DE10317875A1

DE10317875A1 - Fahrzeug-Klimaanlage mit Ejektor-Kühlzyklus

Info

Publication number: DE10317875A1
Application number: DE10317875A
Authority: DE
Inventors: Hirotsugu Takeuchi; Shin Nishida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2003-11-06
Also published as: US6935421B2; ITRM20030189A0; US20030200764A1; JP2003320837A; ITRM20030189A1; JP3928470B2

Abstract

Eine Klimaanlage weist einen Kompressor (10) zum Komprimieren eines Kühlmittels, einen außen gelegenen Wärmetauscher (20) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und Außenluft, einen innen gelegenen Wärmetauscher (30) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und in einen Raum einzublasender Luft, einen Ejektor (40) zur Dekomprimierung von Hochdruck-Kühlmittel, einen Heizkern (80) zum Erhitzen von Luft unter Verwendung eines Hochtemperatur-Fluids als Heizquelle und einen Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher (70) zum Erhitzen des Fluids, das zum Heizkern hin strömt, unter Verwendung des vom Kompressor aus abgegebenen Hochtemperatur-Fluids als Heizquelle auf. Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb absorbiert das Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher Wärme aus Luft, sodass die Luft gekühlt und entfeuchtet wird, und kann die entfeuchtete und gekühlte Luft im Heizkern unter indirekter Verwendung des Hochtemperatur-Kühlmittels als Heizquelle weiter erhitzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einem Ejektor-Kühlzyklus. Die Klimaanlage wird in geeigneter Weise für ein Fahrzeug verwendet.
Eine Fahrzeug-Klimaanlage des Standes der Technik schaltet einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb, indem der Betrieb für das Strömen eines Hochdruck- Kühlmittels in einem innen gelegenen Wärmetauscher und der Betrieb für das Strömen eines Niederdruck-Kühlmittels in einem innen gelegenen Wärmetauscher geschaltet wird.
Bei dieser Fahrzeug-Klimaanlage wird jedoch, wenn der Kühlbetrieb für die Entfeuchtung eines Fahrgastraums durchgeführt wird, kondensiertes Wasser an einer Oberfläche des innen gelegenen Wärmetauschers gebildet. Danach wird, wenn der Heizbetrieb durchgeführt wird, das kondensierte Wasser, das an der Oberfläche des innen gelegenen Wärmetauschers verbleibt, sofort verdampft. Daher beschlägt die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs leicht.
In Hinblick auf das oben angegebene Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeug-Klimaanlage für einen Raum zu schaffen, die Heizleistung für den Raum verbessert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage mit einem Kühlzyklus zu schaffen, die einen Beschlag sogar dann sofort beseitigt, wenn die Windschutzscheibe des Fahrzeugs beschlagen ist.
Erfindungsgemäß weist bei einer Klimaanlage für einen Raum ein Kühlzyklussystem einen Kompressor zur Komprimierung und Abgabe eines Kühlmittels, einen außen gelegenen Wärmetauscher zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und Außenluft außerhalb des Raums, einen innen gelegenen Wärmetauscher zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und in den Raum einzublasender Luft, einen Ejektor zur Dekomprimierung des vom Kompressor aus abgegebenen Kühlmittels, während gasförmiges Kühlmittel von der Niederdruckseite im Kühlzyklus aus angesaugt wird, einen Heizkern zum Erhitzen von in den Raum einzublasender Luft unter Verwendung eines Fluids, das dort strömt, als Heizquelle und einen Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem vom Kompressor abgegebenen Kühlmittel und dem zum Heizkern hin zu führendem Fluid auf. Ferner wird, wenn das Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher zur Kühlung der Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher hindurchtritt, verdampft wird, das Kühlmittel im Ejektor dekomprimiert. Weil der Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher zur Erhitzung des zum Heizkern hin strömenden Fluids vorgesehen ist, kann die Heizleistung zum Erhitzen der Luft im Heizkern wirksam verbessert sein. Entsprechend ist es möglich, die Luft, nachdem sie im innen gelegenen Wärmetauscher gekühlt und entfeuchtet worden ist, sofort im Heizkern zu erhitzen. In diesem Fall kann die Entfeuchtungs- und Heizleistung für den Raum verbessert sein. Wenn die klimatisierte Luft für ein Fahrzeug verwendet wird, kann die Windschutzscheibe sogar dann schnell beschlagfrei gemacht werden, wenn die Windschutzscheibe beschlagen ist.
Insbesondere dient eine Schalteinheit zur Veränderung der Strömung des Kühlmittels zum Schalten einer ersten Betriebsart, bei der das Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft, während das vom Kompressor aus abgegebene Hochtemperatur-Kühlmittel den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher im Bypass umgeht, und einer zweiten Betriebsart, bei der das Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft, während das vom Kompressor aus abgegebene Kühlmittel durch den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher hindurchströmt, um das Fluid zu erhitzen. In sowohl der ersten Betriebsart als auch der zweiten Betriebsart dekomprimiert der Ejektor das vom Kompressor aus abgegebene Kühlmittel, während gasförmiges Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft. Weiter läuft bei der zweiten Betriebsart das vom Kompressor aus abgegebene Kühlmittel durch den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher, den außen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor, den Gas/Flüssigkeits- Abscheider und den Kompressor hindurch in dieser Reihenfolge um, während das Kühlmittel im Gas/Flüssigkeits-Abscheider durch den innen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider hindurch in dieser Reihenfolge strömt. Daher wird bei der zweiten Betriebsart die Luft im innen gelegenen Wärmetauscher gekühlt und entfeuchtet und im Heizkern schnell erhitzt.
Wenn ferner eine erste und eine zweite Drossel im Kühlzyklus zur Dekomprimierung des Kühlmittels im Wesentlichen iso-enthalpisch vorgesehen sind, dient die Schalteinheit zum Schalten einer Betriebsart von Kühlbetrieb, bei dem der Raum gekühlt wird, von Entfeuchtungs- und Heizbetrieb, bei dem der Raum entfeuchtet wird, während er erhitzt wird, und Heizbetrieb, bei dem der Raum erhitzt wird. In diesem Falle verdampft im Kühlbetrieb das Kühlmittel nach dessen Dekomprimierung im innen gelegenen Wärmetauscher, um die Luft, die dort hindurchtritt, zu kühlen, und wird das vom Kompressor aus abgegebene Hochdruck- Kühlmittel im Ejektor dekomprimiert, während gasförmiges Kühlmittel vom innen gelegenen Wärmetauscher aus angesaugt wird. Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb wird das Kühlmittel nach dessen Dekomprimierung im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft, um die Luft, die dort hindurchtritt, zu kühlen und zu entfeuchten, und wird das vom Kompressor aus abgegebene Hochdruck- Kühlmittel mittels der ersten Drossel dekomprimiert. Weiter strömt im Heizbetrieb das Hochtemperatur-Kühlmittel vor dessen Dekomprimierung in den innen gelegenen Wärmetauscher ein, um die Luft, die dort hindurchtritt, zu erhitzen, und wird das Hochtemperatur-Kühlmittel in der zweiten Drossel dekomprimiert. Entsprechend kann der Raum wirksam gekühlt, erhitzt oder entfeuchtet werden, während er erhitzt wird.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Detailbeschreibung, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlzyklus;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Klimaanlage der ersten Ausführungsform im Kühlbetrieb;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Klimaanlage der ersten Ausführungsform im Heizbetrieb;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Klimaanlage der ersten Ausführungsform im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlzyklus;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlzyklus im Kühlbetrieb;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Klimaanlage der dritten Ausführungsform im Heizbetrieb;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Klimaanlage der dritten Ausführungsform im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlzyklus;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlzyklus;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlzyklus; und
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Klimaanlage einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Kühlzyklus.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Bei der ersten Ausführungsform findet eine Klimaanlage der vorliegenden Erfindung typischerweise bei einem Fahrzeug Anwendung. Gemäß Darstellung in Fig. 1 weist die Klimaanlage einen Dampfkompressions-Kühlzyklus 1 mit einer Ejektor-Dekompressionseinrichtung auf. Der Kühlzyklus 1 weist einen Kompressor 10, einen außen gelegenen Wärmetauscher 20, einen innen gelegenen Wärmetauscher 30, einen Ejektor 40, einen Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, einen inneren Wärmetauscher 60, einen Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 und einen Heizkern 80 auf.
Der Kompressor 10 ist ein Kompressor mit veränderbarer Verdrängung, der durch die Antriebskraft eines Antriebsmotors betrieben wird, und wird als Pumpmittel zum Ansaugen und Komprimieren des Kühlmittels verwendet. Der Kompressor 10 regelt in veränderbarer Weise die Verdrängung, um eine Veränderung der Motordrehzahl und der Klimatisierungslast zu absorbieren. Hierbei bedeutet Verdrängung die theoretische Verdrängung, die von einem Abgabeanschluss des Kompressors 10 aus durch einen einzigen Drehzyklus der Welle des Kompressors 10 abgegeben wird.
Bei dieser Ausführungsform wird Kohlenstoffdioxid als Kühlmittel verwendet, sodass der Druck des Hochdruck-Kühlmittels, d. h. der Abgabedruck des Kompressors 10, gleich dem kritischen Druck des Kühlmittels oder höher als dieser ist. Daher wird das Kühlmittel in einem hochdruckseitigen Wärmetauscher nicht kondensiert, und weist es eine Temperaturverteilung im hochdruckseitigen Wärmetauscher derart auf, dass die Temperatur des Kühlmittels entsprechend der Kühlmittelströmung vom Einlass aus zum Auslass des hochdruckseitigen Wärmetauscher hin abnimmt.
Der außen gelegene Wärmetauscher 20 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und Außenluft außerhalb eines Fahrgastraums durch. Der innen gelegene Wärmetauscher 30 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und Luft durch, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, und bläst dann die Luft in den Fahrgastraum ein. Im Allgemeinen kühlt der hochdruckseitige Wärmetauscher hochdruckseitiges Hochtemperatur- Kühlmittel, das vom Kompressor 10 aus abgegeben wird. Ein niederdruckseitiger Wärmetauscher bewirkt eine Wärmeabsorption durch Verdampfen von Niederdruck-Kühlmittel. Bei der ersten Ausführungsform können der außen gelegene Wärmetauscher 20 und der innen gelegene Wärmetauscher 30 als hochdruckseitiger Wärmetauscher oder niederdruckseitiger Wärmetauscher verwendet werden.
Der Ejektor 40 dekomprimiert und expandiert das Kühlmittel, während er verdampftes gasförmiges Kühlmittel ansaugt, und wandelt Expansionsenergie in Druckenergie um, um den Druck des Kühlmittels zu erhöhen, das am Ansauganschluss des Kompressors anzusaugen ist. Der Ejektor 40 weist eine Düse, eine Mischeinheit und einen Diffusor auf. Die Düse wandelt die Druckenergie des Hochdruck-Kühlmittels, das in den Ejektor 40 einströmt, in Geschwindigkeitsenergie um, sodass das Kühlmittel dekomprimiert und expandiert wird. Das Hochgeschwindigkeits-Kühlmittel, das von der Düse aus ausgespritzt wird, strömt in die Mischeinheit ein, sodass die Mischeinheit das gasförmige Kühlmittel, das im niederdruckseitigen Wärmetauscher verdampft worden ist, ansaugt, und das Hochgeschwindigkeits-Kühlmittel der Düse und das gasförmige Kühlmittel des niederdruckseitigen Wärmetauschers werden in der Mischeinheit vermischt. Der Diffusor mischt das Kühlmittel, das von der Düse aus ausgespritzt worden ist, und das angesaugte Kühlmittel und wandelt die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie um, sodass der Druck des Kühlmittels zunimmt. Die Düse ist eine Dekompressionseinrichtung mit einer Laval-Düse (siehe "Fluid Mechanics" veröffentlicht durch University of Tokyo Press). Die Laval-Düse dekomprimiert und expandiert das Hochdruck-Fluid im Wesentlichen iso-entropisch, sodass das von der Düse aus ausgespritzte Kühlmittel bis zu Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird.
Der Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 ist ein Abscheidemittel für Gas und Flüssigkeit. Das Kühlmittel, das von dem Ejektor aus ausströmt, wird in den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 eingeführt. Der Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 teilt das Kühlmittel in gasförmiges Kühlmittel und in flüssiges Kühlmittel auf und sammelt das Kühlmittel in seinem Inneren. Der Auslass für gasförmiges Kühlmittel am Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 steht mit der Ansaugseite des Kompressors 10 in Verbindung, und der Auslass für flüssiges Kühlmittel am Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 steht mit der Einlassseite des niederdruckseitigen Wärmetauschers in Verbindung.
Der innere Wärmetauscher 60 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Niederdruck-Kühlmittel, das in den Kompressor 10 einzusaugen ist, und dem Hochdruck-Kühlmittel durch, bevor dieses mittels der Dekompressionseinheit, beispielsweise des Ejektors 40, dekomprimiert wird. Der Wasser/Kühlmittel- Wärmetauscher 70 führt einen Wärmeaustausch zwischen dem Hochtemperatur-Kühlmittel (bei dieser Ausführungsform liegt die Temperatur des Hochtemperatur-Kühlmittels bei etwa 100°C), das vom Kompressor 10 aus abgegeben wird, und dem warmen Wasser (d. h. Motorkühlwasser) durch, das im Heizkern 80 strömt.
Der Heizkern 80 ist in der Strömungsrichtung der Luft stromabwärts des innen gelegenen Wärmetauschers 30 angeordnet. Warmes Wasser wird im Umlauf durch den Heizkern 80 geführt, sodass der Heizkern 80 Luft, die dort hindurchtritt, unter Verwendung des warmen Wassers als Heizquelle erhitzt.
Eine erste und eine zweite veränderliche Drossel 91, 92 sind zwischen dem innen gelegenen Wärmetauscher 30 und dem Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 bzw. zwischen dem innen gelegenen Wärmetauscher 30 und dem inneren Wärmetauscher 60 angeordnet. Die veränderbaren Drosseln 91, 92 sind Dekompressionseinrichtungen, während der Verbindungszustand eines Kühlmittelkanals geregelt wird. Daher schalten die Einrichtungen 91, 92 zwischen einem Fall, bei dem das Kühlmittel iso-enthalpisch dekomprimiert wird, und einem Fall, bei dem der Kühlmittelkanal geschlossen ist.
Rückschlagventile 93, 94 gestatten es, dass das Kühlmittel in einer einzigen Richtung strömt. Ein Bypasskanal 95 ist ein Kühlmittelkanal zur Bypass-Umgehung des Wasser/Kühlmittel-Wärmetauschers 70. Ein Schaltventil 96 schaltet zwischen einem Fall, bei dem das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel zum innen gelegenen Wärmetauscher 30 strömt, und einem Fall, bei dem das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel zum außen gelegenen Wärmetauscher 20 strömt.
Ein Kühler 110 kühlt das Motorkühlwasser, d. h. kühlt einen Motor 100, im Wege der Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Motorkühlwasser des Motors 100 und der Außenluft außerhalb des Raums. Ein Drei-Wege-Ventil 120 schaltet zwischen einem Fall, bei dem das Motorkühlwasser, das vom Motor 100 aus strömt, in den Heizkern 80 eingeführt wird, und einem Fall, bei dem ein Kühlwasserkanal 81 im Heizkern 80 und ein Kühlwasserkanal 111 im Motor 100 voneinander getrennt sind. Eine Pumpe 82 lässt das Motorkühlwasser im Motorkühlwasserkanal 81 umlaufen.
Eine Innenluft/Außenluft-Schalteinrichtung 200 schaltet zwischen der Lnnenluft im Inneren des Raums und der Außenluft außerhalb des Raums, die in ein Klimatisierungsgehäuse 201 eingeführt werden. Im Klimatisierungsgehäuse 201 zur Ausbildung eines Luftkanals sind der innen gelegene Wärmetauscher 30 und der Heizkern 80 angeordnet. Ein Gebläse 202 ist ein Zentrifugallüfter zum Blasen der Luft, die von der Innenluft/Außenluft-Schalteinrichtung 200 aus in den Fahrgastraum eingeführt wird.
Als Nächstes werden die charakteristische Arbeitsweise der Klimaanlage dieser Ausführungsform und ihre Wirkungen beschrieben.

1. Kühlbetrieb

Das Schaltventil 96 wird zu der in Fig. 2 mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Position eingestellt. Die erste veränderbare Drossel 91 wird vollständig geschlossen, und das zweite veränderbare Ventil 92 wird vollständig geschlossen. Dann wird der Kompressor 10 in Betrieb genommen.
Das Kühlmittel wird vom Kompressor 10 als Hochdruck-Kühlmittel abgegeben und läuft durch den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 absorbierte Wärme wird außenseitig des Raums am außen gelegenen Wärmetauscher 20 abgestrahlt, sodass das Kühlmittel im außen gelegenen Wärmetauscher 20 gekühlt wird.
Der Ejektor 40 saugt das gasförmige Kühlmittel vom innen gelegenen Wärmetauscher 30 mittels des Hochgeschwindigkeits-Kühlmittels an, das von der Düse des Ejektors 40 aus ausgespritzt wird. Daher nimmt der Druck im innen gelegenen Wärmetauscher 30 ab, und absorbiert das flüssige Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher 30 Wärme aus der Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurch strömt, sodass das flüssige Kühlmittel verdampft. Die Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, wird durch Verdampfung des flüssigen Kühlmittels im innen gelegenen Wärmetauscher 30 gekühlt und dann in den Fahrgastraum eingeblasen. Hierbei läuft das niederdruckseitige Kühlmittel durch den Pumpbetrieb des Ejektors 40 durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, den Bypasskanal 95, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits- Abscheider 50 in dieser Reihenfolge um.
Auf diese Weise wird im Kühlbetrieb Niedertemperatur-Luft, die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 gekühlt wird, in den Fahrgastraum eingeführt, und wird der Fahrgastraum gekühlt.

2. Heizbetrieb

Das Schaltventil 96 wird zu der in Fig. 3 mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Position eingestellt. Die erste veränderbare Drossel 91 wird vollständig geöffnet, und die zweite veränderbare Drossel 92 drosselt den Öffnungsgrad. Dann wird der Kompressor 10 in Betrieb genommen.
Das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel läuft durch den Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70, die erste veränderbare Drossel 91, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, die zweite veränderbare Drossel 92, den inneren Wärmetauscher 60, den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Beim Heizbetrieb wird der Ejektor 40 im Allgemeinen als Kühlmittelkanal verwendet, und arbeitet er nicht als Dekompressionseinrichtung oder Pumpe.
In diesem Fall ist die erste veränderbare Drossel 91 vollständig geöffnet, sodass das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kühlmittel vor dessen Dekomprimierung in den innen gelegenen Wärmetauscher 30 einströmt. Daher wird im Heizbetrieb der innen gelegene Wärmetauscher 30 als hochdruckseitiger Wärmetauscher verwendet, sodass die Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchströmt, durch dieses Hochtemperatur- und Hochdruck-Kühlmittel erhitzt wird. Die Luft wird im innen gelegenen Wärmetauscher 30 erhitzt und dann in den Fahrgastraum eingeblasen.
Das Hochdruck-Kühlmittel, das von dem innen gelegenen Wärmetauscher 30 aus strömt, wird mittels der zweiten veränderbaren Drossel 92 iso-enthalpisch dekomprimiert und strömt in den außen gelegenen Wärmetauscher 30 durch den inneren Wärmetauscher 60 hindurch ein. Daher absorbiert das Kühlmittel, das im außen gelegenen Wärmetauscher 20 strömt, Wärme aus der Außenluft im außen gelegenen Wärmetauscher 20, sodass das Kühlmittel im außen gelegenen Wärmetauscher 20 verdampft. Im Heizbetrieb wird der außen gelegene Wärmetauscher 20 als niederdruckseitiger Wärmetauscher verwendet.
Im Heizbetrieb führt, weil es im Wesentlichen keine Temperaturdifferenz zwischen dem einlassseitigen Kühlmittel und dem auslassseitigen Kühlmittel des außen gelegenen Wärmetauschers 20 gibt, der innere Wärmetauscher 60 im Wesentlichen keinen Wärmeaustausch durch.
Weil der Druckverlust (Strömungswiderstand) an der Düse des Ejektors 40 extrem groß genug ist, strömt das Kühlmittel, das von der zweiten veränderbaren Drossel 92 aus strömt, tatsächlich nicht in die Ejektordüse ein. In gleicher Weise strömt das Kühlmittel, das vom außen gelegenen Wärmetauscher 20 aus zum Ejektor 40 hin strömt, tatsächlich nicht umgekehrt und nicht in die zweite veränderbare Drossel 92 ein.
Als Folge wird die Hochtemperatur-Luft, die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 erhitzt worden ist, im Heizbetrieb in den Fahrgastraum eingeführt.
Es wird bevorzugt, die Pumpe 82 im Heizbetrieb anzuhalten. Jedoch kann, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers höher als die Temperatur des Kühlmittels ist, die Pumpe 82 betrieben werden.

3. Entfeuchtungs- und Heizbetrieb

Das Schaltventil 96 wird zu der in Fig. 4 mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Position eingestellt. Die erste veränderbare Drossel 91 drosselt den Öffnungsgrad, und die zweite veränderbare Drossel 92 wird vollständig geöffnet. Dann werden die Pumpe 82 und der Kompressor 10 in Betrieb genommen.
Das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel läuft durch den Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70, die erste veränderbare Drossel 91, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, die zweite veränderbare Drossel 92, den inneren Wärmetauscher 60, den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb wird in gleicher Weise wie im Heizbetrieb der Ejektor 40 im Allgemeinen als Kühlmittelkanal verwendet. Daher arbeitet der Ejektor 40 nicht als Dekompressionseinrichtung oder Pumpe.
Die Pumpe 82 arbeitet, sodass das vom Kompressor 10 aus abgegebene Hochtemperatur-Kühlmittel das Motorkühlwasser erhitzt, das durch den Heizkern 80 umläuft. Mit anderen Worten absorbiert im Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 das Motorkühlwasser Wärme vom Hochtemperatur-Kühlmittel, das vom Kompressor 10 abgegeben wird, sodass die Luft, die durch den Heizkern 80 hindurchtritt, erhitzt wird. Daher wird der Heizkern 80 als Heizeinrichtung verwendet, und wird die Luft, die durch den Heizkern 80 hindurchtritt, durch das Hochtemperatur-Kühlmittel als Heizquelle, das vom Kompressor 10 aus abgegeben wird, erhitzt. Sogar dann, wenn sich der Motor auf einer niedrigen Temperatur befindet, beispielsweise im Fall unmittelbar nach dem Anlassen des Motors, wird das Motorkühlwasser schnell durch das Hochtemperatur-Kühlmittel im Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 erhitzt. Das erhitzte Motorkühlwasser strömt in den Heizkern 80 ein, und erhitzt dann die Luft, die durch den Heizkern 80 hindurchtritt. Auf diese Weise wird die erhitzte Luft in den Raum eingeblasen.
Das Hochtemperatur-Kühlmittel, das vom Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 aus strömt, wird an der ersten veränderbaren Drossel 91 iso-enthalpisch dekomprimiert, und dann strömt das dekomprimierte Kühlmittel in den innen gelegenen Wärmetauscher 30 ein. Das Kühlmittel, das in den innen gelegenen Wärmetauscher 30 einströmt, absorbiert Wärme aus der Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, sodass das Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher 30 verdampft. Daher wird die Luft mittels des innen gelegenen Wärmetauschers 30 auf den Taupunkt abgekühlt. Auf diese Weise kann in der Luft enthaltene Feuchtigkeit am innen gelegenen Wärmetauscher 30 kondensiert werden, und das kondensierte Wasser wird nach außerhalb des Klimatisierungsgehäuses 201 von einem Wasserabgabeanschluss (nicht dargestellt) aus abgegeben. Daher wird die Feuchtigkeit in der Luft aus der Luft beseitigt, sodass die Luft entfeuchtet und gekühlt wird.
Entsprechend entfeuchtet und kühlt der innen gelegene Wärmetauscher 30 die Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, und erhitzt dann das Hochtemperatur-Wasser im Heizkern 80 die Luft, die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 entfeuchtet und gekühlt worden ist. Als Folge wird Hochtemperatur-Luft mit geringer Feuchtigkeit in den Fahrgastraum eingeführt.
Weiter kann die Fahrzeug-Klimaanlage verhindern, dass Fensterscheiben, beispielsweise die Windschutzscheibe, des Fahrzeugs beschlägt, und die Fahrzeug-Klimaanlage beseitigt einen Beschlag sofort durch Blasen der Hochtemperatur-Luft mit geringer Feuchtigkeit sogar dann, wenn die Windschutzscheibe beschlagen ist, weil die Hochtemperatur-Luft mit geringer Feuchtigkeit, die in den Fahrgastraum eingeführt wird, den Beschlag beseitigt.
Ferner kann die Fahrzeugklimaanlage den Raum sofort mittels des vom Kompressor 10 aus durch den Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 hindurch abgegebenen Hochtemperatur-Kühlmittels sogar dann erwärmen, wenn das Motorkühlwasser zum Kühlen des Motors 100 eine niedrige Temperatur aufweist, wie beispielsweise im Fall unmittelbar nach dem Anlassen des Motors.

Zweite Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Insbesondere ist gemäß Darstellung in Fig. 5 der Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 in der Strömungsrichtung des Kühlmittels stromaufwärts des Schaltventils 96 angeordnet. Mit anderen Worten ist der Wasser/Kühlmittel- Wärmetauscher 70 an der Abgabeseite des Kompressors 10 statt am Schaltventil 96 angeordnet.
Obwohl das Kühlsystem der zweiten Ausführungsform modifiziert ist, ist die Arbeitsweise des Kühlsystems der zweiten Ausführungsform gleich derjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, und kann der Vorteil in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.

Dritte Ausführungsform

Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erhitzt der Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 das Motorkühlwasser, das durch den Heizkern 80 hindurch umläuft, sodass die Luft, die in den Fahrgastraum einzublasen ist, durch das Hochtemperatur-Kühlmittel als Wärmequelle, das vom Kompressor 10 aus abgegeben wird, indirekt erhitzt wird. Bei der dritten Ausführungsform wird, wie in Fig. 6 dargestellt ist, der innen gelegene Wärmetauscher 30 als ein erster innen gelegener Wärmetauscher verwendet, und ist ein zweiter innen gelegene Wärmetauscher 31 in der Strömungsrichtung der Luft stromabwärts des innen gelegenen Wärmetauschers 30 angeordnet. Das vom Kompressor 10 aus abgegebene Hochtemperatur-Kühlmittel wird in den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 eingeführt, sodass die in den Fahrgastraum einzublasende Luft durch den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 direkt erhitzt wird.
Als Nächstes werden die charakteristische Arbeitsweise der Klimaanlage dieser Ausführungsform und ihre Wirkung beschrieben.

1. Kühlbetrieb

Das Schaltventil 96 wird auf die in Fig. 6 mit einer ausgezogenen Linie dargestellte Position eingestellt. Die erste veränderbare Drossel 91 wird vollständig geschlossen, und die zweite veränderbare Drossel 92 wird vollständig geschlossen. Dann wird der Kompressor 10 in Betrieb genommen.
Das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel läuft durch den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 absorbierte Wärme wird außenseitig des Raums am außen gelegenen Wärmetauscher 20 abgestrahlt, sodass das Kühlmittel im außen gelegenen Wärmetauscher 20 gekühlt wird.
Der Ejektor 40 saugt das gasförmige Kühlmittel vom innen gelegenen Wärmetauscher 30 aus mittels des Hochgeschwindigkeits-Kühlmittels an, das von der Düse des Ejektors 40 aus ausgespritzt wird. Dann nimmt der Druck im innen gelegenen Wärmetauscher 30 ab, und absorbiert das flüssige Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher 30 Wärme aus der Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, sodass das flüssige Kühlmittel verdampft. Die Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, wird mittels des flüssigen Kühlmittels im innen gelegenen Wärmetauscher 30 gekühlt und dann in den Fahrgastraum eingeblasen. Hierbei läuft das Niederdruck-Kühlmittel durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, das Drei-Wege-Ventil 97, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 hindurch in dieser Reihenfolge um.
Auf diese Weise wird die Niedertemperatur-Luft, die am innen gelegenen Wärmetauscher 30 gekühlt wird, in den Fahrgastraum eingeführt, und wird der Fahrgastraum gekühlt.

2. Heizbetrieb

Das Schaltventil 96 wird zu der in Fig. 7 mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Position eingestellt. Die erste veränderbare Drossel 91 wird vollständig geöffnet, und die zweite veränderbare Drossel 92 drosselt den Öffnungsgrad. Dann wird der Kompressor 10 in Betrieb genommen.
Das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel läuft durch den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31, die erste veränderbare Drossel 91, das Schaltventil 97, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, die zweite veränderbare Drossel 92, den inneren Wärmetauscher 60, den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Im Heizbetrieb wird der Ejektor 40 im Allgemeinen als Kühlmittelkanal verwendet, und arbeitet er nicht als Dekompressionseinrichtung oder Pumpe.
In diesem Fall wird das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kühlmittel, das vom Kompressor 10 aus abgegeben wird, in den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 eingeführt, sodass die Luft, die durch den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 hindurchtritt, durch das Hochtemperatur-Kühlmittel als Heizquelle, das vom Kompressor 10 aus abgegeben wird, erhitzt wird. Daher arbeitet der zweite Wärmetauscher 31 als Heizeinrichtung.
Die Temperatur des Kühlmittels, das in den innen gelegenen Wärmetauscher 30 einströmt, ist etwas herabgesetzt, weil die Luft, die durch den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 hindurchtritt, Wärme des Kühlmittels im zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 absorbiert. Jedoch kann das Kühlmittel, das in den innen gelegenen Wärmetauscher 30 einströmt, die Luft ausreichend erhitzen, wenn die Luft eine vergleichbar niedrige Temperatur wie in dem Fall der Luft vor dem Erhitzen am zweiten Wärmetauscher 31 aufweist. Bei der dritten Ausführungsform wird die Luft in den Fahrgastraum durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 und den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 hindurch in dieser Reihenfolge eingeblasen. Daher erhitzt der innen gelegene Wärmetauscher 30 zuerst die Luft auf eine bestimmte Temperatur, und dann erhitzt der zweite innen gelegene Wärmetauscher 31 die Luft ausreichend. Im Heizbetrieb wird die in den Fahrgastraum einzublasende Luft sowohl im innen gelegenen Wärmetauscher 30 als auch im zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 erhitzt.
Das Hochdruck-Kühlmittel, das vom innen gelegenen Wärmetauscher 31 aus strömt, wird durch die zweite veränderbare Drossel 92 iso-enthalpisch dekomprimiert und strömt in den außen gelegenen Wärmetauscher 30 durch den innen gelegenen Wärmetauscher 60 hindurch ein. Dann absorbiert das Kühlmittel, das im außen gelegenen Wärmetauscher 20 strömt, Wärme von der Außenluft, sodass das Kühlmittel im außen gelegenen Wärmetauscher 20 verdampft.
In diesem Fall führt, weil das Kühlmittel im Wesentlichen keine Temperaturdifferenz zwischen dem einlassseitigen Kühlmittel und dem auslassseitigen Kühlmittel des außen gelegenen Wärmetauschers 20 aufweist, der innere Wärmetauscher 60 im wesentlichen keinen Wärmeaustausch durch.
Weil der Druckverlust (Strömungswiderstand) an der Düse des Ejektors 40 extrem groß genug ist, strömt das Kühlmittel, das von der zweiten veränderbaren Drossel 92 aus strömt, tatsächlich nicht in die Ejektordüse ein. In gleicher Weise strömt das Kühlmittel, das vom außen gelegenen Wärmetauscher 20 aus zum Ejektor 40 hin strömt, tatsächlich nicht umgekehrt und nicht in die zweite veränderbare Drossel 92 ein.
Als Folge wird Hochtemperatur-Luft, die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 und im zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 erhitzt worden ist, in den Fahrgastraum eingeführt.

3. Entfeuchtungs- und Heizbetrieb

Das Schaltventil 96 wird zu der in Fig. 8 mit einer ausgezogenen Linie dargestellten Position eingestellt. Die erste veränderbare Drossel 91 drosselt den Öffnungsgrad, und die zweite veränderbare Drossel 92 wird vollständig geöffnet. Dann wird der Kompressor 10 in Betrieb genommen.
Das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel läuft durch den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31, die erste veränderbare Drossel 91, das Schaltventil 97, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, die zweite veränderbare Drossel 92, den inneren Wärmetauscher 60, den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 in dieser Reihenfolge um. Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb wird in gleicher Weise wie im Heizbetrieb der Ejektor 40 im Allgemeinen als Kühlmittelkanal verwendet. Daher arbeitet der Ejektor 40 nicht als Dekompressionseinrichtung oder Pumpe.
Das Hochtemperatur-Kühlmittel, das vom Kompressor 10 aus abgegeben wird, wird in den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 eingeführt, sodass die Luft, die durch den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 hindurchtritt, durch das Hochtemperatur-Kühlmittel, das vom Kompressor 10 abgegeben wird, im zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 als Wärmequelle erhitzt wird.
Dann strömt das Kühlmittel durch die erste veränderbare Drossel 91 und wird an der ersten veränderbaren Drossel 91 dekomprimiert. Danach strömt das dekomprimierte Kühlmittel in den innen gelegenen Wärmetauscher 30 ein. Das Kühlmittel, das in den innen gelegenen Wärmetauscher 30 einströmt, absorbiert Wärme aus der Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, sodass das Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher 30 verdampft. Durch das Absorbieren der Wärme der Luft wird die Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, auf den Taupunkt abgekühlt. Auf diese Weise kann in der Luft enthaltene Feuchtigkeit an der Oberfläche des innen gelegenen Wärmetauschers 30 kondensiert werden, und das kondensierte Wasser wird nach außenseitig der Klimatisierungsgehäuses 201 von einem Wasserabgabeanschluss (nicht dargestellt) aus abgegeben. Daher wird die Feuchtigkeit in der Luft aus der Luft beseitigt, sodass die Luft entfeuchtet und gekühlt wird.
Entsprechend entfeuchtet und kühlt der innen gelegene Wärmetauscher 30 die Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher 30 hindurchtritt, und erhitzt dann das Hochtemperatur-Kühlmittel im zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 die Luft, die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 entfeuchtet und gekühlt worden ist. Als Folge wird Hochtemperatur-Luft mit geringer Feuchtigkeit in den Fahrgastraum eingeführt.
Weiter kann bei dieser Ausführungsform die Fahrzeug-Klimaanlage verhindern, dass Fensterscheiben, beispielsweise die Windschutzscheibe, des Fahrzeugs beschlagen, und einen Beschlag sofort nach dem Blasen der Hochtemperatur- Luft sogar dann beseitigen, wenn die Windschutzscheibe des Fahrzeugs beschlagen ist, weil die Hochtemperatur-Luft mit geringer Feuchtigkeit, die in den Fahrgastraum eingeführt wird, den Beschlag beseitigt.
Ferner kann die Fahrzeugklimaanlage den Raum sofort unter Verwendung des vom Kompressor 10 aus abgegebenen Hochtemperatur-Kühlmittels sogar dann erwärmen, wenn das Motorkühlwasserkanal zum Kühlen des Motors 100 eine niedrige Temperatur aufweist, wie beispielsweise in dem Fall unmittelbar nach dem Anlassen des Motors.

Vierte Ausführungsform

Bei der vierten Ausführungsform ist der Heizbetrieb mit einem Wärmepumpen- Kühlzyklus, d. h. einer Luftheizfunktion infolge des innen gelegenen Wärmetauschers 30 von der Fahrzeug-Klimaanlage bei der ersten Ausführungsform beseitigt, sodass die Herstellungskosten der Fahrzeug-Klimaanlage bei der vierten Ausführungsform herabgesetzt sind. Jedoch kann der Heizbetrieb wie nachfolgend angegeben durchgeführt werden.
Insbesondere ist, wie in Fig. 9 dargestellt ist, das Schaltventil 98 an der Abgabeseite des Kompressors 10 angeordnet. Das Schaltventil 98 schaltet zwischen einem Fall, bei dem das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel in den Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 einströmt, und einem Fall, bei dem das Kühlmittel nicht in den Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 einströmt.
Im Kühlbetrieb läuft das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel durch das Schaltventil 98, den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Das Niederdruck-Kühlmittel läuft durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 hindurch in dieser Reihenfolge um.
Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb läuft das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel durch das Schaltventil 98, den Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70, den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Andererseits läuft das Niederdruck-Kühlmittel durch den Gas/Flüssigkeits- Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 hindurch in dieser Reihenfolge um.
Daher wird bei der vierten Ausführungsform im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb das Hochdruck-Kühlmittel mittels des Ejektors 40 dekomprimiert, während das gasförmige Kühlmittel vom innen gelegenen Wärmetauscher 30 aus in den Ejektor 40 eingesaugt wird. Entsprechend wird im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb Wasser, das in den Heizkern 80 einströmt, mittels des Wärmetauschers 70 ausreichend erhitzt. Daher wird im inneren Wärmetauscher 30 gekühlte und entfeuchtete Luft mittels des Heizkerns 80 ausreichend erhitzt, und kann der Vorteil wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden.

Fünfte Ausführungsform

Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der vierten Ausführungsform. Insbesondere ist der Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 in der Strömungsrichtung des Kühlmittels stromabwärts des außen gelegenen Wärmetauschers 20 angeordnet, wie in Fig. 10 dargestellt ist.
Im Kühlbetrieb läuft das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel durch den außen gelegenen Wärmetauscher 20, das Schaltventil 98, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Das Niederdruck-Kühlmittel läuft durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 hindurch in dieser Reihenfolge um.
Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb läuft das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel durch den außen gelegenen Wärmetauscher 20, das Schaltventil 98, den Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Das Niederdruck-Kühlmittel läuft durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits- Abscheider 50 hindurch in dieser Reihenfolge um.
Daher wird bei der fünften Ausführungsform im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb das Hochdruck-Kühlmittel mittels des Ejektors 40 dekomprimiert, während das gasförmige Kühlmittel vom innen gelegenen Wärmetauscher 30 aus in den Ejektor 40 eingesaugt wird. Entsprechend kann der Vorteil wie bei der vierten Ausführungsform erreicht werden.

Sechste Ausführungsform

Bei der sechsten Ausführungsform ist der Heizbetrieb mit einer Wärmepumpe, d. h. einer Luftheizfunktion infolge des innen gelegenen Wärmetauschers 30, von der Klimaanlage bei der dritten Ausführungsform beseitigt, sodass die Herstellungskosten der Fahrzeug-Klimaanlage bei der sechsten Ausführungsform herabgesetzt sind. Jedoch kann der Heizbetrieb wie nachfolgend angegeben durchgeführt werden.
Insbesondere ist, wie in Fig. 11 dargestellt ist, das Schaltventil 98 an der Abgabeseite des Kompressors 10 angeordnet. Das Schaltventil 98 schaltet zwischen einem Fall, bei dem das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel in den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 einströmt, und einem Fall, bei dem das Kühlmittel nicht in den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 einströmt.
Im Kühlbetrieb läuft das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel durch das Schaltventil 98, den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 hindurch in dieser Reihenfolge um. Das Niederdruck-Kühlmittel läuft durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 hindurch in dieser Reihenfolge um.
Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb läuft das vom Kompressor 10 aus abgegebene Kühlmittel durch den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 hindurch um, indem das Schaltventil 98 geschaltet wird. Danach läuft das Kühlmittel vom zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 aus durch den außen gelegenen Wärmetauscher 20, den inneren Wärmetauscher 60, den Ejektor 40, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den inneren Wärmetauscher 60 und den Kompressor 10 in dieser Reihenfolge um. Das Niederdruck-Kühlmittel läuft durch den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50, den innen gelegenen Wärmetauscher 30, den Ejektor 40 und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider 50 hindurch in dieser Reihenfolge um.
Daher wird bei der sechsten Ausführungsform im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb das Hochdruck-Kühlmittel mittels des Ejektors 40 dekomprimiert, während das gasförmige Kühlmittel vom innen gelegenen Wärmetauscher 30 aus in den Ejektor 40 eingesaugt wird. Entsprechend kann im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb Luft, die im innen gelegenen Wärmetauscher 30 entfeuchtet und gekühlt worden ist, mittels sowohl des Heizkerns 80 als auch des zweiten innen gelegenen Wärmetauschers 31 erhitzt werden. Daher kann der Vorteil wie bei der dritten Ausführungsform erreicht werden.

Siebte Ausführungsform

Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der oben angegebenen sechsten Ausführungsform. Insbesondere wird ein Teil des vom Kompressor 10 aus abgegebenen Kühlmittels am Schaltventil 98 abgezweigt, und strömt dieser Teil in den zweiten innen gelegenen Wärmetauscher 31 ein, wie in Fig. 12 dargestellt ist. Danach vereinigen sich dieser Teil des Kühlmittels und der andere Teil des Kühlmittels, der am Schaltventil 98 abgezweigt worden ist, an der Auslassseite des außen gelegenen Wärmetauschers 20.
Obwohl das System der siebten Ausführungsform modifiziert ist, ist die Arbeitsweise des Systems der siebten Ausführungsform gleich derjenigen der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform (d. h. gleich derjenigen der dritten Ausführungsform), und kann der Vorteil wie bei der dritten Ausführungsform erreicht werden.

Weitere Ausführungsformen

Obwohl der Dampfkompressions-Kühlzyklus ein Kühlzyklus mit einer Ejektor- Dekompressionseinrichtung bei den obigen Ausführungsformen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung dieses Kühlzyklus beschränkt. Ein Kapillarröhrchen, eine nicht-veränderbare Drossel oder ein temperaturbetätigtes Expansionsventil können als Dekompressionseinrichtung bei dem Dampfkompressions-Kühlzyklus verwendet werden.
Bei den obigen Ausführungsformen wird Kohlenstoffdioxid als Kühlmittel verwendet, sodass der Kühlmitteldruck auf der Hochdruckseite gleich dem kritischen Druck des Kühlmittels oder höher als dieser ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung dieses Kühlmittels beschränkt. Beispielsweise kann Fluorkohlenstoff als Kühlmittel verwendet werden, sodass der Kühlmitteldruck auf der Hochdruckseite gleich dem kritischen Druck des Kühlmittels oder niedriger als dieser ist.
Obwohl bei den obigen Ausführungen Wasser im Wasser/Kühlmittel-Wärmetauscher 70 verwendet wird, kann ein anderes Fluid anstelle von Wasser verwendet werden, sodass ein Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher anstelle des Wasser/Kühlmittel-Wärmetauschers 70 verwendet wird. Weiter kann ein anderes Fluid zum Erhitzen von Luft durch den Heizkern 80 hindurch strömen.
Obwohl die Klimaanlage keine Luftmischklappe aufweist, die das Volumen eines Luftstroms (d. h. das Volumen eines kühlenden Luftstroms) im Wege einer Bypassumgehung des Heizkerns 80 und des zweiten innen gelegenen Wärmetauschers 31 regelt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Verwendung ohne Luftmischklappe beschränkt. In diesem Fall regelt beispielsweise im Kühlbetrieb die Luftmischklappe die Temperatur der in den Fahrgastraum einzublasenden Luft.
Obwohl bei den obigen Ausführungsformen ein Kompressor mit veränderbarer Verdrängung verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung dieses Kompressors mit veränderbarer Verdrängung beschränkt. Es kann ein Elektrokompressor mit veränderbar Umlaufbewegung verwendet werden, sodass der Kompressor eine Veränderung der Klimatisierungslast durch Regelung der Drehzahl in veränderlicher Weise absorbiert.
Obwohl bei den obigen Ausführungsformen ein Kompressor mit veränderbarer Verdrängung verwendet wird, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung dieses Kompressors mit veränderbarer Verdrängung beschränkt. Es kann ein Kompressor mit festgelegter Kapazität verwendet werden.
Diese Änderungen und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gemäß deren Definition durch die beigefügten Ansprüche liegend zu verstehen.

Claims

1. Klimaanlage für einen Raum, umfassend:
einen Kompressor (10) zum Komprimieren und Abgeben eines Kühlmittels;
einen außen gelegenen Wärmetauscher (20) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und Außenluft außerhalb des Raums;
einen innen gelegenen Wärmetauscher (30) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel und in den Raum einzublasender Luft;
einen Ejektor (40) zur Dekomprimierung des vom Kompressor aus abgegebenen Kühlmittels, wobei gasförmiges Kühlmittel von einem innen gelegenen Wärmetauscher oder einem außen gelegenen Wärmetauscher aus angesaugt wird, und zur Umwandlung von Expansionsenergie in Druckenergie, um den Druck des zum Kompressor hin anzusaugenden Kühlmittels zu erhöhen; und
einen Heizkern (80) zum Erhitzen von in den Raum einzublasender Luft unter Verwendung eines Fluids, das dort strömt, als Heizquelle; und
einen Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher (70) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem vom Kompressor aus abgegebenen Kühlmittel und dem zum Heizkern hin zu führenden Fluid,
wobei dann, wenn das Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher zur Kühlung der Luft, die durch den innen gelegenen Wärmetauscher hindurchtritt, verdampft wird, das Kühlmittel im Ejektor dekomprimiert wird.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, weiter umfassend:
einen Gas/Flüssigkeits-Abscheider (50) zum Aufteilen des Kühlmittels in gasförmiges Kühlmittel und in flüssiges Kühlmittel; und
eine Schalteinheit (98) zur Änderung Kühlmittelstroms, um zwischen einer ersten Betriebsart, bei der Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft, während das vom Kompressor aus abgegebene Hochtemperatur-Kühlmittel den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher im Bypass umgeht, und einer zweiten Betriebsart zu schalten, bei der Kühlmittel im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft, während das vom Kompressor aus abgegebenen Kühlmittel durch den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher hindurch strömt, um das Fluid zu erhitzen, wobei:
in sowohl der ersten Betriebsart und als auch der zweiten Betriebsart der Ejektor das vom Kompressor aus abgegebene Kühlmittel dekomprimiert, während im innen gelegenen Wärmetauscher verdampftes gasförmiges Kühlmittel angesaugt wird; und
in der zweiten Betriebsart vom Kompressor aus abgegebenes Kühlmittel durch den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher, den außen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider und den Kompressor hindurch in dieser Reihenfolge umläuft, während Kühlmittel im Gas/Flüssigkeits-Abscheider durch den innen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider hindurch in dieser Reihenfolge umläuft.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, weiter umfassend:
eine erste und eine zweite Drossel (91, 92) zur Dekomprimierung des Kühlmittels im Wesentlichen iso-enthalpisch,
eine Schalteinheit (96) zur Änderung eines Kühlmittelstroms, um zwischen einer ersten Betriebsart, bei der der Raum gekühlt wird, einer zweiten Betriebsart, bei der der Raum entfeuchtet wird, während er erwärmt wird, und einer dritten Betriebsart, bei der der Raum erwärmt wird, zu schalten, wobei:
in der ersten Betriebsart das Kühlmittel nach dessen Dekomprimierung im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft, um Luft, die durch dort hindurchtritt, zu kühlen, und vom Kompressor aus abgegebenes Hochdruck-Kühlmittel im Ejektor dekomprimiert wird, während gasförmiges Kühlmittel vom innen gelegenen Wärmetauscher aus angesaugt wird;
in der zweiten Betriebsart das Kühlmittel nach dessen Dekomprimierung im innen gelegenen Wärmetauscher verdampft, um Luft, die dort hindurchtritt, zu kühlen und zu entfeuchten, und das vom Kompressor aus abgegebene Hochdruck-Kühlmittel mittels der ersten Drossel (91) dekomprimiert wird; und
in der dritten Betriebsart Hochtemperatur-Kühlmittel vor dessen Dekomprimierung in den inneren Wärmetauscher zur Erhitzung von Luft, die dort hindurchströmt, eintritt und Hochdruck-Kühlmittel in der zweiten Drossel (92) dekomprimiert wird.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3 weiter umfassend:
einen Gas/Flüssigkeits-Abscheider (50) zum Aufteilen des Kühlmittels in gasförmiges Kühlmittel und in flüssiges Kühlmittel, wobei:
in der ersten Betriebsart vom Kompressor aus abgegebenes Kühlmittel durch den außen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor, den Gas/Flüssigkeits- Abscheider und den Kompressor hindurch in dieser Reihenfolge strömt, während das flüssige Kühlmittel im Gas/Flüssigkeits-Abscheider durch den innen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor und den Gas/Flüssigkeits-Abscheider hindurch in dieser Reihenfolge umläuft;
in der zweiten Betriebsart vom Kompressor aus abgegebenes Kühlmittel durch den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher, die erste Drossel (91), den innen gelegenen Wärmetauscher, die zweite Drossel (92), den außen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider und den Kompressor hindurch in dieser Reihenfolge umläuft, während Kühlmittel ausschließlich durch die zweite Drossel und den Ejektor ohne Dekomprimierung hindurchtritt; und
in der dritten Betriebsart vom Kompressor aus abgegebenes Kühlmittel durch den Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher, die erste Drossel, den innen gelegenen Wärmetauscher, die zweite Drossel, den außen gelegenen Wärmetauscher, den Ejektor, den Gas/Flüssigkeits-Abscheider und den Kompressor hindurch in dieser Reihenfolge umläuft, während das Kühlmittel ausschließlich durch die erste Drossel und den Ejektor ohne Dekomprimierung hindurchtritt.

5. Klimaanlage nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, weiter umfassend:
ein Klimatisierungsgehäuse (201) zur Bildung eines Luftkanals, durch den hindurch Luft in den Raum einströmt, wobei das Klimatisierungsgehäuse in Hinblick auf die Unterbringung des innen gelegenen Wärmetauschers angeordnet ist, wobei:
der Heizkern im Klimatisierungsgehäuse in der Strömungsrichtung der Luft stromabwärts des innen gelegenen Wärmetauschers angeordnet ist, und
der Fluid/Kühlmittel-Wärmetauscher außenseitig des Klimatisierungsgehäuses angeordnet ist.

6. Klimaanlage nach irgendeinem der Ansprüche 1-5, wobei das vom Kompressor (10) aus abgegebene Kühlmittel einen Druck gleich dem kritischen Druck des Kühlmittels oder höher als dieser aufweist.

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, wobei das Kühlmittel Kohlenstoffdioxid ist.

8. Klimaanlage nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das vom Kompressor (10) aus abgegebene Kühlmittel einen Druck niedriger als der kritische Druck des Kühlmittels aufweist.

9. Klimaanlage nach Anspruch 8, wobei das Kühlmittel Fluorkohlenstoff ist.