DE102005007322A1 - Fahrzeug-Klimatisierungssystem - Google Patents

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coolant
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Satoshi Kariya Itoh
Yoshitaka Kariya Tomatsu
Kuroda Kariya Yasutaka
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Denso Corp
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Abstract

Ein Fahrzeug-Klimatisierungssystem weist einen primären Heißwasserkreislauf 11 auf, welcher auf einer Seite angeordnet ist, an welcher ein im Fahrzeug angebauter Wärmeerzeuger 10 angeordnet ist, und einen sekundären Heißwasserkreislauf 13, welcher einen Heißwassertyp-Heizkern 12 zum Heizen von Passagier-Abteil-Auslassluft enthält, wodurch in einer Heizbetriebsart in dem Fall, dass eine Kühlmitteltemperatur TW1 des primären Heißwasserkreislaufs niedriger als eine Kühlmitteltemperatur TW2 des sekundären Heißwasserkreislaufs 13 ist, ein öffnendes und schließendes Ventil 26 geschlossen wird, wohingegen ein öffnendes und schließendes Ventil 23 geöffnet wird, so dass ein Zustand bewirkt wird, in welchem die Heißwasserkreisläufe 11, 13 voneinander getrennt werden. Andererseits wird in dem Fall, dass die Kühlmitteltemperatur TW1 des primären Heißwasserkreislaufs höher als die Kühltemperatur TW2 des sekundären Heißwasserkreislaufs 13 wird, das öffnende und schließende Ventil 26 geöffnet, wohingegen das öffende und schließende Ventil 23 geschlossen wird, so dass ein Zustand bewirkt wird, in welchem die Heißwasserkreisläufe 11, 13 miteinander verbunden sind.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug-Klimatisierungssystem mit einem Heißwassertyp-Heizkern zum Heizen von Luft unter Verwendung von Heißwasser als eine Wärmequelle und einem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher zum Heizen von Heißwasser unter Verwendung eines Kältemittels, welches aus einem Kompressor in einem Kälteerzeugungskreis als eine Wärmequelle abgegeben wird, und bezieht sich insbesondere auf ein Fahrzeug-Klimatisierungssystem, welches wirksam ist, wenn es auf Fahrzeuge mit einer darin eingebauten Brennstoffzelle, Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge angewandt wird, in welchen weniger Abwärme von der darin eingebauten (Verbrennungs-) Maschine erzeugt wird.
  • Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11-208250 offenbart einen Heißwasserkreislauf-Aufbau für ein konventionelles Fahrzeug-Klimatisierungssystem mit einem Heißwassertyp-Heizkern zum Heizen von Luft unter Verwendung von Heißwasser (Kühlmittel) aus einer in einem Fahrzeug eingebauten (Verbrennungs-) Maschine als Wärmequelle, wobei dieser Heißwasserkreislauf-Aufbau die Heizleistung innerhalb eines Passagier-Abteils erhöht, bevor die Maschine aufgewärmt ist.
  • Bei dieser verwandten Technik ist eine Bypass-Leitung vorgesehen, um eine Heißwasser-Einlassleitung an einer Heißwasser-Auslassleitung des Heißwassertyp-Heizkerns anzuschließen, und öffnende und schließende Ventile sind an Orten entlang der Heißwasser-Einlassleitung und der Heißwasser-Auslassleitung jeweils angeordnet, welche der Motorseite näher sind als der Anschlussabschnitt der Bypass-Leitung.
  • Durch Schließen der öffnenden und schließenden Ventile wird deshalb ein lokal geschlossener Kreis an einem Ort in der Umgebung des Heißwassertyp-Heizkerns durch den Heißwassertyp-Heizkern und die Bypass-Leitung ausgebildet. Ein Heißwasserheizer, welcher einen elektrischen Heizer und eine elektrische Pumpe verwendet, sind in dem lokal geschlossenen Kreis vorgesehen.
  • Durch Anwenden dieses Aufbaus werden, bevor der Motor des Fahrzeugs aufgewärmt ist, beide öffnenden und schließenden Ventile geschlossen, die elektrische Pumpe in Betrieb gesetzt und die elektrische Heizung mit Energie versorgt, so dass Wasser innerhalb des lokal geschlossenen Kreislaufs mittels des elektrischen Heizers erhitzt wird. Während dies erfolgt, steigt, da die elektrische Heizung nur eine kleine Menge von Wasser innerhalb des lokal geschlossenen Kreislaufs zu erhitzen hat, die Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur des Wassers erhöht wird, so dass die Heizleistung in dem Passagier-Abteil erhöht wird, bevor das Aufwärmen des Motors des Fahrzeugs abgeschlossen ist.
  • In der früheren Technik wird, während die Wassermenge, welche durch die elektrische Heizung zu erhitzen ist, begrenzt ist, da die spezifische Wärme von Wasser sehr hoch ist, Zeit benötigt, um Wasser auf eine vorbestimmte Temperatur mittels der elektrischen Heizung zu erhitzen, und die unmittelbare Wirksamkeit des Heizens des Innenraums des Passagier-Abteils ist unzureichend.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf die vorgenannten Situationen gemacht und es ist eine Aufgabe derselben, die unmittelbare Wirkung der Heizleistung in dem Passagier-Abteil zu steigern.
  • Insbesondere beabsichtigt die Erfindung eine unmittelbare Wirksamkeit der Heizleistung in dem Passagierabteil in einem Fahrzeug-Klimatisierungssystem zu steigern, welches in einem Kälteerzeugungskreis einen Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher enthält, welcher einen Wärmetausch zwischen einem Kühlmittel eines Wärmeerzeugers, der in dem Fahrzeug eingebaut ist, und einem Hochdruck-Kältemittel implementiert, und einen Wärmetauscher in einem Passagier-Abteil enthält, welcher in das Passagier-Abteil auszulassende Luft mit dem Hochdruck-Kältemittel heizt, und in welchem in das Passagier-Abteil auszulassende Luft auch durch einen Heißwassertyp-Heizkern geheizt werden kann, in welchem dem Kühlmittel der Wärmequelle es ermöglicht ist, einzuströmen.
  • Es ist zu bemerken, dass der in dem Fahrzeug eingebaute Wärmeerzeuger ein Wärmeerzeuger wie eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischem Strom bzw. elektrischer Leistung bedeutet, welche einem Fahrzeug-Antriebsmotor, einem Antriebsmotor eines Elektrofahrzeugs und einer Antriebs-(Verbrennungs) Maschine eines Hybridfahrzeugs hinzugefügt ist, welcher bzw. welche in dem Fahrzeug eingebaut ist und durch Kühlmittel gekühlt wird.
  • Mit Blick auf das Erzielen der Aufgabe ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug-Klimatisierungssystem bereitgestellt, enthaltend:
    ein primärer Heißwasserkreislauf (11), welcher einen Wärmeerzeuger (10) enthält, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, und durch welchen ein Kühlmittel strömt, welches den Wärmeerzeuger (10) kühlt;
    einen sekundären Heißwasserkreislauf (13), welcher einen Heißwassertyp-Heizkern (12) enthält, welcher Passagier-Abteil-Auslassluft erhitzt und in welchem das Kühlmittel durch den Heißwassertyp-Heizkern strömt;
    Ventilmittel (23, 26), welches geeignet ist, zwischen einem Absperrzustand, in welchem die Ventileinrichtungen den primären Heißwasserkreislauf (11) von dem sekundären Heißwasserkreislauf (13) absperren, und einem Verbindungszustand, in welchem die Ventileinrichtungen den primären Heißwasserkreislauf (11) mit dem sekundären Heißwasserkreislauf (13) verbinden, umzuschalten;
    einen Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20), welcher auf einer Abgabeseite eines Kompressors entlang eines Kälteerzeugungskreislaufs (R) zum Heizen des Kühlmittels in dem sekundären Heißwasserkreislauf (13) auf Grund von Wärmeabgabe eines Hochdruckkältemittels auf der Abgabeseite des Kompressors vorgesehen ist; und
    ein primäres Steuermittel (S330 bis S360) zum Steuern des Ventilmittels (23, 26) durch Vergleichen einer Kühltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs (11) mit einer Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13); wobei
    das primäre Steuermittel (S330 bis S360) derart steuert, dass die Ventilmittel (23, 26) in den Absperrzustand gebracht werden, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs (11) niedriger als die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) ist, wohingegen dann, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs (11) höher als die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) wird, die Ventilmittel (23, 26) in den Verbindungszustand gebracht werden.
  • Gemäß diesem Aufbau wird in einem Anfangsstadium des Startens des Motors, in welchem die Kühlmitteltemperatur auf der Seite des Wärmeerzeugers (10) niedrig ist, der sekundäre Heißwasserkreislauf (13) mit dem Heißwassertyp-Heizkern (12) von dem primären Heißwasserkreislauf (11) auf der Seite des Wärmeerzeugers (10) abgetrennt, so dass nur eine kleine Menge von Kühlmittel auf der Seite des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) durch den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) des Kältemittelkreises (R) geheizt wird.
  • Die Heizeinrichtung zum Heizen des Kühlmittels ist mit dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) des Kälteerzeugungskreises (R) gebildet, das Kühlmittel kann darüber hinaus unter Verwendung von sowohl einer Wärmemenge erhitzt werden, welche der Kompressions-Arbeit des Kompressors entspricht, als auch einer Wärmemenge, welche durch einen äußeren Wärmetauscher (18) absorbiert wird. Infolge davon kann die Heizfähigkeit von Kühlmittel erhöht werden, wenn dies mit dem Fall der zuvor genannten japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung verglichen wird, nach welcher das Kühlmittel durch die elektrische Heizung erhitzt wird.
  • Wenn diese Tatsachen miteinander verkoppelt werden, kann die Erhöhung der Kühlmitteltemperatur in dem sekundären Heißwasserkreislauf (13) unterstützt werden. Als ein Ergebnis kann ein Zustand, in welchem eine Lufterhitzungsfunktion durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) dargestellt werden kann, früher bewirkt werden, wodurch es ermöglicht wird, die unmittelbare Heizleistungswirksamkeit in dem anfänglichen Stadium des Startens des Wärmeerzeugers (10) zu steigern, welcher in dem Fahrzeug eingebaut ist.
  • In der vorliegenden Erfindung stellt das primäre Steuermittel (S330 bis S360) als eine Bestimmungstemperatur eine vorbestimmte niedrige Temperatur ein, bei welcher das Aufwärmen des Wärmeerzeugers (10) nötig ist, wodurch, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreises (11) niedriger als die vorbestimmte niedrige Temperatur ist, die Ventilmittel (23, 26) dahingehend gesteuert werden, zwangsweise in den Verbindungszustand gebracht zu werden.
  • Gemäß diesem Aufbau kann, selbst in dem Fall, dass die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs (11) niedriger als die Kühlmitteltempe ratur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) ist, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs (11) auf der Seite des Wärmeerzeugers (10) niedriger als die vorbestimmte niedrige Temperatur ist, der primäre Heißwasserkreislauf (11) und der sekundäre Heißwasserkreislauf (13) in jedem Fall miteinander in Verbindung gebracht werden.
  • In diesem Zustand, in welchem die zwei Heißwasserkreisläufe in Verbindung miteinander stehen, strömt das Kühlmittel vollständig durch beide Heißwasserkreisläufe (11, 13), und da das Kühlmittel durch Abwärme aus dem Wärmeerzeuger (10) erhitzt wird und Wärme aus dem Hochdruckkältemittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) abgegeben wird, kann die Steigerung der Kühlmitteltemperatur (TW1) in dem Wärmeerzeuger (10) unterstützt werden, um so das Aufwärmen des Wärmeerzeugers (10) bei der Inbetriebnahme in einem Zustand niedriger Temperatur zu unterstützen.
  • In der vorliegenden Erfindung enthält das Fahrzeug-Klimatisierungssystem des Weiteren einen inneren Wärmetauscher (31), welcher an einer stromabwärtigen Seite eines Kältemittelstroms in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) zum Heizen der Passagier-Abteil-Auslassluft durch den Wärmeübertrag von dem Hochdruck-Kältemittel beim Heizbetrieb angeschlossen ist.
  • Gemäß diesem Aufbau kann die Passagier-Abteil-Auslassluft direkt durch den inneren Wärmetauscher (31) des Kälteerzeugungskreises (R) im Heizbetrieb geheizt werden, während nur das Kühlmittel in dem sekundären Heißwasserkreislauf (13) durch den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) geheizt wird.
  • Da die thermische Kapazität des inneren Wärmetauschers (31) weitaus kleiner ist als die des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers (20), kann hier die Temperatur des inneren Wärmetauschers (31) nach der Inbetriebnahme des Kälteerzeugungskreises (R) schnell erhöht werden. Infolge hiervon kann die Passagier-Abteil-Auslassluft durch den inneren Wärmetauscher (31) unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Kältemittelkreises geheizt werden, wodurch es ermöglicht wird, die Temperatur der Passagier-Abteil-Auslassluft zu steigern.
  • Demzufolge kann die Heizwirksamkeit in dem Anfangsstadium des Inbetriebnehmens des Wärmeerzeugers (10), welcher in dem Fahrzeug eingebaut ist, weiter gesteigert werden.
  • Zusätzlich kann, da der innere Wärmetauscher (31) dahingehend konstruiert ist, im Heizbetrieb an der stromabwärtigen Seite in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) angeschlossen zu sein, der innere Wärmetauscher (31) als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf einer Niedrigdruckseite des Kreises verwendet werden, während der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) als ein Wärmetauscher auf einer Hochdruckseite des Kreises arbeitender beibehalten wird.
  • In der vorliegenden Erfindung ist der innere Wärmetauscher (31) auf einer stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns (12) in einem Durchtrittsweg von Passagier-Abteil-Auslassluft angeordnet,
    sind Bypass-Durchtrittswege (39a, 39b), welche den Heißwassertyp-Heizkern (12) und Klappenmittel (40a, 40b), die einen Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns (12) öffnen und schließen, im Sinne eines Bypasses umgehen, in dem Durchtrittsweg der Passagier-Abteil-Auslassluft angeordnet, und
    ist ferner ein sekundäres Steuermittel (S300 bis S320) zum Steuern der Klappenmittel (40a, 40b) durch Vergleich einer Lufttemperatur (TE), welche nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher (31) resultiert, mit der Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) vorgesehen, wodurch, wenn die Heizbetriebsart vorliegt, das sekundäre Steuermittel (S300 bis S320) dahingehend steuert, dass die Klappenmittel (40a, 40b) in Positionen angeordnet werden, in welchen die Klappeneinrichtungen vollständig den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns (12) schließen, wenn die Lufttemperatur (TE), welche nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher (31) resultiert, höher als die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) ist, wohingegen dann, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heiß wasserkreislaufs (13) höher als die Lufttemperatur (TE) ist, welche nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher (31) resultiert, die Klappenmittel (40a, 40b) bei Positionen angeordnet werden, in welchen die Klappeneinrichtungen den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns (12) öffnen.
  • Gemäß dem Aufbau kann, da der Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns (12) vollständig durch die Klappenmittel (40a, 40b) geschlossen ist, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) niedriger als die Auslasstemperatur (TE) ist, welche unmittelbar nach dem Durchtritt durch den im Abteil vorgesehenen Wärmetauscher (31) resultiert, der Nachteil verhindert werden, dass die Wärmemenge, welche durch die durch den inneren Wärmetauscher (31) gehaltene Luft durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) absorbiert wird. Demzufolge kann das Innere des Passagier-Abteils unmittelbar in wirksamer Weise durch wirksame Verwendung der Luft geheizt werden, welche durch den inneren Wärmetauscher (31) geheizt wurde.
  • Zusätzlich wird durch vollständiges Schließen des Luftdurchtrittsweges des Heißwassertyp-Heizkerns (12) durch die Klappenmittel (40a, 40b) das Kühlmittel auf der Seite des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) daran gehindert, seine Wärme auf die Seite der Luft durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) abzugeben, wodurch es ermöglicht wird, die Steigerung hinsichtlich der Temperatur des Kühlmittels auf der Seite des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) zu unterstützen. Dies löst [bzw. unterstützt] den Anstieg der Heizarbeit durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) aus.
  • Da andererseits die Klappenmittel (40a, 40b) dahingehend gesteuert werden, bei den Positionen angeordnet zu werden, in welchen sie den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns (12) schließen, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs (13) höher als die Lufttemperatur (TE) wird, welche nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher (31) resultiert, kann die durch den Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher (31) geheizte Luft erneut durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) geheizt werden. Demzufolge kann die Heizleistung in dem Passagier-Abteil in Kombination des inneren Wärmetauschers (31) und des Heißwassertyp-Heizkerns (12) dargestellt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung enthält der Kälteerzeugungskreis (R) eine Heizbetriebsart, eine Kühlbetriebsart, welche dem inneren Wärmetauscher (31) ermöglicht, als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf einer Niedrigdruckseite desselben zu arbeiten, und eine Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart, welche dem inneren Wärmetauscher (31) ermöglicht, als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf der Niedrigdruckseite desselben zu arbeiten, und in welchem Kühlluft des inneren Wärmetauschers (31) durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) in der Weise geheizt wird, dass die Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart umgeschaltet werden.
  • Gemäß dem Aufbau kann zusätzlich zu der Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart in der Weise eingestellt werden, dass diese als Betriebsarten des Kältemittelkreises (R) umgeschaltet werden.
  • In der vorliegenden Erfindung enthält das Fahrzeug-Klimatisierungssystem einen inneren Wärmetauscher (31), welcher auf der Niedrigdruckseite des Kälteerzeugungskreises (R) zum Kühlen der Passagier-Abteil-Auslassluft durch Arbeiten als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf der Niedrigdruckseite im Kühlbetrieb vorgesehen ist, und ein Niedrigdruck-Kältemittel des Kälteerzeugungskreises (R) strömt unter Umgehung des inneren Wärmetauschers (31) im Heizbetrieb.
  • In dem Fall, dass der innere Wärmetauscher (31) auf der Niedrigdruckseite des Kälteerzeugungskreises (R) vorgesehen ist, um so nur als der Kältemittel-Wärmeabsorbierer zu funktionieren, wird somit, da kein Umschalten zwischen einer Wärmeabsorptionsarbeit und einer Wärmeabgabearbeit erfolgt, kondensiertes Wasser verdampft, wenn der innere Wärmetauscher (31) von diesem Wärme abgibt, wodurch der Nachteil des Beschlagens der Fahrzeugscheiben verhindert wird.
  • Da zusätzlich die Funktion der Wärmeabsorption des inneren Wärmetauschers (31) dadurch gestoppt werden kann, indem dem Niedrigdruck-Kältemittel ermöglicht wird, unter Umgehung des inneren Wärmetauschers (31) in der Heizbetriebsart zu strömen, kann ein unnötiger Luftkühlbetrieb durch den inneren Wärmetauscher (31) gestoppt werden, wodurch es ermöglicht wird, die Heizleistung gut durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) darzustellen.
  • In der vorliegenden Erfindung ist der innere Wärmetauscher (31) auf einer stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns (12) in einem Durchtrittsweg der Passagier-Abteil-Auslassluft angeordnet, und
    der Kälteerzeugungskreis (R) enthält die Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart, was es ermöglicht, dass der innere Wärmetauscher (31) als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf der Niedrigdruckseite davon arbeitet, und in welchem Kühlluft des inneren Wärmetauschers (31) durch den Heißwassertyp-Heizkern (12) in der Weise erhitzt wird, dass die Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart umgeschaltet werden.
  • Somit kann selbst in der Konstruktion, in welcher der innere Wärmetauscher (31) auf der Niedrigdruckseite des Kreises vorgesehen ist, die Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart dahingehend eingestellt werden, dass diese umgeschaltet wird.
  • In der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) an der stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns (12) in dem sekundären Heißwasserkreislauf (13) angeordnet.
  • Gemäß diesem Aufbau kann Heißwasser von hoher Temperatur, welche durch den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher (20) erhitzt wird, unmittelbar in den Heißwassertyp-Heizkern (12) eingeleitet werden. Demzufolge kann die Wärme des Hochtemperatur-Heißwassers, welches somit erhitzt wurde, wirksam zum Heizen des Inneren des Passagier-Abteils verwendet werden, ohne dass dieses an anderen Orten verschwendet wird.
  • In der vorliegenden Erfindung kann mit der Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel des Kälteerzeugungskreises (R) die Temperatur eines von dem Kompressor abgegebenen Kältemittels sehr viel höher gesteigert werden, wenn dies mit einem normalerweise verwendeten Fluorchlorkohlenwasserstoffsystem-Kältemittel verglichen wird, dies infolge der physikalischen Eigenschaften des Kohlendioxid-Kältemittels, wodurch es ermöglicht wird, die Heizleistung wirksam zu erhöhen.
  • In der vorliegenden Erfindung ist der Wärmeerzeuger insbesondere eine Brennstoffzelle (10).
  • Es ist zu bemerken, dass die in Klammern gesetzten Bezugsziffern nach den jeweiligen Bestandseinrichtungen derart sind, dass diese ein entsprechendes Verhältnis mit spezifischen Einrichtungen zeigen, welche in nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind.
  • Die vorliegende Erfindung kann aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, wie sie nachfolgend zusammen mit den begleitenden Zeichnungen ausgeführt wird, vollständiger verstanden werden.
    •
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen ist:
  • 1 ein Gesamt-Systemaufbaudiagramm gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welche einen Kälteerzeugungskreis, einen Heißwasserkreislauf und eine Innenluft-Klimatisierungseinheit enthält;
  • 2 ein Blockdiagramm einer elektrischen Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 3 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren des Bestimmens einer Kälteerzeugungskreis-Betriebsart gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
  • 4 ein Flussdiagramm, welches ein spezifisches Beispiel einer Heizbetriebsartsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
  • 5 ein Flussdiagramm, welches ein spezifisches Beispiel einer Heizbetriebsartsteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
  • 6 ein Gesamt-Systemaufbaudiagramm gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, welches einen Kälteerzeugungskreis, einen Heißwasserkreislauf und eine Innenabteil-Luftklimatisierungseinheit enthält; und
  • 7 ein Gesamt-Systemaufbaudiagramm gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, welches einen Kälteerzeugungskreis, einen Heißwasserkreislauf und eine Innenabteil-Luftklimatisierungseinheit enthält.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 ist ein Gesamt-Systemaufbaudiagramm enthaltend einen Kälteerzeugungskreis R, einen Heißwasserkreislauf und einen Abschnitt einer Innenluft-Klimatisierungseinheit. In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel dargestellt, in welchem eine Vorrichtung gemäß der Erfindung auf eine Brennstoffzelle angewandt wird, welche in einem Fahrzeug mit einer Brennstoffzelle (FC-Stapel) 10 eingebaut ist, welcher elektrische Leistung erzeugt, welche einem Fahrzeugantriebs-Elektromotor (nicht gezeigt) zugeführt wird. Wie allgemein bekannt, ist die Brennstoffzelle 10 von der Art, dass sie dahingehend funktioniert, elektrische Leistung durch eine chemische Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff zu erzeugen, und dass, wenn die Brennstoffzelle 10 elektrische Leistung erzeugt, Wärme zusammen mit elektrischer Energie erzeugt wird. Um unter effizienter Verwendung der Brennstoffzelle 10 elektrische Leistung zu erzeugen, muss die Brennstoffzelle 10 gekühlt werden, um so in einem zweckmäßigen Temperaturbereich (beispielsweise in der Größenordnung von 60 bis 80 °C) gehalten zu werden. Um dies erfolgen zu lassen, ist in dieser Ausführungsform die Brennstoffzelle 10 entlang eines Heißwasser-(Kühlmittel)-Kreislaufs vorgesehen, durch welchen Kühlmittel zirkuliert, um so durch das Kühlmittel gekühlt zu werden.
  • Dahingegen wird, wenn die Temperatur niedrig ist, die Brennstoffzelle 10 durch das Kühlmittel in dem Heißwasserkreislauf derart erhitzt, dass die Temperatur der Brennstoffzelle 10 schnell auf einen effizienten und zweckmäßigen Temperaturbereich erhöht werden kann.
  • Der Heißwasserkreislauf ist, um genau zu sein, aus einem primären Heißwasserkreislauf 11 auf einer Seite, welche auf die Seite der Brennstoffzelle 10 weist, und einem sekundären Heißwasserkreislauf 13 auf einer Seite aufgebaut, welcher auf einen Heißwassertyp-Heizkern 12 zum Heizen des Inneren eines Passagier-Abteils eines Fahrzeugs weist.
  • Der primäre Heißwasserkreislauf 11 ist aus der Brennstoffzelle 10, einer elektrischen Wasserpumpe 14, einem Radiator 15, einem Thermostat 16 und einem Radiator-Bypass-Durchtritt 17 gebildet. Wie allgemein bekannt, ist das Thermostat 16 von der Art, dass dieses einen Durchtrittsweg auf der Seite des Radiators 15 unter Verwendung einer Änderung des Volumens öffnet und schließt, welche durch die Temperatur von Thermowachs ausgelöst wird. Der Radiator-Bypass-Durchtrittsweg 17 wird aus einem Drosseldurchtrittsweg mit einem hohen Druckverlust aufgebaut und ist normalerweise geöffnet.
  • Da das Thermostat 16 den Durchtrittsweg auf der Seite des Radiators 15 schließt, wenn die Temperatur von Kühlmittel niedrig ist, strömt Kühlmittel in dem primären Heißwasserkreislauf 11 durch den Radiator-Bypass-Durchtrittsweg 17. Dahingegen öffnet das Thermostat 16 den Durchtrittsweg auf der Seite des Radiators 15, wenn die Temperatur von Kühlmittel auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise in den Bereich von 80 °C) oder höher erhöht ist. Da der Durchtrittsweg auf der Seite des Radiators 15 einen niedrigeren Druckverlust als der des Radiator-Bypass-Durchtrittswegs 17 aufweist, strömt das meiste Kühlmittel in dem primären Heißwasserkreislauf 11 durch den Durchtrittsweg auf der Seite des Radiators 15, wodurch das so strömende Kühlmittel durch den Radiator 15 gekühlt wird.
  • Der Radiator 15 ist auf einer stromabwärtigen Seite einer Luftströmung in einem äußeren Wärmetauscher 18 angeordnet und leitet Wärme zu Kühlluft (Außenluft) a, welche durch einen elektrischen Kühllüfter 19 eingeleitet wird.
  • Der sekundäre Heißwasserkreislauf 13 ist aus dem Heißwassertyp-Heizkern 12 zum Heizen des Inneren des Passagier-Abteils, einem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 des Kälteerzeugungskreises R, einer elektrischen Wasserpumpe 21 und einem Brennstoffzellen-Bypass-Durchtrittsweg 22 gebildet, und ein öffnendes und schließendes Ventil 23, welches elektrisch dahingehend gesteuert wird, zu öffnen und zu schließen, ist entlang des Brennstoffzellen-Bypass-Durchtrittswegs 22 vorgesehen.
  • Es ist zu bemerken, dass der primäre Heißwasserkreislauf 11 und der sekundäre Heißwasserkreislauf 13 durch Kommunikations-Durchtrittswege 24, 25 aneinander angeschlossen sind. Ein öffnendes und schließendes Ventil 26, welches elektrisch dahingehend gesteuert wird, zu öffnen und zu schießen, ist in dem Kommunikationsdurchtrittsweg 24 vorgesehen, welches sich auf einer Kühlmittelauslassseite der Brennstoffzelle 10 befindet.
  • Zusätzlich zu dem äußeren Wärmetauscher 18 und dem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 20 sind entlang des Kälteerzeugungskreises R ein elektrischer Kompressor 27, ein Vierwegeventil 28, welches ein Kühlmittel-Strömungsteilerventil bildet, eine primäre Druckreduzierungseinrichtung 29, eine sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30, ein innerer Wärmetauscher 31, ein Innenwärmetauscher 32 und ein Akkumulator 33 vorgesehen, und der Kälteerzeugungskreis R wird durch diese Einrichtungen gebildet.
  • Der elektrische Kompressor 27 ist eine Pumpeneinrichtung zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels, und in dieser Ausführungsform wird als ein elektrischer Kompressor 27 ein Kompressor verwendet, in welchem dessen Drehzahl kontinuierlich durch Invertersteuerung gesteuert werden kann. Es ist zu bemerken, dass in dieser Ausführungsform Kohlendioxid (CO2) als ein Kältemittel für den Kälteerzeugungskreis R verwendet wird. Der Kälteerzeugungskreis, welcher Kohlendioxid als Kältemittel verwendet, bildet einen superkritischen Kreis, in welchem ein Hochdruck des Kreises (Kompressorabgabedruck) einen kritischen Druck oder einen höheren erreicht.
  • Der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 weist einen Hochdruck-Kältemitteldurchtrittsweg 20a auf, durch welchen ein Hochtemperatur-, Hochdruck-Kältemittel, welches aus dem Kompressor abgegeben wird, strömt, und einen Kühlmitteldurchtrittsweg 20b, durch welchen Kühlmittel in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 strömt, und wobei Wärmetausch zwischen dem aus dem Kompressor abgegebenen Kältemittel und den Kühlmittel durchgeführt wird, welche in entgegen gesetzte Richtung strömen.
  • Das Vierwegeventil 28 ist ein Tellerventil, in welchem in Übereinstimmung mit verschiedenen Betriebsarten mittels einer Ventileinrichtung, welche elektrisch gesteuert werden kann, ein Kältemittelstrom in Richtungen aufgeteilt wird, welche durch dicke weiße Pfeile und dicke schraffierte Pfeile angezeigt sind. Es ist zu bemerken, dass in 1 die dicken weißen Pfeile eine Strömung von Kältemittel anzeigen, wenn eine Kühlbetriebsart und eine primäre Entfeuchtungsbetriebsart mit einer niedrigen Auslasstemperatur, welche später beschrieben werden, vorliegt, wohingegen die dicken schraffierten Pfeile eine Kältemittelströmung anzeigen, wenn eine Heizbetriebsart und eine sekundäre Entfeuchtungsbetriebsart mit einer hohen Auslasstemperatur, welche ebenfalls später beschrieben werden, vorliegt.
  • Sowohl die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 als auch die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 sind variable Drosselmittel, welche elektrisch eine Kältemittel-Drosseldurchtrittsfläche regulieren können, und in dieser Ausführungsform werden die primären Druckreduzierungseinrichtung 29 und die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 jeweils aus einem elektrischen Expansionsventil gebildet. Dieses elektrische Expansionsventil ist derart konstruiert, dass die Drosselöffnung kontinuierlich durch einen elektrischen Aktuator von einem vollständig geöffneten Zustand, in welchem fast kein Druckverlust vorliegt, bis zu einer vorbestimmten Öffnung geändert werden kann, in welcher Kältemittel derart expandiert wird, dass dieses in seinem Druck reduziert wird.
  • Der Innenwärmetauscher 32 weist einen Hochdruck-Kältemittelströmungspfad 32a auf, durch welchen ein Hochdruck-Kältemittel strömt, wenn die Kühlbetriebsart und die primäre Entfeuchtungsbetriebsart mit einer niedrigen Auslasstemperatur vorliegt, in welchem Kältemittel in der Richtung strömt, welche durch die dicken weißen Pfeile gezeigt ist, und weist einen Niedrigdruck-Kältemittelströmungspfad 32b auf, durch welchen ein Niedrigdruck-Kältemittel auf einer Saugseite des elektrischen Kompressors 27 (ein angesaugtes Kältemittel) strömt, und ist von der Art, dass er einen Wärmetausch zwischen dem Hochdruck-Kältemittel und dem Niedrigdruck-Kältemittel ausführt, welche in einander entgegen gesetzter Richtung strömen.
  • Des Weiteren ist, wie allgemein bekannt, der Akkumulator bzw. Sammler 33 derart, dass ein Kältemittel in ein gasphasiges Kältemittel und ein flüssigphasiges Kältemittel getrennt wird, und ein überschüssiges bzw. zusätzliches Kältemittel als ein flüssigphasiges Kältemittel speichert, sowie er das gasphasige Kältemittel zu der Saugseite des elektrischen Kompressors 27 liefert.
  • Als nächstes wird der innere Abschnitt 35 der Luftklimatisierungseinheit des Fahrzeug-Luftklimatisierungssystems beschrieben. Dieser innere Abschnitt 35 der Luftklimatisierungseinheit ist in einem Innenabschnitt eines Armaturenbretts (nicht gezeigt) des Fahrzeugs angeordnet, welches sich an dem Vorderteil des Passagier-Abteils befindet. Der innere Abschnitt der Luftklimatisierungseinheit 35 weist ein Luftklimatisierungsgehäuse 36 auf, durch welches Luft zu dem Inneren des Passagier-Abteils strömt, und eine Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 37 ist an einem Ort des Luftklimatisierungsgehäuse 36 vorgesehen, welcher sich an einer obersten, stromaufwärtigen Seite der Luftströmung befindet, und wobei die Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 37 in das Luftklimatisierungsgehäuse 36 eingeleitete Luft zwischen Innenluft (Luft innerhalb des Passagier-Abteils) und Außenluft (Luft außerhalb des Passagier-Abteils) umschaltet. Diese Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 37 wird durch einen elektrischen Aktuator 37a unter Verwendung eines Motors geöffnet und geschlossen.
  • Ein inneres Gebläse 38 ist direkt stromabwärts der Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 37 zum Schicken von Luft in den Innenraum des Luftklimatisierungsgehäuses 36 angeordnet. Das innere Gebläse 38 ist ein elektrisches Gebläse, welches durch einen Motor 38a angetrieben wird.
  • Der innere Wärmetauscher 31 des Kälteerzeugungskreises R ist stromabwärts des inneren Gebläses 38 angeordnet. Luft, welche durch das innere Gebläse 38 geschickt wird, wird mittels des inneren Wärmetauschers 31 erhitzt oder gekühlt. Der vorgenannte Heißwassertyp-Heizkern 12 ist von der Art, dass dieser Auslassluft in das Passagier-Abteil oder Passagier-Abteil-Auslassluft unter Verwendung von Kühlmittel als eine Wärmequelle erhitzt und ist an einem zentralen Abschnitt eines Durchtrittsweges innerhalb des Luftklimatisierungsgehäuses 36 auf einer stromabwärtigen Seite einer Luftströmung angeordnet, welche durch den inneren Wärmetauscher 31 strömt.
  • Durch Anwendung dieser Konstruktion werden Bypass-Durchtrittswege 39a, 39b auf beiden Seiten des Heißwassertyp-Heizkerns 12 ausgebildet. Luftmischklappen 40a, 40b sind in den Bypass-Durchtrittswegen 39a, 39b jeweils derart angeordnet, dass diese in gegenseitiger Abhängigkeit stehen. Diese Luftmischklappen 40a, 40b sind Klappeneinrichtungen, welche einen Luftdurchtrittsweg (Kernoberfläche) des Heißwassertyp-Heizkerns 12 und die Bypass-Durchtrittswege 39a, 39b öffnen und schließen, und werden dahingehend betätigt, dass sich diese durch einen elektrischen Aktuator 40c drehen.
  • Während die Luftmischklappen 40a, 40b im Grunde dahingehend funktionieren, einen Luftstrom zwischen einem Luftstrom, welcher auf den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 gerichtet ist, und einen Luftstrom, welcher auf die Bypass-Durchtrittswege 39a, 39b gerichtet ist, umzuschalten, funktionieren darüber hinaus die Luftmischklappen 40a, 40b dahingehend, die Temperatur von in das Passagier-Abteil geblasener Luft zu regulieren, indem, von der Luft, welche durch den inneren Wärmetauscher 31 durchgetreten ist, ein Luftmengenverhältnis zwischen, heißer Luft, welche während des Durchtritts durch den Heißwassertyp-Heizkern 12 erhitzt wird, und kühler Luft, welche den Heißwassertyp-Heizkern 12 in einem spezifischen Zustand umgeht, reguliert wird, wie der Heizbetriebsart und der Entfeuchtungsbetriebsart, welche später beschrieben wird.
  • Die Mehrzahl von Auslassöffnungen (nicht gezeigt), durch welche klimatisierte Luft nach außen in das Passagier-Abteil ausgeblasen wird, sind stromabwärts des Heißwassertyp-Heizkerns 12 oder an einem Ort, welcher sich an der untersten stromabwärtigen Seite der Luftströmung befindet, welche durch das Luftklimatisierungsgehäuse 36 strömt, vorgesehen. Als die Mehrzahl von Auslassöffnungen sind Defrosteröffnungen, durch welche klimatisierte Luft auf eine innere Oberfläche eines Windschutzscheibenglases geblasen wird, Gesichtsöffnungen, durch welche klimatisierte Luft auf eine obere Hälfte des Körpers von Passagieren geblasen wird, und Fußöffnungen vorgesehen, durch welche klimatisierte Luft auf die Fußteile von Passagieren geblasen wird, und die Öffnungen werden durch nicht gezeigte Auslassbetriebsartklappen geöffnet und geschlossen.
  • Als nächstes wird eine Gruppe von Sensoren beschrieben, welche für automatische Luftklimatisierung in Übereinstimmung mit der Ausführungsform verwendet werden. Zunächst ist ein primärer Kühlmitteltemperatursensor 41 zum Erfassen der Temperatur von Auslasskühlmittel aus der Brennstoffzelle 10 an einem Kühlmittelauslassabschnitt der Brennstoffzelle 10 in dem primären Heißwasserkreislauf 11 vorgesehen. Zusätzlich ist ein sekundärer Kühlmittel-Temperatursensor 42 zum Erfassen der Temperatur von Einlasskühlmittel in den Heißwasserheizkern 12 an einem Kühlmitteleinlassabschnitt des Heißwassertyp-Heizkerns 12 in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 vorgesehen.
  • Als nächstes sind in dem Kälteerzeugungskreis R ein Kältemittel-Abgabedrucksensor 43 zum Erfassen eines Kältemittel-Abgabedrucks und ein Kältemittel-Abgabetemperatursensor 44 zum Erfassen einer Kältemittel-Abgabetemperatur auf der Abgabeseite des elektrischen Kompressors 27 vorgesehen. Ein Auslass-Kältemittel-Temperatursensor 45 zum Erfassen einer Auslass-Kältemittel-Temperatur ist an einem Auslassabschnitt des Hochdruck-Kältemittel-Durchtrittsweges 20a des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 vorgesehen. Ein Kältemittel-Zwischendrucksensor 46 ist an einem Auslassabschnitt der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 zum Erfassen des Drucks von Kältemittel vorgesehen, welches in seinem Druck durch die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 reduziert wurde, d.h. auf einen Kältemittelzwischendruck.
  • Ein Auslass-Kältemittel-Temperatursensor 47 ist an einem Ort vorgesehen, welcher einen Kältemittel-Auslassabschnitt des äußeren Wärmetauschers 18 bildet, um die Temperatur von Auslass-Kältemittel aus dem äußeren Wärmetauscher 18 in der Kältemittelströmung zu bestimmen, wenn die Kühlbetriebsart und die primäre Entfeuchtungsbetriebsart mit einer niedrigen Auslasstemperatur vorliegt. Ein Auslass-Kältemittel-Temperatursensor 48 ist an einem Ort vorgesehen, welcher einen Kältemittel-Auslassabschnitt des inneren Wärmetauschers 31 bildet, um die Temperatur von Auslass-Kältemittel von dem inneren Wärmetauscher 31 in der Kältemittelströmung zu bestimmen, wenn die Heizbetriebsart und die sekundäre Entfeuchtungsbetriebsart mit einer hohen Auslasstemperatur vorliegt.
  • Als nächstes sind in dem Passagier-Abteil ein Innenluft-Temperatursensor 51 zum Erfassen einer Temperatur (Innenlufttemperatur) in einem Passagier-Abteil, ein Sonnenlichtsensor 52 zum Erfassen der Sonnenlichtmenge und ein Feuchtigkeitssensor 53 zum Erfassen der Feuchtigkeit in einem Passagier-Abteil vorgesehen. Andererseits ist außerhalb des Passagier-Abteils, oder um genau zu sein, in der Umgebung eines stromaufwärtigen Abschnitts einer Luftströmung, welche durch den äußeren Wärmetauscher 18 strömt, ein Außenluft-Temperatursensor 54 zum Erfassen einer Außenlufttemperatur vorgesehen.
  • Als nächstes wird eine elektrische Steuereinheit in Übereinstimmung mit der Ausführungsform schematisch auf der Grundlage eines in 2 gezeigten Blockdiagramms beschrieben. Ein Luftklimatisierungs-Steuergerät 55 ist von der Art, dass dieses aus einem allgemein bekannten Mikrocomputer und seinen peripheren Schaltkreisen gebildet ist, und von der Art, dass ein Steuerprogramm für Luftklimatisierung in einem ROM gespeichert ist, wodurch verschiedene Berechnungen und Verarbeitungen auf der Grundlage des Steuerprogramms durchgeführt werden. Sensor-Erfassungssignale von der Gruppe von Sensoren 41 bis 54 und Betriebssignale von verschiedenen Betriebselementen 56a auf einem Luftklimatisierungs-Steuerpanel 56 werden in eine Eingabeseite des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 eingegeben.
  • Das Luftklimatisierungs-Steuerpanel 56 ist von der Art, dass dieses in der Um gebung eines Instrumentenpanels bzw. Armaturenbretts (nicht gezeigt) vor dem Fahrersitz angeordnet ist, und als die verschiedenen Betriebselemente 56a sind ein Temperatureinstellelement zum Einstellen der Temperatur in dem Passagier-Abteil auf eine gewünschte Temperatur (eine gewählte Temperatur), ein Innenluft/Außenluft-Umschaltelement zum Ausgeben eines Signals, welches manuell die Innenluft-Betriebsart und die Außenluft-Betriebsart einstellt, welche durch die Innenluft/Außenluft-Umschaltklappe 37 gesteuert wird, ein Gebläsegeschwindigkeits-Umschaltelement zum Ausgeben eines Signals, welches manuell die Menge von ausgeblasener Luft durch das Abteilgebläse 38 oder dessen Geschwindigkeit einstellt, und ein Auslassbetriebsart-Umschaltelement zum Ausgeben eines Signals, welches manuell die Auslassbetriebsart für in das Passagier-Abteil ausgeblasener Luft einstellt, ein Automatikschalter zum Ausgeben eines Befehlsignals, welches eine automatische Luftklimatisierung instruiert und ein Kühlbetriebsartschalter zum Ausgeben eines Kühlbetriebsart-Befehlsignals an den inneren Wärmetauscher 31, vorgesehen.
  • Die verschiedenen Arten von Luftklimatisierungseinrichtungen, welche unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind, sind an einer Ausgangsseite des Luftklimatisierungssteuergeräts 55 als dadurch zu steuernde Objekte angeschlossen. Unter den verschiedenen Arten der Luftklimatisierungseinrichtungen, welche die Objekte bilden, welche durch das Luftklimatisierungssteuergerät 55 zu steuern sind, bezeichnet die Bezugsziffer 57 einen elektrischen Aktuator zum Antreiben der Auslassbetriebsartklappen, was in 1 nicht gezeigt ist.
  • Als nächstes wird der Betrieb der Ausführungsform beschrieben, welche wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist. 3 ist ein Flussdiagramm, welches die Zusammenfassung einer Steuerung darstellt, welche durch den Mikrocomputer des Luftklimatisierungssteuergeräts 55 ausgeführt wird, und eine Steuerroutine in 3 startet, wenn unter den verschiedenen Betriebselementen 56a auf dem Luftklimatisierungs-Steuerpanel 56 der Automatikschalter betätigt wird, und es werden zunächst, in Schritt S100 Sensorsignale von der Gruppe von Sensoren 41 bis 54 und Betriebssignale von den verschiedenen Betriebselementen 56a auf dem Luftklimatisierungs-Steuerpanel 56 gelesen.
  • Als nächstes wird in Schritt 110 eine Ziel-Auslasstemperatur TAO der Auslassluft in das Passagier-Abteil berechnet. Hier ist, unabhängig von Änderung hinsichtlich Luftklimatisierungs-Thermalbelastung in dem Passagier-Abteil, die Ziel-Auslasstemperatur TAO eine Temperatur, welche nötig ist, um die Temperatur innerhalb des Passagier-Abteils (Innenlufttemperatur) auf einer eingestellten Temperatur zu halten, welche durch das Temperatureinstellelement auf dem Luftklimatisierungs-Steuerpanel 56 eingestellt ist, und ist, wie allgemein bekannt, auf der Grund lage einer Innenlufttemperatur, welche durch den Innenluft-Temperatursensor 51 erfasst wird, einer Außenlufttemperatur, welche durch den Außenluft-Temperatursensor 54 erfasst wird, einer Menge von Sonnenlicht, welche durch den Sonnenlichtsensor 52 erfasst wird, und einer eingestellten Temperatur, welche durch das Temperatureinstellelement eingestellt ist, berechnet.
  • Als nächstes wird in Schritt S120 eine Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO von Kühlmittel (Heißwasser), welches in den Heißwassertyp-Heizkern 12 strömt, auf der Grundlage des wie vorstehend berechneten TAO berechnet. Genauer wird die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO unter Verwendung einer Gleichung, TWO=TAO/Φ, berechnet. Da hier Φ ein Wärmetauscher-Temperaturwirkungsgrad des Heißwassertyp-Heizkerns 12 ist, wird TWO eine Temperatur, welche höher als TAO ist.
  • Als nächstes wird in Schritt S130 bestimmt, ob oder ob nicht der Kühlbetriebsartschalter betätigt ist. Der Kühlbetriebsartschalter ist hier von der Art, dass dieser ein Kühlbetriebsart-Befehlssignal an den inneren Wärmetauscher 31 ausgibt, und wenn die Bestimmung in S130 JA ist, zu Schritt S140 fortschreitet, wo bestimmt wird, ob oder ob nicht eine Kühlmitteltemperatur (eine Kühlmitteltemperatur auf der Einlassseite des Heißwasser-Heizkerns 12) TWO, welche durch den Temperatursensor 42 erfasst wird, die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO oder höher als diese ist.
  • Unter sommerlichen Bedingungen, bei welchen ein Kühlen nötig ist, ist TWO, da TAO eine Temperatur annimmt, welche hinreichend niedriger als die Außenlufttemperatur ist, ist TWO auch eine Temperatur, welche niedriger als die Außenlufttemperatur ist. Unter der Bedingung, bei welcher Kühlen nötig ist, wird die Feststellung in Schritt S140 deshalb JA, und in Schritt S150 wird die Kühlbetriebsart als die Kälteerzeugungskreis-Betriebsart bestimmt, wodurch die Kühlbetriebsart ausgeführt wird.
  • Wenn die Bestimmung in Schritt S140 NEIN ist, wird zusätzlich zu Schritt S160 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob oder ob nicht eine Außenlufttemperatur TAM, welche durch den Außenluft-Temperatursensor 54 erfasst wird, die eingestellte Temperatur a (zum Beispiel 5°) oder höher ist. Da die Bestimmung in diesem Schritt S160 derart ist, dass die Höhe von Heizlast auf der Grundlage der Außenlufttemperatur TAM bestimmt wird, und wenn die Bestimmung in S160 JA ist, wird eine Zeitperiode bestimmt, in welcher die Heizlast niedrig ist, und zu Schritt S170 fortgeschritten, wo das primäre Entfeuchten und die Heizbetriebsart, d.h. ein Entfeuchtungs- und Heizbetrieb mit einer niedrigen Passagier-Abteil-Auslasstemperatur, bestimmt und als die Kälteerzeugungskreis-Betriebsart ausgeführt wird.
  • Zusätzlich wird, wenn die Feststellung in Schritt S160 NEIN ist, da es eine Zeitperiode bezeichnet, in welcher die Heizlast hoch ist, zu Schritt S180 fortgeschritten, wo das sekundäre Entfeuchten und die Heizbetriebsart, d.h. eine Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit einer hohen Passagier-Abteil-Auslasstemperatur, bestimmt und als die Kälteerzeugungskreislauf-Betriebsart ausgeführt wird.
  • Wenn andererseits der Kühlbetriebsartschalter auf dem Luftklimatisierungs-Steuerpanel 56 nicht betätigt wird, wird die Feststellung in Schritt S130 NEIN, und es wird zu Schritt S190 fortgeschritten, wo festgestellt wird, ob oder ob nicht eine Kühlmitteltemperatur auf der Einlassseite des Heißwassertyp-Heizkerns 12 die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO oder eine höhere vorliegt.
  • Wenn die Bestimmung in Schritt S190 NEIN ist, wird die Heizbetriebsart bestimmt und als die Kälteerzeugungskreis-Betriebsart in Schritt S200 ausgeführt. Zusätzlich wird, wenn die Feststellung in Schritt S190 JA ist, da das Innere des Passagier-Abteils durch die eingestellte Temperatur nur durch die Luftheizfunktion durch eine Heißwasserwärmequelle des Heißwassertyp-Heizkerns 12 geheizt werden kann, der Betrieb der Heizbetriebsart des Kälteerzeugungskreises unnötig. In Schritt S210 wird dann eine Stoppbetriebsart des Kälteerzeugungskreises R bestimmt, und der Betrieb (Betrieb des Kompressors 27) des Kälteerzeugungskreises R wird gestoppt, so dass eine erforderliche Heizleistung nur durch den Heißwassertyp-Heizkern 12 dargestellt wird.
  • Als nächstes wird der Betrieb des Luftklimatisierungssystems für jede Betriebsart des Kälteerzeugungskreises R, welcher wie vorstehend beschrieben bestimmt wird, nachfolgend beschrieben.
  • 1. Kühlbetriebsart (S150 in 3)
  • In der Kühlbetriebsart zirkuliert Kältemittel, da der Kältemittelströmungspfad des Vierwegeventils 28 durch die Steuerung und Ausgabe des Luftklimatisierungssteuergeräts 55 in einen Zustand umgeändert wird, welcher durch dicken durchgezogene Linien in 1 gezeigt ist, in dem Kälteerzeugungskreislauf R, wenn der elektrische Kompressor 27 aktiviert ist, entlang eines Kältemittelpfades, welcher von der Abgabeseite des elektrischen Kompressors 27 ausgehend beginnt und an der Saugseite des elektrischen Kompressors 27 endet, letzteres über den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 → die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 → das Vierwegeventil 28 → den äußeren Wärmetauscher 18 → den hochdruckseitigen Kältemittelströmungspfad 32a des Innenwärmetauschers 32 → die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 → den Innenwärmetauscher 31 → das Vierwegeventil 28 → den Akkumulator 33 → den niedrigdruckseitigen Kältemittelströmungspfad 32b des Innenwärmetauschers 32, wie durch die dicken weißen Pfeile gezeigt ist.
  • Während dies auftritt, funktioniert der äußere Wärmetauscher 18, da die primäre Druck reduzierende Einrichtung 29 in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten wird, in welchem fast kein Druckverlust erzeugt wird, als ein Radiator für das hochdruckseitige Kältemittel. Dahingegen funktioniert der innere Wärmetauscher 31 als ein Verdampfer auf der Niedrigdruckseite, da die sekundäre Druck reduzierende Einrichtung dahingehend gesteuert wird, eine vorbestimmte Drosselöffnung darzustellen, was später beschrieben wird, um so den Druck des hochdruckseitigen Kältemittels zu reduzieren.
  • Demzufolge gibt das Hochtemperatur-, Hochdruck-Kältemittel, welches von dem elektrischen Kompressor 27 abgegeben wird, seine Wärme an das Kühlmittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 ab, wodurch dessen Temperatur reduziert wird. Das Hochdruck-Kältemittel, welches durch den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 durchgetreten ist, tritt durch die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 hindurch, während es in dem Hochdruckzustand gehalten wird, ohne dort im Druck gesenkt zu werden, und fährt fort, in den äußeren Wärmetauscher 18 hineinzuströmen. In diesem äußeren Wärmetauscher 18 tauscht das Hochdruckkältemittel Wärme mit Außenluft, um so seine Wärme an diese abzugeben, wodurch dessen Temperatur weiter reduziert wird.
  • Das Hochdruckkältemittel, welches durch den äußeren Wärmetauscher 18 durchgetreten ist, tauscht Wärme mit einem Niedrigtemperatur-, Niedrigdruck-Kältemittel (Kältemittel, welches in den Kompressor eingesaugt wird) in dem Innenwärmetauscher 32 und gibt seine Wärme weiter ab, wodurch dessen Temperatur gesenkt wird. Anschließend wird das Hochdruckkältemittel in seinem Druck an der sekundären Druck reduzierenden Einrichtung 30 in seinem Druck reduziert, um so in einen Niedrigtemperatur-, Niedrigdruck-Gas/Flüssigkeits-Zweiphasenzustand zu gelangen.
  • Da dieses Niedrigdruck-Kältemittel in den inneren Wärmetauscher 31 strömt und Wärme von Luft absorbiert, welche von dem inneren Gebläse 38 hineingeschickt wird, so dass dieses verdampft wird, arbeitet der innere Wärmetauscher 31 als eine Kühleinrichtung (ein Wärmeabsorbierer), welcher durch das innere Gebläse geschickte Luft kühlt.
  • Da in der Kühlbetriebsart die Luftmischklappen 40a, 40b in deren Stellungen (Stellungen, welche durch Strichlinien in 1 angezeigt sind), in welchen sie den Luftdurchtrittsweg (die Kernoberfläche) des Heißwassertyp-Heizkerns 12 vollständig schließen, wird der gesamten Menge von Kühlluft, welche während des Durchtritts durch den inneren Wärmetauscher 31 gekühlt wurde, ermöglicht, durch die Bypass-Durchtrittswege 39a, 39b des Heizkerns 12 durchzutreten, um so in das Passagier-Abteil ausgeblasen zu werden.
  • Die Temperatursteuerung der Passagier-Abteil-Auslassluft wird durch Leistungssteuerung (Drehzahlsteuerung) des elektrischen Kompressors 27 durchgeführt. Die Leistungssteuerung (Drehzahlsteuerung) des elektrischen Kompressors 27 kann nämlich derart durchgeführt werden, dass die Auslasslufttemperatur TE des inneren Wärmetauschers 31, welche durch den Temperatursensor 49 erfasst wird, die Ziel-Auslasstemperatur TAO annimmt.
  • Es ist zu bemerken, dass in der Kühlbetriebsart die Auslass-Kältemitteltemperatur des äußeren Wärmetauschers 18 durch den Temperatursensor 47 erfasst wird, ein Ziel-Hochdruck PO, bei welchem der Koeffizient der Leistung (coefficient of perforance = COP) des Kälteerzeugungskreises R maximal wird, auf der Grundlage der Hochdruck-Kältemitteltemperatur an dem Auslass des äußeren Wärmetauschers berechnet wird, und die Drosselöffnung der sekundären Druckreduzierungseinrichtung 30 derart gesteuert wird, dass ein Kompressor-Abgabedruck, welcher durch den Drucksensor 43 erfasst wird, d.h. ein tatsächlicher Hochdruck PH den so berechneten Ziel-Hochdruck PO annimmt, wodurch angestrebt wird, den Wirkungsgrad des Kälteerzeugungskreises R zu steigern.
  • Um andererseits den Betrieb auf der Heißwasser-Kreislaufseite in der Kühlbetriebsart zu beschreiben, ist in der Kühlbetriebsart das öffnende und schließende Ventil 26 zwischen den primären und sekundären Heißwasserkreisläufen 11, 13 geöffnet, und das öffnende und schließende Ventil 23 an dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 geschlossen, wodurch Kühlmittel für die Brennstoffzelle 10 durch den primären Heißwasserkreislauf 11 und den sekundären Heißwasserkreislauf 13 zirkuliert, da ein Zustand vorliegt, in welchem der primäre Heißwasserkreislauf 11 und der sekundäre Heißwasserkreislauf 13 aneinander angeschlossen sind, um so einen einzigen Heißwasserkreislauf zu bilden, in dem die Wasserpumpen 14, 21 aktiviert werden.
  • Da das Thermostat 16 den Durchtritt auf der Seite des Radiators 15 schließt, wenn die Temperatur des Kühlmittels, welches durch die Brennstoffzelle 10 durchgetreten ist, eine vorbestimmte, durch das Thermowachs des Thermostats 16 eingestellte Temperatur oder eine höhere annimmt, strömt das Kühlmittel in dem primären Heißwasserkreislauf 11 durch den Radiator 15. Infolgedessen gibt das Kühlmittel seine Wärme an die Außenluft in dem Radiator 15 ab, um dadurch gekühlt zu werden. Das Kühlmittel, welches durch den Radiator durchgetreten ist, vereinigt sich mit Kühlmittel auf der Seite des sekundären Heißwasserkreislaufs 13, um dadurch durch die Wasserpumpe 14 angesaugt zu werden, und kehrt dann zu der Brennstoffzelle 10 zurück, um so die Brennstoffzelle 10 zu kühlen.
  • In dem sekundären Heißwasserkreis 13 tritt indessen das Kühlmittel, welches durch die Brennstoffzelle durchgetreten ist, durch das öffnende und schließende Ventil 26 und strömt in den sekundären Heißwasserkreislauf 13, und das Kühlmittel, welches in den sekundären Heißwasserkreislauf 13 eingeströmt ist, tritt durch die Wasserpumpe 21 hindurch, um dadurch in den Heizkern 12 einzuströmen. Da der Luftdurchtrittsweg des Heizkerns 12 vollständig durch die Luftmischklappen 40a, 40b geschlossen ist, gibt das Kühlmittel hier keine Wärme in dem Heizkern 12 ab.
  • Als nächstes absorbiert das Kühlmittel, welches durch den Heizkern 12 durchgetreten ist, Wärme von einem Hochtemperatur-Kältemittel, welches von dem Kompressor abgegeben wird, während es durch den Kühlmittel-Durchtrittsweg 20a des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 hindurch tritt, und die Temperatur des Kühlmittels wird erhöht. Anschließend vereinigt sich das Kühlmittel, dessen Temperatur somit erhöht ist, mit dem Kühlmittel, welches durch den Radiator 15 durchgetreten ist. Bei Vorliegen der Kühlbetriebsart tritt demzufolge ein Teil der Wärmemenge des aus dem Kompressor des Kälteerzeugungskreises R abgegebenen Kältemittels durch den Radiator 15 des primären Heißwasserkreises 11, um dadurch an die Außenluft abgegeben zu werden.
  • Wenn das Thermostat 16 den Durchtrittsweg auf der Seite des Radiators 15 schließt, wird zusätzlich der Anstieg von Kühlmitteltemperatur durch die Wärmemenge angeregt, welche von dem aus dem Kompressor abgegebenen Kältemittel an die Kühlmittelseite in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 abgegeben wird, wodurch die Temperatur der Brennstoffzelle 10 schnell auf eine Temperatur erhöht wird, bei welcher ein guter Wirkungsgrad bereitgestellt werden kann.
  • 2. Heizbetriebsart (S200 in 3)
  • Da in der Heizbetriebsart der Kältemittelströmungspfad des Vierwegeventils 28 in einen durch gestrichelte Linien in 1 angezeigten Zustand durch die Steuerung und die Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 umgeschaltet wird, zirkuliert in dem Kälteerzeugungskreis R, wenn der elektrische Kompressor 27 in Betrieb gesetzt ist, Kältemittel entlang eines Kältemittelpfads, welcher bei der Abgabeseite des elektrischen Kompressors 27 beginnt und an der Saugseite des elektrischen Kompressors 27 endet, dies über den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 → die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 → das Vierwegeventil 28 → den inneren Wärmetauscher 31 → die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 → den Kältemittelströmungspfad 32a des Innenwärmetauschers 32 → den äußeren Wärmetauscher 18 → das Vierwegeventil 28 → den Akkumulator 33 → den Kältemittelströmungspfad 32b des Innenwärmetauschers 32, wie durch die dicken schraffierten Pfeile angezeigt ist.
  • Da auch in der Heizbetriebsart die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 in dem Zustand gehalten wird, in welchem fast kein Druckverlust erzeugt wird, strömt das aus dem Kompressor abgegebene Kältemittel in den inneren Wärmetauscher 31, da es in dem Zustand hohen Drucks gehalten wird. Demzufolge arbeitet der innere Wärmetauscher 31 als ein Radiator für Kältemittel auf der Hochdruckseite. Da die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 auf eine vorbestimmte Drosselöffnung gesteuert wird, was später beschrieben wird, um so den Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite zu reduzieren, funktioniert der äußere Wär metauscher 18 dahingegen als ein Wärmeabsorbierer (Verdampfer) für Kältemittel auf der Niedrigdruckseite.
  • Demzufolge gibt in der Heizbetriebsart das Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck, welches aus dem elektrischen Kompressor 27 abgegeben wird, seine Wärme zuerst an Kühlmittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 ab, wodurch die Temperatur des Kältemittels reduziert wird. Das Hochdruck-Kältemittel, welches durch den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 durchgetreten ist, strömt durch die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29, ohne dabei in seinem Druck reduziert zu werden, und strömt dann in den inneren Wärmetauscher 31, da es in dem Zustand hohen Drucks gehalten wird.
  • Demzufolge wird, da das Hochdruckkältemittel seine Wärme an die Luft (Luft niedriger Temperatur im Winter) abgibt, welche durch das innere Gebläse 38 in dem inneren Wärmetauscher 31 eingeleitet wird, die so durch das innere Gebläse 38 eingeleitete Luft erhitzt. Die erhitzte Luft wird weiter in dem Heißwassertyp-Heizkern 12 erhitzt und wird dann in das Passagier-Abteil ausgeblasen, wodurch das Innere des Passagier-Abteils geheizt wird.
  • Der für die Heizbetriebsart spezifische Betrieb wird hier auf der Grundlage eines Flussdiagramms beschrieben, welches in 4 gezeigt ist. In Schritt S300 wird zunächst durch Vergleichen der Auslass-Lufttemperatur TE des inneren Wärmetauschers 31 (der Temperatur, welche durch den Sensor 49 erfasst wird) mit der Kühlmitteltemperatur TW2 von in den Heizkern 12 strömendem Kühlmittel (der Temperatur, welche durch den Sensor 42 erfasst wird) dann, wenn die Auslass-Lufttemperatur TE höher als die Kühlmitteltemperatur TW2 ist, zu Schritt S310 fortgeschritten, wo die Luftmischklappen 40a, 40b dahingehend betätigt werden, in Stellungen gebracht zu werden (Stellungen, welche durch unterbrochene Linien in 1 dargestellt sind), in welchen diese vollständig den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 schließen, wodurch die Heizluft in dem inneren Wärmetauscher 31 durch die Bypass-Durchtrittswege 39a, 39b des Heißwasser typ-Heizkerns 12 strömen, um dadurch zu verhindern, dass die Temperatur von Luft, welche in das Passagier-Abteil ausgelassen wird, absinkt.
  • Wenn andererseits die Kühlmitteltemperatur TW2 höher als die Auslass-Lufttemperatur ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S320 fort, wo die Luftmischklappen 40a, 40b dahingehend betätigt werden, in Stellungen gebracht zu werden (Stellungen, welche durch durchgezogene Linien in 1 gezeigt sind), in welchen diese den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 vollständig öffnen, wodurch die Gesamtmenge von Luft, welche durch den inneren Wärmetauscher 31 erhitzt wurde, erneut durch den Heißwassertyp-Heizkern 12 erhitzt wird, um dadurch die Temperatur von in das Passagier-Abteil ausgelassener Luft zu erhöhen.
  • Wie aus den Schritten S190, S200 gesehen werden kann, welche zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurden, wird die Heizbetriebsart bestimmt, wenn TW2<TWO, und in diesem Zustand der Kühlmitteltemperatur wird der Kälteerzeugungskreis R aktiviert und die Leistungssteuerung (Drehzahlsteuerung) des elektrischen Kompressors 27 wird derart durchgeführt, dass die Kühlmitteltemperatur TW2 des in den Heißwassertyp-Heizkern 12 strömenden Kühlmittels (die durch den Sensor 42 erfasste Temperatur) die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO annimmt. In diesem Fall werden dann die Luftmischklappen 40a, 40b in den Stellungen gehalten (den durch die durchgezogenen Linien in 1 gezeigten Stellungen), in welchen diese den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 vollständig öffnen, so dass die durch den inneren Wärmetauscher 31 erhitzte Luft erneut auf ein maximales Ausmaß erhitzt wird, um so die Heizleistung zu erhöhen.
  • Es ist zu bemerken, dass in einem Fall, in welchem die Kühlmitteltemperatur TW2 auf die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO nur durch Verlustwärme der Brennstoffzelle 10 erhitzt wird, da die Stoppbetriebsart in Schritt S210 in 3 bestimmt wird, um den Betrieb des Kälteerzeugungskreises R zu stoppen, die Luftmischklappen 40a, 40b dahingehend gesteuert werden, sich in den vorbestimmten Stellungen zu be finden, in welchen das Mengenverhältnis von kühler Luft und heißer Luft reguliert wird, wodurch die Temperatur der Passagier-Abteil-Auslassluft derart reguliert wird, dass diese die Zieltemperatur TAO annimmt.
  • In Schritt S330 wird als nächstes die Kühlmitteltemperatur TW1 des primären Heißwasserkreislaufs 11 (die durch den Sensor 41 erfasste Temperatur) mit der Kühlmitteltemperatur TW2 des sekundären Heißwasserkreislaufs 13 (der durch den Sensor 42 erfassten Temperatur) verglichen. Da dann, wenn die Brennstoffzelle 10 in Betrieb gesetzt wird, die Kühlmitteltemperatur TW1 des primären Heißwasserkreislaufs 11 und die Kühlmitteltemperatur TW2 des sekundären Heißwasserkreislaufs 13 auf einer gleich bleibenden Temperatur bleiben, wird die Bestimmung in Schritt S330 NEIN, und es wird zu Schritt S340 fortgeschritten, wo das öffnende und schließende Ventil 26 in den geschlossenen Zustand gebracht wird, wohingegen das öffnende und schließende Ventil 23 in den geöffneten Zustand gebracht wird, wodurch ein Zustand eingestellt wird, in welchem kein Kühlmittel zwischen dem primären Heißwasserkreislauf 11 und dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 zirkuliert, d.h. in einem Zustand, in welchem die zwei Heißwasserkreisläufe 11, 13 voneinander getrennt sind.
  • Demzufolge wird das Kühlmittel durch die Brennstoffzelle 10 in dem primären Heißwasserkreislauf 11 erhitzt, wodurch die Kühlmitteltemperatur erhöht wird. In dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 wird andererseits das Kühlmittel durch Wärme erhitzt, welche von dem Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 freigesetzt wird, wodurch die Kühlmitteltemperatur erhöht wird.
  • Wenn die Wärme aus dem Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 freigesetzt wird, wird durch Trennen des sekundären Heißwasserkreislaufs 13 von dem primären Heißwasserkreislauf 11 die Kühlmittelmenge, aus welcher Wärme in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 freigesetzt wird, nur durch die kleine Menge von Kühlmittel begrenzt werden, welche innerhalb des sekundären Heißwasserkreises 13 gehalten wird. Die Temperatur des Kühlmittels innerhalb des sekundären Heißwasserkreislaufs 13 kann demzufolge schnell durch Wärme erhöht werden, welche in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 freigesetzt wird.
  • Wenn andererseits eine bestimmte Zeit seit der Aufnahme des Betriebs der Brennstoffzelle 10 vergangen ist, wird die Kühlmitteltemperatur TW1 des primären Heißwasserkreises 11 durch Abwärme der Brennstoffzelle 10 erhöht, und die Kühlmitteltemperatur TW1 wird größer als die Kühlmitteltemperatur TW2 des sekundären Heißwasserkreises 13, und die Bestimmung in S330 wird JA. Infolgedessen schreitet der Prozess zu Schritt S350, wo das öffnende und schließende Ventil 26 in den geöffneten Zustand gesetzt wird, wohingegen das öffnende und schließende Ventil 23 in den geschlossenen Zustand gebracht wird, wodurch ein Zustand eingestellt wird, in welchem Kühlmittel zwischen dem primären Heißwasserkreislauf 11 und dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 zirkuliert, d.h. in einen Zustand, in welchem die zwei Heißwasserkreisläufe 11, 13 miteinander verbunden sind.
  • In diesem Verbindungszustand strömt demzufolge Kühlmittel vollständig durch beide Heißwasserkreisläufe 11, 13 und das so strömende Kühlmittel wird durch die Abwärme der Brennstoffzelle 10 und von dem Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 abgegebene Wärme erhitzt, und das Kühlmittel gibt seine Wärme an Auslassluft für das Passagier-Abteil ab. Das Innere des Passagier-Abteils kann ebenso unter Verwendung der Abwärme von der Brennstoffzelle erhitzt werden.
  • Während in der Heizbetriebsart die Leistungssteuerung (Drehzahlsteuerung) des elektrischen Kompressors 27 derart durchgeführt wird, dass die Kühlmitteltemperatur TW von in den Heißwassertyp-Heizkern 12 strömendem Kühlmittel (die durch den Sensor 42 erfasste Temperatur) die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO annimmt, muss in dem zuvor beschriebenen Zustand, in welchem beide Heißwasserkreisläufe 11, 13 miteinander verbunden sind, da ein Teil von Kühlmittel vorliegt, welcher durch die Abwärme der Brennstoffzelle 10 erhitzt wird, ein Teil von Kühlmittel, welcher durch das Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 erhitzt wird, nur einem Teil entsprechen, welcher zum Erhöhen der Kühlmitteltemperatur auf die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO unter Verwendung der Brennstoffzellen-Abwärme unzureichend wäre bzw. ist.
  • Zusätzlich wird in der Heizbetriebsart die Drosselöffnungssteuerung der zweiten Druckreduzierungseinrichtung 30 ebenso auf der Grundlage derselben Idee, wie in der Kühlbetriebsart implementiert. Die Auslass-Kühlmitteltemperatur des inneren Wärmetauschers 31 (der hochdruckseitige Radiator) wird durch den Temperatursensor 48 erfasst, ein Ziel-Hochdruck PO, bei welchem der Leistungskoeffizient des Kältemittelkreises R maximal wird, wird auf der Grundlage der Temperatur des Hochdruck-Kältemittels an dem Auslass des inneren Wärmetauschers 31 berechnet, und die Drosselöffnung der sekundären Druck reduzierenden Einrichtung 30 wird hinsichtlich des durch den Drucksensor 43 erfassten Kompressor-Abgabedrucks gesteuert, d.h. ein tatsächlicher Hochdruck PH nimmt den Ziel-Hochdruck PO an, wodurch der Wirkungsgrad des Kälteerzeugungskreises R erhöht werden soll.
  • Es ist zu bemerken, dass in der Heizbetriebsart, da Niedrigdruck-Kältemittel in beiden Kältemittel-Durchtrittswegen 32a, 32b des Innenwärmetauschers 32 strömt, kein Wärmetausch in dem Innenwärmetauscher 32 durchgeführt wird.
  • 3. Primäres Entfeuchten und Heizbetriebsart mit niedriger Auslasstemperatur (S170 in 3)
  • In der primären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart zirkuliert das Kältemittel, da der Kältemittel-Strömungspfad des Vierwegeventils 28 in den durch die dicken durchgezogenen Linien in 1 gezeigten Zustand durch die Steuerung und die Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 umgeschaltet wird, in dem Kälteerzeugungskreis R, wenn der elektrische Kompressor 27 in Betrieb gesetzt ist, entlang desselben Kältemittel-Strömungspfads wie der, welcher dann verwendet wird, wenn die Kühlbetriebsart vorliegt, welcher durch die dicken weißen Pfeile gezeigt wird. Das Kältemittel zirkuliert im Einzelnen entlang des Kältemittelpfads, welcher an der Abgabeseite des elektrischen Kompressors 27 beginnt und an der Saugseite des elektrischen Kompressors 27 endet, dies über den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 → die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 → das Vierwegeventil 28 → den äußeren Wärmetauscher 18 → den hochdruckseitigen Kältemittel-Strömungspfad 32a des Innenwärmetauschers 32 → die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 → den inneren Wärmetauscher 31 → das Vierwegeventil 28 → den Akkumulator 33 → den niedrigdruckseitigen Kältemittel-Strömungspfad 32b des Innenwärmetauschers 32.
  • In der primären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart kann jedoch durch Steuerung der Öffnung der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 auf eine vorbestimmte Zwischen-Drosselungsöffnung der Kältemitteldruck in dem äußeren Wärmetauscher 18 auf einen Zwischendruck gesteuert werden, um so die Kältemittel-Wärmeabgabemenge in dem äußeren Wärmetauscher 18 zu regulieren, wodurch die Kältemittel-Wärmeabgabemenge auf die Kühlmittelseite in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 reguliert werden kann.
  • Das Kältemittel bei dem Zwischendruck, dessen Wärme an Außenluft in dem äußeren Wärmetauscher 18 abgegeben wird, tritt durch den inneren Wärmetauscher 31 hindurch und wird dann zu einem Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Druck, nachdem dieses hinsichtlich seines Drucks in der sekundären Druckreduzierungseinrichtung 30 reduziert wurde. Dieses Niedrigdruck-Kältemittel absorbiert als nächstes Wärme von Luft, welche durch das innere Gebläse 38 in den inneren Wärmetauscher 31 geschickt wurde, und wird dadurch verdampft, um die eingeleitete Luft zu kühlen. Das Kältemittel, welches durch den inneren Wärmetauscher 31 durchgetreten ist, tritt dann durch das Vierwegeventil 28, den Akkumulator 33 und den Innenwärmetauscher 32 und wird dann in den elektrischen Kompressor 27 gesaugt.
  • Die somit eingeleitete Luft wird dann durch den Heißwassertyp-Heizkern 12 erhitzt, nachdem diese in dem inneren Wärmetauscher 31 gekühlt und entfeuch tet wurde. Sowie dies auftritt, kann die Luftheizleistung in dem Heißwassertyp-Heizkern 12 dadurch reguliert werden, indem die Kältemittel-Wärmeabgabemenge auf der Kühlmittelseite des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 durch Steuern der Öffnung der primären Druckreduzierungseinrichtung 29, wie vorstehend beschrieben wurde, reguliert werden.
  • In der primären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart bilden sowohl der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 als auch der äußere Wärmetauscher 18 eine Kältemittel-Wärmeabgabeeinheit, und da die Wärmeabgabemenge des Kältemittels an die Kühlmittelseite im Verhältnis kleiner als in der sekundären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart wird, welche nachfolgend beschrieben wird, und die Kältemittel-Verdampfungstemperatur in dem inneren Wärmetauscher 31 kann niedriger als in der zweiten Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart ausgeführt werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Demzufolge kann die Entfeuchtung und das Heizen mit einer niedrigen Auslasstemperatur realisiert werden, welches für einen Zeitabschnitt zweckmäßig ist, in welchem ein Zustand vorliegt, in welchem die Außenlufttemperatur relativ hoch ist und die Heizthermallast klein ist.
  • 4. Sekundäre Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit hoher Auslasstemperatur (S180 in 3)
  • In dieser sekundären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart strömt das Kältemittel in dem Kältemittelkreis R, wenn der elektrische Kompressor 27 in Betrieb gesetzt ist, da der Kältemittel-Strömungspfad des Vierwegeventils 28 in den durch die gepunkteten Linien in 1 angezeigten Zustand durch die Steuerung und Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 geschaltet wird, entlang desselben Kältemittel-Strömungspfads, welcher verwendet wird, wenn die Heizbetriebsart vorliegt, welcher durch die dicken schraffierten Pfeile gezeigt wird. Das Kältemittel zirkuliert im Einzelnen entlang des Kältemittelpfads, welcher an der Abgabeseite des elektrischen Kompressors 27 beginnt und an der Saugseite des elektrischen Kompressors 27 endet, dies über den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 → die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 → das Vierwegeventil 28 → den in neren Wärmetauscher 31 → die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 den Kältemittel-Strömungspfad 32a des Innenwärmetauschers 32 → den äußeren Wärmetauscher 18 → das Vierwegeventil 28 → den Akkumulator 33 → den Kältemittel-Strömungspfad 32b des Innenwärmetauschers 32.
  • In der sekundären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart funktioniert jedoch durch Reduzieren der Drosselöffnung der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 und durch die Druckreduzierungsmenge durch die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 der innere Wärmetauscher 31 als ein Verdampfer (Wärmeabsorber) auf der Niedrigdruckseite. Mit anderen Worten, wird die Drosselöffnung der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 hinreichend auf ein solches Ausmaß reduziert, dass eine Druckreduzierungsmenge erhalten werden kann, bei welcher der innere Wärmetauscher 31 als der Verdampfer arbeiten kann.
  • Dann arbeiten in der sekundären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart sowohl der innere Wärmetauscher 31 als auch der äußere Wärmetauscher 18 als der Verdampfer auf der Niedrigdruckseite.
  • Da die Gesamtmenge von Wärme, welche in sowohl dem inneren Wärmetauscher 31 als auch dem äußeren Wärmetauscher 18 absorbiert wird, an die Kühlmittelseite in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 abgegeben wird, ist darüber hinaus die zu der Kühlmittelseite abgegebene Wärmemenge im Vergleich mit derjenigen erhöht, welche in der primären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart vorliegt, und die Luftheizleistung in dem Heißwassertyp-Heizkern 12 kann erhöht werden.
  • Als ein Ergebnis kann in der sekundären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart die Passagier-Abteil-Auslasstemperatur gegenüber der primären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart erhöht werden. Demzufolge kann das Entfeuchten und Heizen mit hoher Auslasstemperatur realisiert werden, was für eine Zeitperiode zweckmäßig ist, wenn ein Zustand vorliegt, in welchem die Außenlufttemperatur relativ niedrig und die Heizthermallast hoch ist.
  • Es ist zu bemerken, dass bezüglich der Öffnungs- und Schließsteuerung der öffnenden und schließenden Ventile 23, 26 auf der Seite des Heißwasserkreislaufs sowohl in der primären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart als auch in der sekundären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart die in 4 gezeigten Schritte S330, S340 und S350 in derselben Weise wie in der Heizbetriebsart durchgeführt werden können.
  • Zusätzlich kann sowohl in der primären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart als auch in der sekundären Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart die Öffnungssteuerung der Luftmischklappen 40a, 40b in derselben Weise durchgeführt werden wie in der Heizbetriebsart. Wenn die Leistungssteuerung (die Drehzahlsteuerung) des elektrischen Kompressors 27 derart durchgeführt wird, dass die Kühlmitteltemperatur TW2 von in den Heißwassertyp-Heizkern 12 strömendem Kühlmittel (die durch den Sensor 42 erfasste Temperatur) die Ziel-Kühltemperatur TWO annimmt, wobei die Luftmischklappen 40a, 40b in den Stellungen (den durch die durchgezogenen Linien in 1 gezeigten Stellungen) gehalten werden, in welchen diese den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 vollständig öffnen, wird nämlich Kühlluft in dem inneren Wärmetauscher 31 wieder auf ein maximales Ausmaß durch den Heißwassertyp-Heizkern 12 erhitzt.
  • Dahingegen wird in dem Fall, dass die Kühlmitteltemperatur TW2 dahingehend erhöht ist, die Ziel-Kühlmitteltemperatur TWO nur durch die Abwärme von der Brennstoffzelle 10 zu erreichen, wird die Betriebsart des Kälteerzeugungskreises R auf den Kühlkreis umgeschaltet (S150 in 3), und die Luftmischklappen 40a, 40b werden auf vorbestimmte Öffnungsstellungen hin gesteuert, so dass die Passagier-Abteil-Auslasstemperatur dahingehend reguliert wird, die Zieltemperatur TAO anzunehmen.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann in dem anfänglichen Stadium der Betriebsaufnahme der Brennstoffzelle 10, in welcher die Kühlmitteltemperatur auf der Seite der Brennstoffzelle 10 niedrig ist, die Passagier-Abteil-Auslassluft durch den inne ren Wärmetauscher 31 in dem Kälteerzeugungskreis R geheizt werden, während nur das Kühlmittel in dem sekundären Heißwasserkreislauf 30 durch den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 in dem Kälteerzeugungskreis R erhitzt wird, wobei der sekundäre Heißwasserkreislauf 13, welcher den Heißwassertyp/Heizkern 12 aufweist, von dem primären Heißwasserkreislauf 11 auf der Seite der Brennstoffzelle 10 getrennt ist.
  • Da hier die thermische Kapazität des inneren Wärmetauschers 31 erheblich kleiner als die des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 ist, kann die Temperatur des inneren Wärmetauschers 31 nach dem Betriebsbeginn des Kälteerzeugungskreises R schnell erhöht werden. Infolgedessen kann die Passagier-Abteil-Auslassluft durch den inneren Wärmetauscher 31 unmittelbar nach dem Betriebsbeginn des Kälteerzeugungskreises R geheizt werden.
  • Da der Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 vollständig durch die Luftmischklappen 40a, 40b in dem Fall vollständig geschlossen sind, in welchem die Kühlmitteltemperatur TW2 in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 niedriger als die Auslass-Lufttemperatur TE unmittelbar nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher 31 ist, wenn dies mit der Kühlmitteltemperatur TW2 in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 mit der Auslass-Lufttemperatur TE unmittelbar nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher 31 verglichen wird, kann der Nachteil verhindert werden, dass die Wärmemenge von durch den inneren Wärmetauscher 31 erhitzter Luft durch das Kühlmittel niedriger Temperatur in dem Heißwassertyp-Heizkern 12 absorbiert wird.
  • Des Weiteren ist das Kühlmittel, welches ein durch den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 zu erhitzendes Objekt bildet, nur durch die kleine Menge von Kühlmittel begrenzt, welche in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 gehalten wird, und deshalb kann die Erhöhung auf der Seite des sekundären Heißwasserkreislaufs 13 ausgelöst werden. Demzufolge kann der Zustand, in welchem die Luftheizfunktion durch den Heißwassertyp-Heizkern 12 dargestellt werden kann, früher erzeugt werden. Durch die Kopplung der soeben vorstehend beschriebenen Tatsachen miteinander, kann die unmittelbare Wirksamkeit hinsichtlich des Heizens in dem anfänglichen Stadium der Betriebsaufnahme der Brennstoffzelle 10 erhöht werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Während in der ersten Ausführungsform das Beispiel der Steuerung des Heißwasserkreislaufs unter Betonung auf die Bedeutung der Erhöhung einer unmittelbaren Wirksamkeit hinsichtlich des Heizens in dem Anfangsstadium der Betriebsaufnahme der Brennstoffzelle 10 beschrieben wurde, wird in der zweiten Ausführungsform ein Aufwärmen der Brennstoffzelle 10 bei niedriger Temperaratur versucht zu unterstützen.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel einer Steuerung des Heißwasserkreislaufs gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt, und es ist ein Bestimmungsschritt zu dem in 4 dargestellten hinzugefügt, in welchem die Kühlmitteltemperatur TW1 auf der Seite der Brennstoffzelle 10 (die durch den Sensor 41 erfasste Temperatur) in Schritt S360 bestimmt wird. In diesem Bestimmungsschritt S360 wird festgestellt, ob oder ob nicht die Kühlmitteltemperatur TW1 auf der Seite der Brennstoffzelle 10 gleich oder niedriger einer vorbestimmten niedrigen Temperatur b (beispielsweise 0 °C) ist, welche die Unterstützung eines Aufwärmens erfordert. Wenn die Kühlmitteltemperatur TW1 auf der Seite der Brennstoffzelle 10 gleich oder niedriger als die vorbestimmte niedrige Temperatur (b) ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S350, wo das öffnende und schließende Ventil 26 in den geöffneten Zustand gebracht wird, wohingegen das öffnende und schließende Ventil 23 in den geschlossenen Zustand gebracht wird, wodurch dort der Zustand eingestellt wird, in welchem das Kühlmittel zwischen dem primären Heißwasserkreislauf 11 und dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 zirkuliert wird, d.h. in den Zustand, in welchem die beiden Heißwasserkreisläufe 11, 13 miteinander verbunden sind.
  • Demzufolge kann in diesem verbundenen Zustand, da das Kühlmittel vollständig durch die beiden Heißwasserkreisläufe 11, 13 strömt, so dass das so strömende Kühlmittel dann durch die Abwärme der Brennstoffzelle 10 und von dem Hochdruck-Kältemittel in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 abgegebene Wärme erhitzt wird, die Erhöhung hinsichtlich der Kühlmitteltemperatur TW1 auf der Seite der Brennstoffzelle 10 ausgelöst werden, wodurch es ermöglicht wird, das Aufwärmen der Brennstoffzelle 10 auszulösen, wenn die Brennstoffzelle 10 in Betrieb gesetzt wird, wenn die Temperatur niedrig ist.
  • Wenn die Kühlmitteltemperatur TW1 auf der Seite der Brennstoffzelle 10 höher als die vorbestimmte niedrige Temperatur (b) wird, schreitet der Prozess von Schritt S360 zu Schritt S330 und anschließend wird dieselbe Heißwasserkreislaufsteuerung wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Während in der ersten Ausführungsform der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 in dem Kälteerzeugungskreis R an der stromabwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns 12 in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 angeschlossen ist, ist in einer dritten Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 in dem Kälteerzeugungskreis R an der stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns 12 in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 angeschlossen.
  • Durch Vorsehen dieser Konstruktion wird in der dritten Ausführungsform ermöglicht, dass Heißwasser, welches in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 erhitzt wurde, in den Heißwassertyp-Heizkern 12 unmittelbar einströmt. Infolgedessen kann die Wärme von Hochtemperatur-Heißwasser, welches in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 erhitzt wurde, wirksam verwendet werden, um das Innere des Passagier-Abteils zu erhitzen, ohne dass dieses in verschwenderischer Weise an andere Orte abgegeben wird. Als ein Ergebnis kann die Anhebung des Heizens des Passagier-Abteils weiter unterstützt werden. Es ist zu be merken, dass die anderen Merkmale der dritten Ausführungsform dieselben wie die der ersten Ausführungsform sind.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Während in den ersten bis dritten Ausführungsformen das Vierwegeventil 28 vorgesehen ist, so dass der im Abteil vorgesehene Wärmetauscher 31 an der stromabwärtigen Seite der Kältemittelströmung angeschlossen ist, welche in den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 strömt, indem der Strömungspfad des Vierwegeventils 28 umgeschaltet wird, wenn die Heizbetriebsart und die sekundäre Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit hoher Auslasstemperatur vorliegt, ist in einer vierten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, ein Aufbau bereitgestellt, in welchem das Vierwegeventil 28 weggelassen ist, und der innere Wärmetauscher 31 normal an der Niedrigdruckseite des Kreises angeschlossen ist. Infolgedessen ist der innere Wärmetauscher 31 in der vierten Ausführungsform dahingehend konstruiert, nicht an der stromabwärtigen Seite der Kältemittelströmung angeschlossen zu sein, welche in den Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 strömt, selbst wenn die Heizbetriebsart und die sekundäre Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit hoher Auslasstemperatur vorliegt.
  • Speziell Merkmale der vierten Ausführungsform beschreibend, welche sich von den anderen Ausführungsformen unterscheiden, ist auf der Grundlage von 7 eine Auslassseite des Hochdruck-Kältemitteldurchtrittswegs 20a des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 an einer Kältemittel-Einlassseite des äußeren Wärmetauschers 18 über einen parallelen Kreislauf der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 und ein primäres Bypass-Ventil 61 angeschlossen.
  • Zusätzlich ist eine Kältemittel-Auslassseite des inneren Wärmetauschers 31 direkt an einer Kältemittel-Einlassseite des Akkumulators 33 angeschlossen, und ein sekundäres Bypass-Ventil 62 ist parallel mit einem seriellen Kreislauf der sekundären Druckreduzierungseinrichtung 30 und dem inneren Wärmetauscher 31 vorgesehen. Es ist zu bemerken, dass das primäre Bypass-Ventil 61 und das sekundäre Bypass-Ventil 62 öffnende und schließende Ventile sind, welche durch das Luftklimatisierungs-Steuergerät 55 (in 2 gezeigt) dahingehend gesteuert werden, geöffnet und geschlossen zu werden, und welche durch elektromagnetische Ventile gebildet werden können.
  • Darüber hinaus ist sie der dritten Ausführungsform darin ähnlich, dass der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 des Kälteerzeugungskreises R an der stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns 12 in dem sekundären Heißwasserkreislauf 13 angeschlossen ist.
  • Die anderen Merkmale der vierten Ausführungsform sind dieselben wie die der ersten Ausführungsform. Demzufolge werden die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 und die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 gemäß der vierten Ausführungsform, ähnlich der ersten Ausführungsform, durch elektrische Expansionsventile gebildet, in welchen die Kältemitttel-Drosselungsdurchtrittsfläche elektrisch reguliert werden kann.
  • Als nächstes wird der Betrieb der vierten Ausführungsform beschrieben. Wenn die Kühlbetriebsart gewählt wird, wird durch die Steuerung und Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 das primäre Bypass-Ventil 61 geöffnet, wohingegen das sekundäre Bypass-Ventil 62 geschlossen wird. Infolgedessen zirkuliert in dem Kälteerzeugungskreis R Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf, welcher an der Abgabeseite des Kompressors 27 beginnt und an der Saugseite desselben endet, dies über den Hochdruck-Kältemitteldurchtrittsweg 20a des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 → das primäre Bypass-Ventil 61 → den äußeren Wärmetauscher 18 → den hochdruckseitigen Kältemittel-Durchtrittsweg 32a des Innenwärmetauschers 32 → die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 → den inneren Wärmetauscher 31 → den Akkumulator 33 → den niedrigdruckseitigen Kältemittel-Durchtrittsweg 32b des Innenwärmetauschers 32.
  • In diesem Kältemittel-Strömungspfad arbeiten der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 und der äußere Wärmetauscher 18 als ein hochdruckseitiger Käl temittelradiator, und andererseits arbeitet der innere Wärmetauscher 31 als ein niedrigdruckseitiger Kältemittel-Wärmeabsorbierer, wodurch der innere Wärmetauscher 30 dahingehend arbeiten kann, die Passagier-Abteil-Auslassluft zu kühlen, um so den Innenraum des Passagier-Abteils zu kühlen.
  • Wenn die Heizbetriebsart gewählt ist, wird als nächstes durch die Steuerung und Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 das primäre Bypass-Ventil 61 geschlossen, wohingegen das zweite Bypass-Ventil 62 geöffnet wird. Infolge dessen zirkuliert in dem Kälteerzeugungskreislauf R Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf, welcher an der Abgabeseite des Kompressors 27 beginnt und an der Saugseite desselben endet, dies über den Hochdruck-Kältemittel-Durchtrittsweg 20a des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 → die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 → den äußeren Wärmetauscher 18 → den hochdruckseitigen Kältemittel-Durchtrittsweg 32a des Innenwärmetauschers 32 → das sekundäre Bypass-Ventil 61 → den Akkumulator 33 – den niedrigdruckseitigen Kältemittel-Durchtrittsweg 32b des Innenwärmetauschers 32.
  • In diesem Kältemittel-Strömungspfad arbeitet der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 als ein hochdruckseitiger Kältemittelradiator. Andererseits arbeitet der äußere Wärmetauscher 18 als ein niedrigdruckseitiger Kältemittelradiator. Da der innere Wärmetauscher 31 durch das sekundäre Bypass-Ventil 62 kurzgeschlossen ist, strömt außerdem kein Kältemittel in diesen hinein.
  • Demzufolge wird die gesamte Wärme von Kältemittel auf der Hochdruckseite des Kreises an Heißwasser in dem sekundären Heißwasserkreis 13 bei dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 abgegeben, um so das Heißwasser zu erhitzen. Das Hochtemperatur-Heißwasser, welches so erhitzt wird, zirkuliert zu dem Heizkern 12, so dass das Innere des Passagier-Abteils geheizt werden kann. Es ist zu bemerken, dass die öffnende und schließende Steuerung der heißwasserseitigen öffnenden und schließenden Ventile 23, 26, wenn die Brennstoffzelle 10 in Betrieb gesetzt ist, in ähnlicher Weise wie in der ersten Ausführungsform (4) oder der zweiten Ausführungsform (5) durchgeführt werden kann.
  • Wenn als nächstes die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart gewählt wird, werden durch die Steuerung und Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 sowohl das primäre Bypass-Ventil 61 als auch das sekundäre Bypass-Ventil 62 geschlossen. Infolgedessen zirkuliert in dem Kälteerzeugungskreis R Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf, welcher an der Abgabeseite des Kompressors 27 beginnt und an der Saugseite desselben endet, dies über den Hochdruck-Kältemittel-Durchtrittsweg 20a des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 → die primäre Druckreduzierungseinrichtung 29 → den äußeren Wärmetauscher 18 → den hochdruckseitigen Kältemittel-Durchtrittsweg 32a des Innenwärmetauschers 32 → die sekundäre Druckreduzierungseinrichtung 30 → den inneren Wärmetauscher 31 → den Akkumulator 33 → den niedrigdruckseitigen Kältemittel-Durchtrittsweg 32b des Innenwärmetauschers 32.
  • In diesem Kältemittel-Strömungspfad arbeitet der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher 20 als ein hochdruckseitiger Kältemittelradiator. Andererseits arbeitet der innere Wärmetauscher 31 als ein niedrigdruckseitiger Kältemittelradiator. Durch Vorsehen dieses Aufbaus wird Luft niedriger Temperatur, welche in dem inneren Wärmetauscher 31 gekühlt und entfeuchtet wurde, wieder in dem Heizkern 12 erhitzt, um so das Innere des Passagier-Abteils zu entfeuchten und zu heizen.
  • Wenn in dieser Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart, wenn die primäre Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit einer niedrigen Auslasstemperatur gewählt wird, wird durch die Steuerung und Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 die Drosseldurchtrittsfläche der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 derart erhöht, dass der Druckverlust der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 reduziert wird, wohingegen die Drosseldurchtrittsfläche der sekundären Druckreduzierungseinrichtung 30 derart reduziert wird, dass der Druckverlust der sekundären Druckreduzierungseinrichtung 30 erhöht wird, wodurch, weil der äußere Wärmetauscher 18 als ein hochdruckseitiger Kältemittelradiator arbeitet, die Wärmeabgabemenge des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 reduziert ist, und es kann die primäre Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit einer niedrigen Auslasstemperatur ausgeführt werden.
  • Dahingegen wird, wenn die sekundäre Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit hoher Auslasstemperatur gewählt wird, durch die Steuerung und Ausgabe des Luftklimatisierungs-Steuergeräts 55 die Drosseldurchtrittsfläche der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 derart reduziert, dass der Druckverlust der primären Druckreduzierungseinrichtung 29 erhöht wird, wohingegen die Drosseldurchtrittsfläche der sekundären Druckreduzierungseinrichtung 30 derart erhöht wird, dass der Druckverlust der sekundären Druckreduzierungseinrichtung 30 reduziert ist, wodurch, weil der äußere Wärmetauscher 18 als ein niedrigdruckseitiger Kältemittelradiator arbeitet, die Wärmeabgabemenge des Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauschers 20 erhöht ist, und es kann die zweite Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart mit einer hohen Auslasstemperatur durchgeführt werden.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Während in den ersten bis vierten Ausführungsformen beide Heißwasserkreisläufe 11, 13 voneinander getrennt sind und die öffnenden und schließenden Ventile 23, 26, welche die Heißwasser-Durchtrittswege öffnen und schließen, als Ventileinrichtungen zum Vorsehen der Verbindung zwischen diesen verwendete werden, kann als diese Ventileinrichtung ein Ventil von Strömungsraten-regulierender Art verwendet werden, in welchem die Durchtrittsweg-Öffnungsfläche des Heißwasser-Durchtrittswegs kontinuierlich reguliert werden kann.
  • Folglich kann, im Falle dass dieses Ventil Strömungsraten-regulierender Art verwendet wird, dann, wenn ein Verbindungszustand zwischen den beiden Heißwasserkreisläufen 11, 13 beispielsweise gewählt wird, ein Ventil entsprechend dem öffnenden und schließenden Ventil 26 in einen Zustand gebracht werden, in welchem das Ventil ausgehend von einem vollständig geöffneten Zustand geringfügig gedrosselt ist, wohingegen ein Ventil entsprechend dem öffnenden und schließen den Ventil 23 in einen Zustand gebracht werden kann, in welchem das Ventil nicht vollständig geschlossen, sondern nur um eine geringfügige Öffnung geöffnet ist.
  • Während in der ersten Ausführungsform die Brennstoffzelle 10 als der in dem Fahrzeug eingebaute Wärmeerzeuger verwendet ist, um so die Heißwasserkreisläufe 11, 13 zu bilden, durch welchen Kühlmittel ein Zirkulieren ermöglicht ist, kann die Erfindung gleichermaßen auf einen Fall angewandt werden, in welchem anstelle der Brennstoffzelle 10 Antriebselektromotoren von Elektrofahrzeugen und Antriebsmaschinen von Hybridfahrzeugen als die Wärmeerzeuger verwendet werden, um so Heißwasserkreisläufe 11, 13 zu bilden, durch welche Kühlmittel dieser Wärmeerzeuger zirkuliert.
  • Zusätzlich kann, während in der ersten Ausführungsform das Beispiel beschrieben ist, in welchem Kohlendioxid (CO2) als Kältemittel verwendet ist und der Kälteerzeugungskreis R den Innenwärmetauscher 32 aufweist, die Erfindung auch gleichermaßen auf eine Fall angewandt werden, in welchem ein normales Fluorchlorkohlenwasserstoffsystem-Kältemittel und ein Kälteerzeugungskreis, welcher keinen Innenwärmetauscher 32 aufweist, verwendet werden.
  • Zusätzlich kann, während in der ersten, dritten und vierten Ausführungsform die Bypass-Durchtrittswege 39a, 39b auf den Seiten des Heißwassertyp-Heizkerns 12 ausgebildet sind und der Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 unter Verwendung der zwei Luftmischklappen 40a, 40b geöffnet und geschlossen wird, welche in gegenseitig abhängiger Weise betätigt werden, die Erfindung gleichermaßen auf einen im Abteil vorgesehenen Luftklimatisierungseinheitsabschnitt 35 von der Art angewandt werden, in welchem der Bypass-Durchtritt nur auf einer Seite des Heißwassertyp-Heizkerns 12 ausgebildet ist, und die eine Seite, einziger Bypass-Durchtrittsweg und Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns 12 durch eine einzelne Luftmischklappe geöffnet und geschlossen werden.
  • Des Weiteren kann, während in der ersten Ausführungsform in Schritt S130 in 3 festgestellt wird, ob oder ob nicht der Kühlbetriebsartschalter auf dem Luftklima tisierungs-Steuerpanel 56 betätigt ist, und durch Feststellen, dass der Kühlbetriebsartschalter betätigt ist, es festgestellt wird, dass ein Kühlbetriebsartbefehl an den inneren Wärmetauscher 31 ausgegeben wird, dieser Kühlbetriebsartschalter weggelassen werden und die Vorbedingungen für die Kühlbetriebsart des inneren Wärmetauschers 31 können automatisch auf der Grundlage der Ziel-Auslasstemperatur TAO, der Außenlufttemperatur und dergleichen festgestellt werden.
  • Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, welche für die Zwecke der Darstellung ausgewählt wurden, sollte ersichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen durch Fachleute an dieser ausgeführt werden können, ohne von dem Grundkonzept und dem Bereich der Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

  1. Fahrzeug-Klimatisierungssystem, umfassend: einen primären Heißwasserkreislauf, welcher einen Wärmeerzeuger enthält, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, und durch welchen ein den Wärmeerzeuger kühlendes Kühlmittel strömt; einen sekundären Heißwasserkreislauf, welcher einen Heißwassertyp-Heizkern enthält, welcher Passagier-Abteil-Auslassluft erhitzt und in welchem das Kühlmittel durch den Heißwassertyp-Heizkern strömt; Ventilmittel, welche geeignet sind, zwischen einem Absperrzustand, in welchem die Ventilmittel den primären Heißwasserkreislauf von dem sekundären Heißwasserkreislauf trennen, und einem Verbindungszustand, in welchem die Ventilmittel den primären Heißwasserkreislauf mit dem sekundären Heißwasserkreislauf verbinden, umzuschalten; einen Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher, der auf einer Abgabeseite eines Kompressors entlang eines Kälteerzeugungskreislaufs (R) zum Heizen des Kühlmittels in dem sekundären Heißwasserkreislauf auf Grund von Wärmeabgabe von einem Hochdruckkältemittel auf einer Abgabeseite des Kompressors vorgesehen ist; und ein primäres Steuermittel zum Steuern der Ventilmittel durch Vergleich einer Kühltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs mit einer Kühltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs; wobei das primäre Steuermittel derart steuert, dass die Ventilmittel in den Absperrzustand gebracht werden, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs niedriger als die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs ist, wohingegen dann, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs höher als die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs wird, die Ventilmittel in den Verbindungszustand gebracht werden.
  2. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 1, wobei das primäre Steuermittel als eine Bestimmungstemperatur eine vorbestimmte niedrige Temperatur einstellt, bei welcher das Aufwärmen des Wärmeerzeugers nötig ist, wodurch dann, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW1) des primären Heißwasserkreislaufs niedriger als die vorbestimmte niedrige Temperatur ist, die Ventileinrichtungen dahingehend gesteuert werden, zwangsweise in den Verbindungszustand gesetzt zu werden.
  3. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 1, wobei das Fahrzeug-Klimatisierungssystem des Weiteren einen inneren Wärmetauscher enthält, welcher an einer stromabwärtigen Seite einer Kältemittelströmung in dem Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher zum Heizen der Passagier-Abteil-Auslassluft durch die Wärmeabgabe von dem Hochdruck-Kältemittel beim Heizbetrieb angeschlossen ist.
  4. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 3, wobei der innere Wärmetauscher auf einer stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns in einem Durchtrittsweg von Passagier-Abteil-Auslassluft angeordnet ist, wobei Bypass-Durchtrittswege, welche den Heißwassertyp-Heizkern und Klappeneinrichtungen umgehen, welche einen Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns öffnen und schließen, und wobei die Bypass-Durchtrittswege in dem Durchtrittsweg von Passagier-Abteil-Auslassluft angeordnet sind, und wobei des Weiteren ein sekundäres Steuermittel zum Steuern der Klappenmittel durch Vergleichen einer Lufttemperatur (TE), welche nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher resultiert, mit der Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs, vorgesehen ist, wobei in der Heizbetriebsart das sekundäre Steuermittel derart steuert, dass die Klappenmittel in Stellungen angeordnet sind, in welchen die Klappenmittel die Luftdurchtrittswege des Heißwassertyp-Heizkerns vollständig schließen, wenn die Lufttemperatur (TE), welche nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetau scher resultiert, höher als die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs ist, wohingegen dann, wenn die Kühlmitteltemperatur (TW2) des sekundären Heißwasserkreislaufs höher als die Lufttemperatur (TE) ist, welche nach dem Durchtritt durch den inneren Wärmetauscher resultiert, die Klappeneinrichtungen in Stellungen angeordnet werden, in welchen die Klappenmittel den Luftdurchtrittsweg des Heißwassertyp-Heizkerns öffnen.
  5. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 3, wobei der Kälteerzeugungskreis (R) die Heizbetriebsart, eine Kühlbetriebsart, welche dem inneren Wärmetauscher ermöglicht, als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf einer Niedrigdruckseite davon zu arbeiten, und eine Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart umfasst, welche dem in dem Abteil vorgesehenen Wärmetauscher ermöglicht, als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf der Niedrigdruckseite davon zu arbeiten und in welchem die Kühlluft des inneren Wärmetauschers durch den Heißwassertyp-Heizkern in der Weise geheizt wird, dass die Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart ausgetauscht werden.
  6. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 1, umfassend einen inneren Wärmetauscher, welcher auf der Niedrigdruckseite des Kälteerzeugungskreises (R) zum Kühlen der Passagier-Abteil-Auslassluft durch Arbeiten als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf der Niedrigdruckseite in der Kühlbetriebsart arbeitet, und wobei ein Niedrigdruck-Kältemittel des Kälteerzeugungskreises (R) unter Umgehung des inneren Wärmetauschers in der Heizbetriebsart strömt.
  7. Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 6, wobei der innere Wärmetauscher an einer stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns in einem Durchtrittsweg der Passagier-Abteil-Auslassluft angeordnet ist, und wobei der Kälteerzeugungskreis (R) die Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart umfasst, welche es dem inneren Wärmetauscher ermöglicht, als ein Kältemittel-Wärmeabsorbierer auf der Niedrigdruck seite davon zu arbeiten, und in welchem Kühlluft des inneren Wärmetauschers durch den Heißwassertyp-Heizkern in der Weise erhitzt wird, dass die Heizbetriebsart, die Kühlbetriebsart und die Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart umgetauscht werden.
  8. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Kühlmittel/Kältemittel-Wärmetauscher auf der stromaufwärtigen Seite des Heißwassertyp-Heizkerns in dem sekundären Heißwasserkreislauf angeordnet ist.
  9. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 1, wobei ein Kältemittel in dem Kälteerzeugungskreis (R) Kohlendioxid ist.
  10. Fahrzeug-Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmeerzeuger eine Brennstoffzelle ist.
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