wird, durch welchen Luft aus dem Verdampfapparat 5 ander Heizvorrichtung 6 vorbei strömt. Eine Luftmischklappe 7 istin dem Luftkanal angeordnet, um ein Verhältnis zwischen einer durchdie Heizvorrichtung 6 strömenden Luftmenge und einerdurch den Bypasskanal gelangenden Luftmenge einzustellen. Deshalb kanndie Luftmischklappe 7 die Temperatur der in den Raum desFahrzeugs zu blasenden Luft einstellen.
    [0053] Alsnächsteswird nun ein Rankine-Kreis beschrieben. Eine Expansionsvorrichtung 10 isteine Energierückgewinnungsvorrichtungzum Rückgewinnenmechanischer Energie durch Ausdehnen eines dampfförmigen Überhitzungsfluids.In diesem Ausführungsbeispielwird die in der Expansionsvorrichtung 10 rückgewonnenemechanische Energie durch eine Kraftübertragungsvorrichtung zumintermittierenden Über tragenvon Kraft, wie beispielsweise einer elektromagnetischen Kupplung 11,zu dem Kompressor 1 übertragen.
    [0054] EinKondensator 12 ist ein Kühler zum Kondensieren des dampfförmigen Fluidsaus der Expansionsvorrichtung 10 durch Durchführen einesWärmeaustauscheszwischen dem dampfförmigenFluid aus der Expansionsvorrichtung 10 und Außenluft.Ein Auffanggefäß 13 isteine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung,die das aus dem Kondensator 12 strömende Fluid in ein gasförmiges Fluidund ein flüssiges Fluidtrennt und das flüssigeFluid darin als überschüssiges Fluidspeichert.
    [0055] EinePumpe 14 ist eine elektrische Pumpe zum Ansaugen des flüssigen Fluidsaus dem Auffanggefäß 13 undzum Schicken des angesaugten flüssigenFluids zu einer Heizeinheit 15. In diesem Ausführungsbeispielist die Heizeinheit 15 eine Überhitzungserzeugungseinheit,in welcher das aus der Pumpe 14 ausgegebene Fluid erwärmt wird,um einen Überhitzungsdampfzu erzeugen. Im Allgemeinen heizt die Heizeinheit 15 dasFluid, um den Überhitzungsdampfzu erzeugen, mittels heißenWassers, das durch die in dem Fahrzeug, wie beispielsweise in demMotor 20, erzeugte Abwärmegeheizt wird.
    [0056] Indiesem Ausführungsbeispielbilden die Expansionsvorrichtung 10, der Kondensator 12,das Auffanggefäß 13,die Pumpe 14 und die Heizeinheit 15 den Rankine-Kreiszum Rückgewinnenvon Energie aus der Abwärme.In diesem Beispiel von 1 sindder Kondensator 12 und der Kühler 2 integriert unddas Kältemitteldes Dampfkompressions-Kühlkreiseskann in den Kondensator 12 strömen. Deshalb ist das Arbeitsfluidin dem Rankine-Kreis im Allgemeinen das gleiche Fluid wie das Kältemittelin dem Dampfkompressions-Kühlkreis.
    [0057] Alsnächsteswird ein Motorwasserkreis beschrieben. Ein Kühler 21 ist ein Wärmetauscherzum Kühlendes Motorkühlwassersdurch Durchführeneines Wärmeaustauscheszwischen dem aus dem Motor 20 strömenden Motorkühlwasserund Außenluft. EinThermostat 22 ist angeordnet, um die Temperatur des Motorkühlwassers,d.h. die Temperatur des Motors 20 einzustellen. Insbesonderestellt das Thermostat 22 eine in den Kühler 21 strömende Mengedes Motorkühlwassersund eine an dem Kühler 21 vorbei strömende Mengedes Motorkühlwassersein, um so die Temperatur des Motors 20 einzustellen.
    [0058] EineWasserpumpe 23 zum Zirkulieren des Motorkühlwassersin dem Motorwasserkreis wird durch die Kraft von dem Motor 20 angetrieben.Jedoch kann als Wasserpumpe 23 auch eine elektrische Pumpeverwendet werden.
    [0059] EinVentil 24 ist ein Dreiwegeventil zum Wechseln zwischeneinem Fall, in welchem das Hochtemperatur-Motorkühlwasser in die Heizeinheit 15 strömt, undeinem Fall, in welchem das Hochtemperatur-Motorkühlwasser nicht in die Heizeinheit 15 strömt. DasVentil 14 wird so betrieben, dass es elektrisch mit einemBetrieb der Pumpe 14 verbunden ist.
    [0060] Indiesem Ausführungsbeispielsind der Kühler 2 undder Kondensator 12 integriert, um einen integrierten Wärmetauscher 30 zubilden, wie in 1 und 2A dargestellt. Wie in 2A dargestellt, enthält der Wärmetauscher 30 einenKernabschnitt 33 und zwei Verteilerbehälter 34, die an zweiEnden des Kernabschnitts 33 angeordnet sind. Der Kernabschnitt 33 enthält mehrereRohre 31, durch welche das Kältemittel (Fluid) strömt, undWellrippen 32, die mit den Außenseiten der Rohre 31 verbundensind, um eine Wärmeübertragungsfläche mitder Luft zu vergrößern. DieVerteilerbehälter 34 verlaufenin einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Rohre 31,um mit den Rohren 31 an zwei Längsenden jedes Rohres 31 inVerbindung zu stehen.
    [0061] ZweiEinlassabschnitte 34a sind in einem Verteilerbehälter 34 anzwei Seiten in der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 vorgesehen.Zum Beispiel ist ein Einlassabschnitt 34a an einem etwamittleren Abschnitt zwischen einem Längsende des Verteilerbehälters 34 undeiner Mitte des Verteilerbehälters 34 inder Längsrichtungpositioniert, und der andere Einlassabschnitt 34a ist aneinem etwa mittleren Abschnitt zwischen dem anderen Längsendedes Verteilerbehälters 34 undeiner Mitte des Verteilerbehälters 34 inder Längsrichtungpositioniert. Analog sind zwei Auslassabschnitte 34b indem anderen Verteilerbehälter 34 anStellen entsprechend den Positionen der Einlassabschnitte 34a inder Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 vorgesehen.In diesem Ausführungsbeispielist der Wärmetauscher 30 einMehrstromtyp.
    [0062] Wiein 2B dargestellt, istin dem Verteilerbehälter 34 aneinem etwa mittleren Abschnitt des Verteilerbehälters 34 in der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 einKolben 35 so vorgesehen, dass er in einer Richtung senkrechtzu der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 verstellbarist. Der Kolben 35 wird bewegt, um zwischen einem erstenFall, in welchem ein Innenraum des Verteilerbehälters 34 in einenoberen und einen unteren Raumteil geteilt ist, und einem zweitenFall, in dem die zwei Raumteile des Verteilerbehälters 34 nicht voneinandergetrennt sind, zu wechseln. Im zweiten Fall ist der Innenraum desVerteilerbehälters 34 eineinziger Verbindungsraum. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Kolben 35 durchein elastisches Element, wie beispielsweise eine Schraubenfeder 36 undeine Erregerspule 37 verschoben.
    [0063] Wenndie Erregerspule 37 abgeregt wird, wird der Kolben 35 durchdie elastische Kraft der Schraubenfeder 36 zu dem Kernabschnitt 33 verschoben,um die zwei Raumteile des Verteilerbehälters 34 voneinanderzu trennen. Wenn dagegen die Erregerspule 37 erregt wird,wird der Kolben 35 durch die elektromagnetische Kraft derErregerspule 37 zu einer dem Kernabschnitt 33 abgewandtenSeite verschoben, um die zwei Raumteile des Verteilerbehälters 34 miteinanderzu verbinden. In diesem Ausführungsbeispielkann der linke Verteilerbehälter 34 den gleichenAufbau wie der rechte Verteilerbehälters 34 haben.
    [0064] Alsnächsteswird die Funktionsweise des kombinierten Kreislaufsystems mit demWärmetauscher 30 beschrieben.Hierbei ist das in dem Rankine-Kreis zirkulierende Fluid das gleicheMaterial wie das in dem Dampfkompressions-Kühlkreis zirkulierende Kältemittel.
    [0065] Wennsowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, wird dieErregerspule 37 abgeregt, sodass der Innenraum des Verteilerbehälters 34 inden oberen und den unteren Raumteil geteilt wird, wie in 2B dargestellt. In diesemFall werden der Kompressor 1 und die Pumpe 14 betrieben,und das Hochtemperatur-Motorkühlwasserwird zu der Heizeinheit 15 zirkuliert.
    [0066] Wennsowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, strömt demgemäß das aus dem Kompressor 1 ausgegebeneKälte mitteldurch den unteren Raumteil des Verteilerbehälters 34 in eine etwauntere Hälfte desKernabschnitts 33, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittelströmtdurch eine etwa obere Hälftedes Kernabschnitts 33. In diesem Beispiel strömt das ausdem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel (Fluid) durch denunteren Raumteil des Verteilerbehälters 34 in die untereHälftedes Kernabschnitts 33, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittel(Fluid) strömtdurch die obere Hälftedes Kernabschnitts 33. Diese Anordnung der unteren Hälfte undder oberen Hälftein dem Kernabschnitt 33 kann jedoch geändert werden. Zum Beispielkann das aus dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemitteldurch den oberen Raumteil des Verteilerbehälters 34 in die obereHälftedes Kernabschnitts 33 strömen, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittelkann in die untere Hälftedes Kernabschnitts 33 strömen.
    [0067] Gemäß dem erstenAusführungsbeispielist, wenn sowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, der Innenraum in jedemVerteilerbehälter 34 inden oberen Raumteil und den unteren Raumteil geteilt, sodass eineetwa Hälftedes Kernabschnitts 33 als Kühler 2 benutzt wirdund die andere etwa Hälftedes Kernabschnitts 33 als Kondensator 12 benutztwird. Somit zirkuliert im Dampfkompressions-Kühlkreis das Kältemittelin dieser Reihenfolge des Kompressors 1 → des Wärmetauschers 30 (Kühler 2) → des Auffanggefäßes 3 → des Expansionsventils 4 → des Verdamptapparats 5 → des Kompressors 1 .Deshalb wird das Kältemittelim Verdampfapparat 5 durch Aufnehmen von Wärme ausder in die Fahrgastzelle zu blasenden Luft verdampft, während dieWärme vondem in dem Verdampfapparat 5 verdampften gasförmigen Kältemittelin dem in dem Wärmetauscher 30 konstruiertenKühler 2 abgestrahltwird. Im Gegensatz dazu wird im Rankine-Kreis der in der Heizeinheit 15 erzeugte Überhitzungskältemitteldampfin der Expansionsvorrichtung 10 isentropisch dekomprimiert undausgedehnt, und eine mechanische Energie entsprechend der Expansionsenergiewird ausgegeben. In diesem Ausführungsbeispielist die Ausgangswelle der Expansionsvorrichtung 10 miteiner Drehwelle des Kompressors 1 durch die elektromagnetische Kupplung 11 gekoppelt.Deshalb kann die in der Expansionsvorrichtung 10 rückgewonneneEnergie dem Kompressor 1 zugeführt werden.
    [0068] DerKompressor 1 kann auch durch Kraft von dem Motor 20 durchdie Kraftübertragungsvorrichtungzum intermittierenden Zuführender Kraft von dem Motor betrieben werden. Daher wird, wenn eine notwendigeKühlleistungerzielt werden kann, währendder Kompressor 1 nur unter Verwendung der von der Expansionsvorrichtung 10 rückgewonnenen Energiebetrieben wird, eine Kraftzufuhr von dem Motor 20 zu demKompressor 1 gestoppt.
    [0069] Wennnur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, wird die Erregerspule erregt, sodass der obere undder untere Raumteil in jedem Verteilerbehälter 34 miteinanderin Verbindung stehen. Ferner wird der Kompressor 1 betrieben,währenddie elektromagnetische Kupplung 11 getrennt ist. Deshalbströmtdas von dem Kompressor 1 ausgegebene Hochdruck-Kältemittelin den gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30,und der gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30 wirdim Dampfkompressions-Kühlkreisals Kühler 2 verwendet.So zirkuliert im Dampfkompressions-Kühlkreis das Kältemittelin dieser Reihenfolge des Kompressors 1 → des Wärmetauschers 30 (Kühler 2) → des Auffanggefäßes 3 → des Expansionsventils 4 → des Verdampfapparats 5 → des Kompressors 1.Deshalb wird das Kältemittelin dem Verdampfapparat durch Aufnehmen von Wärme aus in die Fahrgastzellezu blasender Luft verdampft, währenddie Wärmevon dem in dem Verdampfapparat 5 verdampften gasförmigen Kältemittelin dem in dem Wärmetauscher 30 aufgebautenKühler 2 abgestrahltwird.
    [0070] Wennnur der Rankine-Kreis betrieben wird, wird der Erregerspule 37 elektrischeEnergie zugeführt,sodass der obere und der untere Raumteil in jedem der Verteilerbehälter 34 miteinanderin Verbindung stehen. Ferner wird die Pumpe 14 betrieben, während dieelektromagnetische Kupplung 11 getrennt ist. So wird dergesamte Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30 alsKondensator 12 benutzt, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausströmende Kältemittelströmtin etwa den gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 desWärmetauschers 30.
    [0071] Sowird im Rankine-Kreis der in der Heizeinheit 15 erzeugte Überhitzungskältemitteldampf(Fluiddampf) in der Expansionsvorrichtung 10 mit konstanterEntropie dekomprimiert und ausgedehnt, und mechanische Energie entsprechendder Expansionsenergie wird ausgegeben. Weil der Dampfkompressions-Kühlkreisgestoppt ist, kann die in der Expansionsvorrichtung 10 rückgewonneneEnergie einem Generator zugeführtwerden. In diesem Fall wird der Generator betrieben und die rückgewonneneEnergie kann als elektrische Energie in einer Batterie gespeichertwerden.
    [0072] Gemäß dem erstenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung ist eine Funktionsverhältnis-Änderungseinheitzum Veränderneines Verhältnisseszwischen einem ersten Funktionsabschnitt und einem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt 33 des Wärmetauschers 30 mitdem Kolben 35, der Schraubenfeder 36 und der Erregerspule 37 aufgebaut.Hierbei ist der erste Funktionsabschnitt ein Abschnitt, der alsKühler 2 benutztwird, in welchen das Hochdruck-Kältemittelaus dem Kompressor 1 strömt, und der zweite Funktionsabschnittist ein Abschnitt, der als Kondensator 12 benutzt wird,in welchen das dampfförmigeKältemittelnach der Expansion strömt.Weil das Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt 33 des Wärmetauschers 30 mittelsder Funktionsverhältnis-Änderungseinheitverändertwerden kann, ist es möglich, sowohldie Funktionen des Kühlers 2 alsauch des Kondensators 12 in dem einzelnen Wärmetauscher 30 zuerzielen.
    [0073] Fernersind der Kühler 2 undder Kondensator 12 als ein Wärmetauscher 30 integriert,und das Verhältniszwischen dem als Kühler 2 benutztenersten Funktionsabschnitt und dem als Kondensator 12 benutztenzweiten Funktionsabschnitt kann durch Verstellen der Position desKolbens 35 verändert werden.Deshalb kann ein Raum zum Einbauen des Kühlers 2 und des Kondensators 12 indem Fahrzeug in dem kombinierten Kreislaufsystem effektiv reduziertwerden.
    [0074] Zusätzlich sindder als Kühler 2 benutzteerste Funktionsabschnitt und der als Kondensator 12 benutztezweite Funktionsabschnitt voneinander in dem einen Wärmetauscher 30 getrennt.Deshalb kann ein Anstieg des Drucks des Hochdruck-Kältemittels des Dampfkompressions-Kühlkreisesauf einen Kondensationsdruck in dem Rankine-Kreis verhindert werden,wodurch verhindert wird, dass der Druck in dem ersten Funktionsabschnittund der Druck in dem zweiten Funktionsabschnitt gleich sind.
    [0075] AlsErgebnis kann, selbst wenn der erste und der zweite Funktionsabschnittbeide als ein Wärmetauscher 30 integriertsind, ein Anstieg des Energieverbrauchs in dem Kompressor 1 durcheinen Anstieg des Ausgabedrucks des Kompressors 1 ver hindertwerden. Deshalb kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrades (COP)im Dampfkompressions-Kühlkreisverhindert werden, und eine ausreichende Kühlleistung kann in dem Dampfkompressions-Kühlkreiserzielt werden.
    [0076] Daszweite Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 5A bis 10 beschrieben. In dem oben beschriebenenersten Ausführungsbeispielwird der Kolben 35 verschoben, um so zwischen einem Fall,in welchem der Innenraum des Verteilerbehälters 34 in mehrere Raumteilegeteilt ist, und einem Fall, in welchem der Innenraum des Verteilerbehälters 34 nichtin mehrere Raumteile geteilt ist, zu wechseln. Im Gegensatz dazuist im zweiten Ausführungsbeispiel,wie in 5A – 6 dargestellt, ein Kugelventilkörper 38 mit einemDurchgangsloch 38a in jedem Verteilerbehälter 34 sovorgesehen, dass er durch ein Stellglied 39 wie beispielsweiseeinen Servomotor und einen Schrittmotor in dem Verteilerbehälter 34 drehbarist, um so den Fall, in welchem der Innenraum des Verteilerbehälters 34 indie mehreren Raumteile (z.B. zwei Raumteile) geteilt ist, oder denFall, in welchem der Innenraum des Verteilerbehälters 34 nicht geteilt ist,zu schalten.
    [0077] Wennsowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, wird derVentilkörper 38 sogedreht, dass eine Öffnungsrichtungdes Durchgangslochs 38a etwa senkrecht zu der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 ist,sodass der Innenraum des Verteilerbehälters 34 in einenoberen und einen unteren Raumteil geteilt wird. Ferner werden derKompressor 1 und die Pumpe 14 betrieben, sodassdas Hochtemperatur-Motorkühlwasserin die Heizeinheit 15 zirkuliert wird.
    [0078] Wennsowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, strömt demgemäß das aus dem Kompressor 1 ausgegebeneKältemittel(Fluid) durch den unteren Raumteil des Verteilerbehälters 34 ineine etwa untere Hälftedes Kernabschnitts 33, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittel (Fluid)strömtdurch den oberen Raumteil des Verteilerbehälters 34 in eine etwaobere Hälftedes Kernabschnitts 33. In diesem Beispiel strömt das ausdem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel durch den unterenRaumteil des Verteilerbehälters 34 indie etwa untere Hälftedes Kernabschnitts 33, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittelströmtdurch die etwa obere Hälftedes Kernabschnitts 33. Diese Anordnung der unteren Hälfte undder oberen Hälftein dem Kernabschnitt 33 kann jedoch auch geändert werden.Zum Beispiel kann das aus dem Kompressor 1 ausgegebeneKältemittel auchdurch den oberen Raumteil des Verteilerbehälters 34 in die obereHälftedes Kernabschnitts 33 strömen, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittelkann durch den unteren Raumteil des Verteilerbehälters 34 in die untereHälftedes Kernabschnitts 33 strömen.
    [0079] Gemäß dem zweitenAusführungsbeispiel ist,wenn sowohl der Dampfkompressions-Kühlkreis alsauch der Rankine-Kreis betrieben werden, der Innenraum in jedemVerteilerbehälter 34 inden oberen Raumteil und den unteren Raumteil geteilt, sodass dieetwa eine Hälftedes Kernabschnitts 33 als Kühler 2 benutzt wirdund die etwa andere Hälftedes Kernabschnitts 33 als Kondensator 12 benutztwird. So zirkuliert im Dampfkompressions-Kühlkreis das Kältemittelin dieser Reihenfolge des Kompressors 1 → des Wärmetauschers 30 (Kühler 2) → des Auffanggefäßes 3 → des Expansionsventils 4 → des Verdampfapparats 5 → des Kompressors 1 .Deshalb wird das Kältemittelin dem Verdampfapparat 5 durch Aufnehmen von Wärme ausin die Fahrgastzelle zu blasender Luft verdampft, während dieWärme vondem in dem Verdampfapparat 5 verdampften gasförmigen Kältemittelin dem in dem Wärmetauscher 30 aufgebautenKühler 2 abgestrahltwird.
    [0080] ImGegensatz dazu wird im Rankine-Kreis der in der Heizeinheit 15 erzeugte Überhitzungskältemitteldampfin der Expansionsvorrichtung 10 mit konstanter Entropiedekomprimiert und ausgedehnt, und mechanische Energie entsprechendder Expansionsenergie wird ausgegeben.
    [0081] Alsnächsteswird nun die Funktionsweise des kombinierten Kreislaufsystems ineinem Fall beschrieben, in welchem nur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird. Wenn nur der Dampfkompressions-Kühlkreis betrieben wird, ist,wie in 7A, 7B, 8 dargestellt, die Öffnungsrichtung des Durchgangslochs 38a inder Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34,sodass der obere und der untere Raumteil in jedem Verteilerbehälter 34 miteinanderin Verbindung stehen. Ferner wird der Kompressor 1 betrieben,währenddie elektromagnetische Kupplung 11 getrennt ist. Deshalbströmtdas aus dem Kompressor 1 ausgegebene Hochdruck-Kältemittel in etwaden gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30,und im Dampfkompressions-Kühlkreiswird der etwa gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 desWärmetauschers 30 alsKühler 2 benutzt.
    [0082] Sozirkuliert im Dampfkompressions-Kühlkreis das Kältemittelin dieser Reihenfolge des Kompressors 1 → des Wärmetauschers 30 (Kühler 2) → des Auffanggefäßes 3 → des Expansionsventils 4 → des Verdampfapparats 5 → des Kompressors 1.
    [0083] Deshalbwird das Kältemittelin dem Verdampfapparat 5 durch Aufnehmen von Wärme ausin die Fahrgastzelle zu blasender Luft verdampft, während dieWärme vondem in dem Verdampfapparat 5 verdampften gasförmigen Kältemittelin dem in dem Wärmetauscher 30 aufgebautenKühler 2 abgestrahlt wird.Deshalb kann die durch den Verdampfapparat 5 laufende Luftausreichend gekühltwerden.
    [0084] Alsnächsteswird nun die Funktionsweise des kombinierten Kreislaufsystems ineinem Fall beschrieben, in welchem nur der Rankine-Kreis betriebenwird. Wenn nur der Rankine-Kreis betrieben wird, wie in 9A, 9B, 10 dargestellt,ist die Öffnungsrichtungdes Durchgangslochs 38a in der Längsrichtung des Verteilerbehälters 34 positioniert, sodassder obere und der untere Raumteil in jedem der Verteilerbehälter 34 miteinanderin Verbindung stehen. Ferner wird die Pumpe 14 betrieben,währenddie elektromagnetische Kupplung 11 getrennt ist. Daherwird etwa der gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 desWärmetauschers 30 alsKondensator 12 benutzt, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausströmende Kältemittelströmtin etwa den gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 desWärmetauschers 30.
    [0085] Daherwird im Rankine-Kreis der in der Heizeinheit 15 erzeugte Überhitzungskältemitteldampfin der Expansionsvorrichtung 10 bei konstanter Entropiedekomprimiert und ausgedehnt und mechanische Energie entsprechendder Expansionsenergie kann rückgewonnenwerden. Deshalb kann die Abwärme durchden Rankine-Kreis effektiv rückgewonnenwerden.
    [0086] Dasdritte Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 11A bis 16 beschrieben. In dem oben beschriebenenersten Ausführungsbeispielwird der Kolben 35 verschoben, um so zwischen einem Fall,in welchem der Innenraum des Verteilerbehälters 34 in mehrereRaumteile geteilt ist, und einem Fall, in welchem der Innenraumdes Verteilerbehälters 34 nicht geteiltist, zu wechseln. Dagegen ist im dritten Ausführungsbeispiel, wie in 11A – 12 dargestellt,ein scheibenförmigerFlügelventilkörper 40 injedem Verteilerbehälter 34 soangeordnet, dass er durch ein Stellglied 39 wie beispielsweiseeinen Servomotor und einen Schrittmotor gedreht wird, um so denFall, in welchem der Innenraum des Verteilerbehälters 34 in die mehrerenRaumteile (z.B. zwei Raumteile) geteilt ist, oder den Fall, in welchemder Innenraum des Verteilerbehälters 34 nichtgeteilt ist, zu schalten.
    [0087] Wennsowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, wird derVentilkörper 40 sogedreht, dass eine flache Oberflächedes Ventilkörpers 40 etwasenkrecht zu der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 ist,sodass der Innenraum des Verteilerbehälters 34 in einenoberen und einen unteren Raumteil geteilt ist. Ferner werden derKompressor 1 und die Pumpe 14 so betrieben, dassdas Hochtemperatur-Motorkühlwasserin die Heizeinheit 15 zirkuliert wird.
    [0088] Wennsowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, strömt demgemäß das aus dem Kompressor 1 ausgegebeneKältemitteldurch den unteren Raumteil des Verteilerbehälters 34 in eine etwauntere Hälfte desKernabschnitts 33, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittelströmtdurch den oberen Raumteil des Verteilerbehälters 34 in eine etwaobere Hälftedes Kernabschnitts 33. In diesem Beispiel strömt das ausdem Kompressor 1 ausgegebene Kältemittel durch den unterenRaumteil des Verteilerbehälters 34 indie untere Hälftedes Kernabschnitts 33, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittelströmtdurch den oberen Raumteil des Verteilerbehälters 34 in die obereHälftedes Kernabschnitts 33. Jedoch kann diese Anordnung derunteren Hälfteund der oberen Hälftein dem Kernabschnitt 33 auch geändert werden. Zum Beispielkann das aus dem Kompressor 1 ausgegebene Kältemitteldurch den oberen Raumteil des Verteilerbehälters 34 in die obereHälftedes Kernabschnitts 33 strömen, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausgegebeneKältemittelkann in die untere Hälftedes Kernabschnitts 33 strömen.
    [0089] Gemäß dem drittenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird, wenn sowohl des Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, der Innenraum in jedem Verteilerbehälter 34 inden oberen Raumteil und den unteren Raumteil geteilt, sodass eineetwa Hälftedes Wärmetauschers 30 alsKühler 2 benutztwird und die andere etwa Hälftedes Wärmetauschers 30 alsKondensator benutzt wird. So könnensowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis unter Verwendung des einen Wärmetauschers 30 als Kühler 2 desDampfkompressions-Kühlkreisesund des Kondensators 12 des Rankine-Kreises betrieben werden.
    [0090] Wennnur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, wie in 13A, 13B, 14 dargestellt, ist die flache Oberfläche desVentilkörpers 40 parallelzu der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34,sodass der obere und der unter Raumteil in jedem Verteilerbehälter 34 miteinanderin Verbindung stehen. Ferner wird der Kompressor 1 betrieben, während dieelektromagnetische Kupplung 11 getrennt ist. Deshalb strömt das ausdem Kompressor 1 ausgegebene Hochdruck-Kältemittelin den gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30,und der gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauscherswird im Dampfkompressions-Kühlkreisals Kühler 2 verwendet.Als Ergebnis kann der Dampfkompressions-Kühlkreis unter Verwendung desgesamten Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30 alsKühler 2 effektivbetrieben werden.
    [0091] Wennnur der Rankine-Kreis betrieben wird, wie in 15A, 15B, 16 dargestellt, ist die flache Oberfläche desDurchgangslochs 38a etwa parallel zu der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34,sodass der obere und der untere Raumteil in jedem der Verteilbehälter 34 miteinanderin Verbindung stehen. Ferner wird die Pumpe 14 betrieben,währenddie elektromagnetische Kupplung 11 getrennt ist. So wird dergesamte Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30 alsKondensator 12 benutzt, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausströmende Kältemittel(Fluid) strömtin den gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30.Als Ergebnis kann der Rankine-Kreis unter Verwendung des gesamtenKernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30 alsKondensator 12 effektiv betrieben werden.
    [0092] Dasvierte Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 17A bis 20B beschrieben. In den oben beschriebenenAusführungsbeispielenwird etwa der gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 nurals Kühler 2 oder Kondensator 12 benutzt,wenn der Dampfkompressions-Kühlkreisoder der Rankine-Kreisbetrieben wird. Im Gegensatz dazu kann im vierten Ausführungsbeispielein Verhältniszwischen einem als Kühler 2 benutztenersten Funktionsabschnitt in dem Kernabschnitt 33 und einemals Kondensator 12 benutzten zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt 33 kontinuierlich von 0% bis 100%verändertwerden.
    [0093] Insbesondereist, wie in 17A, 17B und 18 dargestellt, ein Permanentmagnet-Ventilkörper 41 injedem Verteilerbehälter 34 soangeordnet, dass er in dem Verteilerbehälter 34 in der axialenRichtung bewegbar ist. Ferner umschließt ein kreisbogenförmiger Permanentmagnet 42 einenTeil des Ventilkörpers 41 voneiner Außenseitedes Verteilerbehälters 34,um den Ventilkörper 41 anzuziehen.Wenn der Permanentmagnet 42 in der Längsrichtung des Verteilerbehälters 34 verschobenwird, bewegt sich deshalb der Ventilkörper 41 in der Längsrichtungzusammen mit der Verschiebung des Permanentmagneten 42.Der Permanentmagnet 42 wird in der Längsrichtung des Verteilerbehälters 34 durchein Stellglied 43 wie beispielsweise einen Motor verschoben.Deshalb ist die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitaus dem Ventilkörper 41,dem Permanentmagnet 42 und dem Stellglied 43 aufgebaut.Hier kann der Innenraum des Verteilerbehälters 34 in mehrereRaumteile (z.B. zwei Raumteile in diesem Ausführungsbeispiel) geteilt werden,wenn der Ventilkörper 41 zwischen zweiEndabschnitten (dem oberen und dem unteren Endabschnitt in 17A) des Verteilerbehälters 34 inder Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 positioniertwird. Wenn der Ventilkörper 41 aneinem Endabschnitt des Verteilerbehälters 34 in der Längsrichtungdes Verteilerbehälters 34 positioniertist, ist der Innenraum des Verteilerbehälters 34 nicht geteiltund bildet einen einzigen Verbindungsraum.
    [0094] Fernersind in diesem Ausführungsbeispiel beideEinlassabschnitte 34a in einem Verteilerbehälter 34 anzwei Längsendendes Verteilerbehälters 34 vorgesehen,und beide Auslassabschnitte 34b sind in dem andern Verteilerbehälter 34 anzwei Längsendendes Verteilerbehälters 34 vorgesehen.
    [0095] Imvierten Ausführungsbeispielist ein Kleinrad in dem Stellglied 43 vorgesehen, um miteiner an einer Außenwandfläche desVerteilerbehälters 34 vorgesehenenZahnstange in Eingriff zu stehen, und es wird gedreht, sodass derPermanentmagnet 42 in der Längsrichtung des Verteilerbehälters 34 verschobenwird. Jedoch ist der Aufbau des Stellglieds 43 nicht hieraufbeschränkt.Zum Beispiel kann das Stellglied 43 auch aus einem Linearmotoraufgebaut sein.
    [0096] Alsnächsteswird nun die Funktionsweise des kombinierten Kreislaufsystems gemäß dem viertenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung beschrieben.
    [0097] Wennsowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, wie in 17A und 18 dargestellt,wird der Innenraum in jedem Verteilerbehälter 34 an einer geeignetenPosition (z.B, etwa mittlerer Position) in den oberen Raumteil undden unteren Raumteil geteilt, sodass ein oberer Teil des Kernabschnitts 33 alsKühler 2 benutztwird und der andere Teil des Kernabschnitts 33 als Kondensator 12 benutztwird. So könnensowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis mittels des einen Wärmetauschers 30 alsKühler 2 desDampfkompressions-Kühlkreisesund des Kondensators 12 des Rankine-Kreises betrieben werden.
    [0098] Fernerkann das Verhältniszwischen dem als Kühler 2 benutztenersten Funktionsabschnitt in dem Kernabschnitt 33 und demals Kondensator 12 benutzten zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt 33 entsprechend einer Wärmelastdes Dampfkompressions-Kühlkreisesund einer in dem Rankine-Kreis rückzugewinnendenEnergiemenge kontinuierlich verändertwerden.
    [0099] Wennnur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, wie in 19A, 19B dargestellt, wird derVentilkörper 41 zueinem Längsendedes Verteilerbehälters 34 bewegt,sodass etwa der gesamte Kernabschnitt 33 als Kühler 2 benutztwird. Ferner wird der Kompressor 1 betrieben, während die elektromagnetischeKupplung 11 getrennt ist. Deshalb strömt das von dem Kompressor 1 ausgegebeneHochdruck-Kältemittelin etwa den gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 desWärmetauschers 30,und der etwa gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 desWärmetauschers 30 wirdim Dampfkompressions-Kühlkreisals Kühler 2 benutzt.Als Ergebnis kann der Dampfkompressions-Kühlkreis durch Benutzung desgesamten Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30 alsKühler 2 effektivbetrieben werden.
    [0100] Wennnur der Rankine-Kreis betrieben wird, wie in 20A, 20B dargestellt,wird der Ventilkörper 41 zudem anderen Längsendedes Verteilerbehälters 34 bewegt,sodass etwa der gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 alsKondensator 12 benutzt wird. Ferner wird die Pumpe 14 betrieben,während dieelektromagnetische Kupplung 11 getrennt ist. So wird etwader gesamte Bereich des Kernabschnitts 33 des Wärmetauschers 30 alsKondensator 12 benutzt, und das aus der Expansionsvorrichtung 10 ausströmende Kältemittelströmtin etwa den gesamten Bereich des Kernabschnitts 33 desWärmetauschers 30.Als Ergebnis kann der Rankine-Kreis durch Benutzung etwa des gesamtenWärmetauschers 30 alsKondensator 12 effektiv betrieben werden.
    [0101] Obwohldie vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielendavon unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschriebenworden ist, ist anzumerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationenfür denFachmann offensichtlich sein werden.
    [0102] ZumBeispiel ist in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die vorliegendeErfindung typischerweise auf ein kombiniertes Kreislaufsystem für ein Fahrzeugangewendet, die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf andereAnwendungen angewendet werden
    [0103] Fernerwird in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Expansionsventil 4 zumDekomprimieren des Kältemittelsbei konstanter Enthalpie fürden Dampfkompressions-Kühlkreisverwendet. Jedoch kann auch eine andere Dekompressionsvorrichtung,wie beispielsweise eine Ejektorpumpe, zum Dekomprimieren des Kältemittelsmit konstanter Enthalpie in dem Dampfkompressions-Kühlkreisverwendet werden.
    [0104] Inden oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispielen ist die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitin jedem der Verteilerbehälter 34 angeordnet.Jedoch kann die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitauch nur in einem Verteilerbehältervorgesehen sein.
    [0105] Derartige Änderungenund Modifikationen liegen selbstverständlich im Schutzumfang dervorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiertist.
    权利要求:
    Claims (17)
    [1] Wärmetauscherfür einkombiniertes Kreislaufsystem, das enthält: einen Dampfkompressions-Kühlkreismit einem Kompressor (1) zum Komprimieren eines Kältemittels,einen Kühler(2) zum Kühlendes aus dem Kompressor ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels und einem Verdampfapparat(5) zum Verdampfen des Niederdruck-Kältemittels nach der Dekomprimierung;und einen Rankine-Kreis, welcher Energie durch Ausdehnen einesdampfförmigen Überhitzungsfluidsrückgewinntund einen Kondensator (12) zum Kühlen und Kondensieren des dampfförmigen Fluidsnach der Expansion aufweist, wobei der Wärmetauscher auf weist: einenKernabschnitt (33), in welchem wenigstens eines des Kältemittelsund des Fluids strömt,um einen Wärmeaustauschdurchzuführen,wobei der Kernabschnitt mit wenigstens einem eines als Kühler benutztenersten Funktionsabschnitts und eines als Kondensator benutzten zweitenFunktionsabschnitts versehen ist; und eine Funktionsverhältnis-Änderungseinheit(35–43), welcheein Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt verändert.
    [2] Wärmetauschernach Anspruch 1, bei welchem das Fluid das gleiche Material wiedas Kältemittelist.
    [3] Wärmetauschernach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Kernabschnitt mehrere Rohre(31) enthält,durch welche wenigstens eines des Kältemittels und des Fluids strömt, wobei derWärmetauscherferner einen ersten und einen zweiten Verteilerbehälter (341 aufweist,die jeweils an zwei Stirnseiten jedes Rohres in einer Rohrlängsrichtungangeordnet sind; jeder des ersten und des zweiten Verteilerbehälters ineiner Behälterlängsrichtungsenkrecht zu der Rohrlängsrichtungverläuft,um mit den Rohren in Verbindung zu stehen; und die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist, um dasVerhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt zu verändern.
    [4] Wärmetauschernach Anspruch 3, bei welchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit ein Verstellelement(35–37)enthält,welches in einer Richtung senkrecht zu der Behälterlängsrichtung verschoben wird,um zwischen einem ersten Fall, in welchem ein Innenraum jedes Verteilerbehälters inmehrere Teilräumegeteilt ist, und einem zweiten Fall, in dem der Innenraum jedesVerteilerbehältersein einzelner Verbindungsraum ohne Trennung durch das Verstellelementist, zu wechseln; und die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit das Verhältnis zwischendem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [5] Wärmetauschernach Anspruch 3, bei welchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit einen Ventilkörper (38)mit einem Durchgangsloch (38a) enthält, der in jedem des erstenund des zweiten Verteilerbehältersangeordnet ist; der Ventilkörperin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist, um zwischeneinem ersten Fall, in welchem ein Innenraum jedes Verteilerbehälters inmehrere Raumteile geteilt ist, und einen zweiten Fall, in dem derInnenraum jedes Verteilerbehältersein einziger Verbindungsraum ohne Trennung ist, zu wechseln; und dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [6] Wärmetauschernach Anspruch 3, bei welchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit einen Flügelventilkörper (40)enthält,der in jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnetist; der Ventilkörperin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist, um zwischeneinem ersten Fall, in welchem ein Innenraum jedes Verteilerbehälters inmehrere Raumteile geteilt ist, und einem zweiten Fall, in welchemder Innenraum jedes Verteilerbehältersein einziger Verbindungsraum ohne Trennung ist, zu wechseln; und dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [7] Wärmetauschernach Anspruch 3, bei welchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit ein Verstellelement(41, 42) enthält,welches in der Behälterlängsrichtungverschoben wird, um zwischen einem ersten Fall, in welchem ein Innenraumjedes Verteilerbehältersin mehrere Raumteile geteilt ist, und einem zweiten Fall, in welchemder Innenraum jedes Verteilerbehältersein einziger Verbindungsraum ohne Trennung ist, zu wechseln; und dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [8] Wärmetauschernach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Kernabschnitt mehrere Rohre(31) enthält,durch welche wenigstens eines des Kältemittels und des Fluids strömt; derWärmetauscherferner einen Verteilerbehälter (34)aufweist, der an einer Stirnseite jedes Rohres in einer Rohrlängsrichtungso angeordnet ist, dass er in einer Behälterlängsrichtung senkrecht zu derRohrlängsrichtungverläuft,um mit den Rohren in Verbindung zu stehen; und die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitin dem Verteilerbehälterangeordnet ist, um das Verhältnis zwischendem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt zu verändern.
    [9] Wärmetauschernach einem der Ansprüche1 bis 8, bei welchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit das Verhältnis zwischendem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittkontinuierlich verändert.
    [10] Kombiniertes Kreislaufsystem, mit einem Dampfkompressions-Kühlkreismit einem Kompressor (1) zum Komprimieren eines Fluids,einem Kühler (2)zum Kühleneines von dem Kompressor ausgegebenen Hochdruck-Fluids und einemVerdampfapparat (5) zum Verdampfen eines Niederdruck-Fluids nachder Dekomprimierung; und einem Rankine-Kreis mit einer Expansionsvorrichtung(10), welche ein Überhitzungsfluidzum Rückgewinnenvon Energie ausdehnt, und einem Kondensator (12) zum Kühlen undKondensieren des aus der Expansionsvorrichtung strömenden Fluids; wobeider Kühlerund der Kondensator integriert sind, um einen Wärmetauscher (30) miteinem Kernabschnitt (33) zu bilden, in welchem das Fluidströmt, umeinen Wärmeaustauschdurchzuführen,wobei der Wärmetauscherso aufgebaut ist, dass er wenigstens einen eines als Kühler benutztenersten Funktionsabschnitts und eines als Kondensator benutzten zweitenFunktionsabschnitts aufweist; und wobei das kombinierte Kreislaufsystemferner eine Funktionsverhältnis-Änderungseinheit (35–43)aufweist, die in dem Wärmetauschervorgesehen ist, um ein Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt zu verändern.
    [11] Kombiniertes Kreislaufsystem nach Anspruch 10, beiwelchem der Kernabschnitt mehrere Rohre (31) enthält, durchwelche das Fluid strömt;der Wärmetauscherferner einen ersten und einen zweiten Verteilerbehälter enthält, diejeweils an zwei Stirnseiten jedes Rohres in einer Rohrlängsrichtungangeordnet sind; jeder des ersten und des zweiten Verteilerbehälters ineiner Behälterlängsrichtungsenkrecht zu der Rohrlängsrichtungverläuft,um mit den Rohren in Verbindung zu stehen; und die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist, um dasVerhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt zu verändern.
    [12] Kombiniertes Kreislaufsystem nach Anspruch 11, beiwelchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitein Verstellelement (35–37)enthält, welchesin einer Richtung senkrecht zu der Behälterlängsrichtung verschoben wird,um zwischen einem ersten Fall, in welchem ein Innenraum jedes Ver teilerbehälters inmehrere Raumteile geteilt ist, und einem zweiten Fall, in dem derInnenraum jedes Verteilerbehältersein einzelner Verbindungsraum ohne Trennung durch das Verstellelementist, zu wechseln; und die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit das Verhältnis zwischendem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [13] Kombiniertes Kreislaufsystem nach Anspruch 11, beiwelchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheiteinen Ventilkörper(38) mit einem Durchgangsloch (38a) enthält, derin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist; derVentilkörperin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist, um zwischeneinem ersten Fall, in welchem ein Innenraum jedes Verteilerbehälters inmehrere Raumteile geteilt ist, und einem zweiten Fall, in welchemder Innenraum jedes Verteilerbehältersein einziger Verbindungsraum ohne Trennung ist, zu wechseln; und dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [14] Wärmetauschernach Anspruch 11, bei welchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit einen Flügelventilkörper (40)enthält,der in jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnetist; der Ventilkörperin jedem des ersten und des zweiten Verteilerbehälters angeordnet ist, um zwischeneinem ersten Fall, in welchem ein Innenraum jedes Verteilerbehälters inmehrere Raumteile geteilt ist, und einem zweiten Fall, in welchemder Innenraum jedes Verteilerbehältersein einziger Verbindungsraum ohne Trennung ist, zu wechseln; und dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [15] Kombiniertes Kreislaufsystem nach Anspruch 11, beiwelchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitein Verstellelement (41, 42) enthält, welchesin der Behälterlängsrichtungverschoben wird, um zwischen einem ersten Fall, in welchem ein Innenraumjedes Verteilerbehältersin mehrere Raumteile geteilt ist, und einem zweiten Fall, in welchemder Innenraum jedes Verteilerbehältersein einziger Verbindungsraum ohne Trennung ist, zu wechseln; und dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitdas Verhältniszwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittin dem Kernabschnitt durch Wechseln zwischen dem ersten Fall unddem zweiten Fall verändert.
    [16] Kombiniertes Kreislaufsystem nach einem der Ansprüche 10 bis15, bei welchem wenn sowohl der Dampfkompressions-Kühlkreisals auch der Rankine-Kreis betrieben werden, die Funktionsverhältnis-Änderungseinheitso betrieben wird, dass sie sowohl den ersten Funktionsabschnittals auch den zweiten Funktionsabschnitt in dem Kernabschnitt aufweist; wennnur der Dampfkompressions-Kühlkreisbetrieben wird, die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit so betriebenwird, dass sie nur den ersten Funktionsabschnitt in dem Kernabschnittaufweist; und wenn nur der Rankine-Kreis betrieben wird, dieFunktionsverhältnis-Änderungseinheitso betrieben wird, dass sie nur den zweiten Funktionsabschnitt indem Kernabschnitt aufweist.
    [17] Kombiniertes Kreislaufsystem nach einem der Ansprüche 10 bis16, bei welchem die Funktionsverhältnis-Änderungseinheit das Verhältnis zwischendem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnittentsprechend einer Wärmelastdes Dampfkompressions-Kühlkreises undeiner in dem Rankine-Kreis rückzugewinnenden Energiemengekontinuierlich verändert.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    US6935129B2|2005-08-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-02-17| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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