DE102005049831B4

DE102005049831B4 - Dampfkompressionskühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102005049831B4
Application number: DE102005049831.0A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Inaba; Yasushi Yamanaka; Koichi Ban; Takashi Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: US20060080985A1; US7536869B2; JP2006118754A; JP4654655B2; DE102005049831A1

Abstract

Dampfkompressionskühlvorrichtung, mit einem Kühlkreis (200) mit einer Kompressorvorrichtung (210), einer Kondensatorvorrichtung (220, 220a), einer Druckverminderungsvorrichtung (240) und einem Verdampfapparat (250), wobei ein Kältemittel in dem Kühlkreis (200) zirkuliert wird, um einen Kühlvorgang durchzuführen; einem Clausius-Rankine-Kreis (300) mit einer Pumpe (310) zum Auspumpen des Kältemittels, einer Heizvorrichtung (320) zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung einer Abwärme von einer Wärmeerzeugungsvorrichtung (10), einer Expansionsvorrichtung (330) und der Kondensatorvorrichtung (220, 220a), wobei das Kältemittel in dem Clausius-Rankine-Kreis (300) zirkuliert wird, um an der Expansionsvorrichtung (330) durch eine Expansion des durch die Heizvorrichtung (320) geheizten Kältemittels eine Antriebskraft zu erzeugen; und einem Wärmepumpenkreis (400) mit einem die Pumpe (310) umgehenden Pumpenbypasskanal (410) und einer in dem Pumpenbypasskanal (410) vorgesehenen Drossel (412), wobei das Kältemittel von der Kompressorvorrichtung (210) durch die Heizvorrichtung (320), den Pumpenbypasskanal (410) und die Kondensatorvorrichtung (220, 220a) zirkuliert wird, um einen Wärmeabsorptionsvorgang an der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) durchzuführen und einen Heizvorgang an der Heizvorrichtung (320) durchzuführen, sodass die Wärmeerzeugungsvorrichtung (10) durch den Heizvorgang an der Heizvorrichtung (320) geheizt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfkompressionskühlvorrichtung mit einem Clausius-Rankine-Kreis zum Sammeln einer Antriebskraft unter Verwendung einer Abwärme von einem Wärmeerzeugungsgerät sowie einem Wärmepumpenkreis zum Heizen des Wärmeerzeugungsgeräts, und sie betrifft insbesondere eine Dampfkompressionskühlvorrichtung, die bei einem Fahrzeug-Klimasystem eingesetzt werden soll.
In einer herkömmlichen Dampfkompressionskühlvorrichtung, wie sie zum Beispiel in dem japanischen Patent Nr. 2540738 offenbart ist, wird eine Komponente (ein Kondensator) eines Kühlkreises allgemein zum Bilden eines Clausius-Rankine-Kreises benutzt, Abwärme eines Kraftfahrzeugmotors (eines Wärmeerzeugungsgeräts) wird als Antriebskraft durch eine Expansionsvorrichtung, die allgemein als eine Kompressorvorrichtung benutzt wird, gesammelt, und die gesammelte Antriebskraft wird an den Motor angelegt (zurückgeführt).
Die Abwärme des Motors wird auch als eine Wärmequelle für einen Heizvorgang verwendet, in dem die Abwärme einem Heizer eines Heizerkreises zugeführt wird.
Eine Betriebsrate eines Motors wird auf einen niedrigeren Wert gesetzt, wenn ein Hybridfahrzeug, das in den letzten Jahren beliebt geworden ist, mit einer niedrigen Geschwindigkeit fährt. Wenn eine in dem Motor erzeugte Wärmemenge (Abwärme) klein ist, gibt es ein Problem dahingehend, dass eine unzureichende Menge der Abwärme, insbesondere im Winter, nicht vom Motor zu dem Heizer als Heizquelle zugeführt werden kann. Es ist deshalb notwendig, den Motor beim langsam fahrenden Hybridfahrzeug zu betreiben, um die Wärmequelle für den Heizer zu erhalten, selbst wenn dies für den Kraftstoffverbrauch ungünstig ist.
In einem gewöhnlichen Fahrzeug wird eine Menge Abwärme vom Motor als Ergebnis von Entwicklungen für Hochleistungsmotoren kleiner. Ein ähnliches Problem beim Ausgehen der Wärmequelle für den Heizer tritt im gewöhnlichen Fahrzeug wie im Hybridfahrzeug auf. Im gewöhnlichen Fahrzeug ist zum Beispiel ein PTC-Heizer vorgesehen, um ein Defizit der Wärmeenergie auszugleichen. Eine solche Vorrichtung ist jedoch kostenintensiv.
JP 2004-278459 A zeigt eine Dampfkompressions-Kühlvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Kühlkreis und einem Clausius-Rankine-Kreis. Ferner ist eine Dampfkompressions-Kühlvorrichtung mit einem Heißwasserkreis einem Kühlkreis sowie in einer Heizvorrichtung beschrieben.
EP 1 441 121 A2 beschreibt eine andere Dampfkompressions-Kühlvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme gemacht. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfkompressionskühlvorrichtung vorzusehen, die einen Clausius-Rankine-Kreis zum effektiven Verwenden einer Abwärme von einer Wärmeerzeugungsvorrichtung aufweist, wobei es auch möglich ist, Wärme zu erzeugen, wenn die Menge der Abwärme von der Wärmeerzeugungsvorrichtung klein ist, und ein Defizit der Wärmeenergie für solche Vorrichtung auszugleichen, welche gewöhnlich durch die Abwärme betrieben werden.
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine Dampfkompressionskühlvorrichtung auf: einen Kühlkreis (200) mit einer Kompressorvorrichtung (210), einer Kondensatorvorrichtung (220, 220a), einer Druckverminderungsvorrichtung (240) und einem Verdampfapparat (250), wobei ein Kältemittel in dem Kühlkreis (200) zirkuliert wird, um einen Kühlbetrieb durchzuführen; einen Clausius-Rankine-Kreis (300) mit einer Pumpe (310) zum Auspumpen des Kältemittels, einer Heizvorrichtung (320) zum Heizen des Kältemittels durch Verwenden von Abwärme von einer Wärmeerzeugungsvorrichtung (10), einer Expansionsvorrichtung (330) und der Kondensatorvorrichtung (220, 220a), wobei das Kältemittel in dem Clausius-Rankine-Kreis (300) zirkuliert wird, um eine Antriebskraft an der Expansionsvorrichtung (330) durch eine Expansion des durch die Heizvorrichtung (320) geheizten Kältemittels zu erzeugen; und einen Wärmepumpenkreis (400) mit einem Pumpenbypasskanal (410) an der Pumpe (310) vorbei und einer in dem Pumpenbypasskanal (410) vorgesehenen Drossel (412). In dieser Dampfkompressionskühlvorrichtung wird das Kältemittel von der Kompressorvorrichtung (210) durch die Heizvorrichtung (320), den Pumpenbypasskanal (410) und die Kondensatorvorrichtung (220, 220a) zirkuliert, um einen Wärmeabsorptionsvorgang an der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) durchzuführen und einen Heizvorgang an der Heizvorrichtung (320) durchzuführen, sodass die Wärmeerzeugungsvorrichtung (10) durch den Heizbetrieb an der Heizvorrichtung (320) geheizt wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine Dampfkompressionskühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug auf: einen Heißwasserkreis (20) zum Zirkulieren eines Motorkühlwassers zum Kühlen eines Motors (10) des Kraftfahrzeugs, wobei der Heißwasserkreis (20) eine Wasserpumpe (22) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers, einen Kühler (23) zum Abstrahlen von Wärme von dem Motorkühlwasser an Außenluft sowie einen Heizkern (26) für ein Fahrzeug-Klimasystem, durch welchen das Motorkühlwasser strömt, aufweist. Die Vorrichtung weist ferner einen Kühlkreis (200) für das Fahrzeug-Klimasystem auf, wobei der Kühlkreis eine Kompressorvorrichtung (210), eine Kondensatorvorrichtung (220, 220a), eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (230), einen Verdampfapparat (250) und einen Speicher (420) zum Bilden eines Kältemittelskanals des Kühlkreises (200) aufweist. Die Vorrichtung weist ferner eine Heizvorrichtung (320) auf, die sowohl in dem Heißwasserkreis (200) als auch in dem Kältemittelkanal des Kühlkreises (200) vorgesehen ist, sodass das durch die Kompressorvorrichtung (210) komprimierte Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel durch die Heizvorrichtung (320) strömt, um das Motorkühlwasser zu heizen, wenn das Motorkühlwasser auf einer niedrigen Temperatur ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die obige Dampfkompressionskühlvorrichtung einen Clausius-Rankine-Kreis (300) zum Sammeln von Abwärme von dem Motor (10) auf, wobei der Clausius-Rankine-Kreis (300) die Heizvorrichtung (320), eine Expansionsvorrichtung (330), einen zweiten Bypasskanal (302), ein Schaltventil (110), die Kondensatorvorrichtung (220, 220a), eine Flüssigkeitspumpe (310) zum Zirkulieren des Kältemittels in dem Clausius-Rankine-Kreis (300) und einen ersten Bypasskanal (301) zum Bilden eines Kältemittelkanals für den Clausius-Rankine-Kreis (300) aufweist. Die Vorrichtung besitzt ferner eine elektrische Drehvorrichtung (212), die mit der Expansionsvorrichtung (330) wirkverbunden ist. In der obigen Vorrichtung steht eine Einlassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) mit einer Auslassseite der Expansionsvorrichtung (330) durch einen Schaltvorgang des Schaltventils (110) in Verbindung, während eine Auslassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) mit einer Einlassseite der Heizvorrichtung (320) durch den ersten Bypasskanal (301) in Verbindung steht, wenn der Clausius-Rankine-Kreis in Betrieb ist, und das Kältemittel wird an der Heizvorrichtung (320) geheizt und das überhitzte Kältemittel wird in die Expansionsvorrichtung (330) geleitet, sodass das Kältemittel in der Expansionsvorrichtung (330) ausgedehnt wird, um eine Antriebskraft zum Drehen der elektrischen Drehvorrichtung (212) zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die obige Dampfkompressionskühlvorrichtung ferner einen Wärmepumpenkreis (400) auf, der die Kompressorvorrichtung (210), die Heizvorrichtung (320), den ersten Bypasskanal (301), einen Pumpenbypasskanal (410), ein in dem Pumpenbypasskanal (410) vorgesehenes und den Pumpenbypasskanal (410) bei Betrieb des Wärmepumpenkreises (400) öffnendes EIN/AUS-Ventil (411), eine in dem Pumpenbypasskanal (410) vorgesehene Drossel (412) zum Einschränken eines Strömungskanals davon, die Kondensatorvorrichtung (220, 220a), das Schaltventil (110), den zweiten Bypasskanal (302) und den Speicher (420) zum Bilden eines Kältemittelkanals für den Wärmepumpenkreis (400) aufweist. In der obigen Vorrichtung steht eine Auslassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) mit der Einlassseite der Kompressorvorrichtung (210) durch den Schaltvorgang des Schaltventils (110) in Verbindung, während eine Einlassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) mit einer Auslassseite der Heizvorrichtung (320) durch den Pumpenbypasskanal (410) und den ersten Bypasskanal (301) in Verbindung steht, wenn der Wärmpumpenkreis in Betrieb ist, und das durch die Kompressorvorrichtung (210) komprimierte Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel strömt durch die Heizvorrichtung (320), um das Motorkühlwasser zu heizen, wenn das Motorkühlwasser auf einer niedrigen Temperatur ist.
Obige sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen selbstverständlich. Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Systemaufbaus einer Dampfkompressionskühlvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung des gleichen Systemaufbaus von 1, wobei Ströme des Motorkühlwassers und des Kältemittels durch Pfeile angezeigt sind, wenn das System in einem Kühlmodus arbeitet;
3 ebenfalls eine schematische Darstellung des gleichen Systemaufbaus von 1, wobei Ströme des Motorkühlwassers und des Kältemittels durch Pfeile angezeigt sind, wenn das System in einem Kühl- und Heizmodus arbeitet;
4 ebenfalls eine schematische Darstellung des gleichen Systemaufbaus von 1, wobei Ströme des Motorkühlwassers und des Kältemittels durch Pfeile angezeigt sind, wenn das System in einem Stromerzeugungsmodus mit dem Clausius-Rankine-Kreis arbeitet;
5 ebenfalls eine schematische Darstellung des gleichen Systemaufbaus von 1, wobei Ströme des Motorkühlwassers und des Kältemittels durch Pfeile angezeigt sind, wenn das System in einem Heizmodus mit einem Wärmepumpenkreis arbeitet;
6 ebenfalls eine schematische Darstellung eines Systemaufbaus einer Dampfkompressionskühlvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung eines modifizierten Systemaufbaus des zweiten Ausführungsbeispiels;
8 eine schematische Darstellung eines Systemaufbaus einer Dampfkompressionskühlvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
9 eine schematische Darstellung eines modifizierten Systemaufbaus des dritten Ausführungsbeispiels.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Dampfkompressionskühlvorrichtung 100, die auf einen Motor (Verbrennungsmotor) 10 des Wasserkühlungstyps angewendet ist. Der Motor 10 entspricht einer Wärmeerzeugungsvorrichtung, die als Ergebnis einer Steuerung einer Betriebstemperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung Abwärme erzeugt.
Die Dampfkompressionskühlvorrichtung 100 (nachfolgend auch einfach als die Kühlvorrichtung bezeichnet) weist einen wohlbekannten Kühlkreis 200 auf, in dem ein Clausius-Rankine-Kreis 300 und ein Wärmepumpenkreis 400 integriert sind.
Eine Kompressorvorrichtung 210 ist im Kühlkreis 200 zum Ansaugen eines Kältemittels und Komprimieren desselben auf ein Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel vorgesehen, wobei die Kompressorvorrichtung 210 als eine Expansions/Kompressor-Vorrichtung 210 ausgebildet ist, die auch als eine Expansionsvorrichtung 330 für den Clausius-Rankine-Kreis 300 benutzt wird. Die Kompressorvorrichtung 210 (die Expansionsvorrichtung 330) ist zum Beispiel als eine Fluidmaschine des Spiraltyps aufgebaut, und ein Steuerventil 211 ist an einer Hochdruckseite der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 vorgesehen. Das Steuerventil 211 wechselt die Betriebsmodi der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201, wobei das Steuerventil 211 als ein Ausgabeventil (ein Rückschlagventil) arbeitet, wenn die Vorrichtung 201 als die Kompressorvorrichtung 210 arbeitet (ein Betrieb mit einer Vorwärtsdrehung), während das Steuerventil 211 als ein Ventil zum Öffnen eines Kältemittelkanals einer Hochdruckseite betätigt wird, wenn die Vorrichtung 201 als die Expansionsvorrichtung 330 (ein Betrieb mit einer Rückwärtsdrehung) betrieben wird. Eine elektrische Drehvorrichtung 212, die beide Funktionen eines Stromgenerators und eines Elektromotors hat, ist mit der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 (der Kompressorvorrichtung 210, der Expansionsvorrichtung 330) verbunden.
Ein Kondensator 220 (auch als eine Kondensatorvorrichtung bezeichnet) ist an einer Ausgabeseite der Kompressorvorrichtung 210 zum Abkühlen des Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittels vorgesehen, um dieses zu kondensieren (zu verflüssigen). Ein Kondensatorlüfter 221 bläst Kühlluft (Außenluft) zum Kondensator 220.
Eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 ist ein Auffanggefäß zum Trennen des Kältemittels (das im Kondensator 220 kondensiert) in ein Gasphasenkältemittel und ein Flüssigphasenkältemittel, um das Flüssigphasenkältemittel auszuströmen. Eine Druckverminderungsvorrichtung 240 ist ein temperaturabhängiges Expansionsventil zur Druckverminderung des an der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 getrennten Flüssigphasenkältemittels, wobei ein Öffnungsgrad des Ventils so gesteuert wird, dass das Kältemittel in einer isenthalphischen Weise im Druck vermindert wird und dass ein Überhitzungsgrad des in die Kompressorvorrichtung 210 zu saugenden Kältemittels auf einen vorbestimmten Wert geregelt wird.
Ein Verdampfapparat 250 ist ein Wärmetauscher zum Durchführen eines Wärmeabsorptionsvorgangs durch Verdampfen des durch die Druckverminderungsvorrichtung 240 im Druck verminderten Kältemittels, um Luft außerhalb eines Fahrzeugs (die Außenluft) oder Luft innerhalb des Fahrzeugs (die Innenluft), die in eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs durch den Verdampfapparat 250 durch einen Lüfter 251 geblasen wird, abzukühlen. Ein Rückschlagventil 252 ist an einer Kältemittelauslassseite des Verdampfapparats 250 vorgesehen, um das Kältemittel nur von dem Verdampfapparat 250 zu der Kompressorvorrichtung 210 strömen zu lassen.
Die obige Kompressorvorrichtung 210, der Kondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230, die Druckverminderungsvorrichtung 240 und der Verdampfapparat 250 bilden den Kühlkreis 200 zum Übertragen der Wärme von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite.
Der Kondensator 220 wird allgemein sowohl im Kühlkreis 200 als auch im Clausius-Rankine-Kreis 300 benutzt. Ein erster Bypasskanal 301 ist zwischen der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und einer Verbindungsstelle A, die ein Zwischenpunkt zwischen dem Kondensator 220 und der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 ist, vorgesehen, wobei der erste Bypasskanal 301 an dem Kondensator 220 vorbei führt. Ein zweiter Bypasskanal 302 ist zwischen Verbindungsstellen B und C vorgesehen, wobei die Verbindungsstelle B ein Zwischenpunkt zwischen der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 und dem Rückschlagventil 252 ist, während die Verbindungsstelle C ein Zwischenpunkt zwischen dem Kondensator 220 und der Verbindungsstelle A ist. Der Clausius-Rankine-Kreis 300 ist in der folgenden Weise gebildet.
Eine Flüssigkeitspumpe 310 ist in dem ersten Bypasskanal 301 zum Zirkulieren des in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 getrennten Flüssigphasenkältemittels vorgesehen. Die Flüssigkeitspumpe 310 weist eine elektrisch angetriebene Pumpe auf, deren Betrieb durch eine Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert wird. Eine Heizvorrichtung 320 ist zwischen der Verbindungsstelle A und der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 vorgesehen.
Die Heizvorrichtung 320 ist ein Wärmetauscher zum Heizen des Kältemittels durch einen Wärmeaustausch zwischen dem durch die Flüssigkeitspumpe 310 zugeführten Kältemittel und dem Motorkühlwasser (heißes Wasser) eines Motorkühlkreises 20 (Heißwasserkreis) für den Motor 10. Ein Dreiwegeventil 21 ist in dem Heißwasserkreis zum Schalten von einem Wasserumlaufmodus (zu der Heizvorrichtung 320) in einen Wassernichtumlaufmodus und umgekehrt vorgesehen, sodass das heiße Wasser von dem Motor 10 so gesteuert wird, dass es der Heizvorrichtung 320 zugeführt wird oder nicht zugeführt wird. Ein Schaltvorgang des Dreiwegeventils 21 wird durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert.
Eine Wasserpumpe 22, die zum Beispiel eine durch den Motor 10 angetriebene mechanische Pumpe ist, ist in dem Heißwasserkreis 20 zum Zirkulieren des Motorkühlwassers vorgesehen, und ein Kühler 23 ist ein Wärmetauscher zum Wärmeaustausch des Motorkühlwassers mit der Außenluft zum Abkühlen des Motorkühlwassers. Eine Bezugsziffer 24 bezeichnet einen Kühlerbypasskanal zum Umgehen des Kühlers 23, und eine Bezugsziffer 25 ist ein Strömungsregelventil zum Steuern einer Strömungsmenge des durch den Kühler 23 strömenden Motorkühlwassers und der Strömungsmenge des durch den Kühlerbypasskanal 24 strömenden Motorkühlwassers. Ein Heizerkern 26 (auch als eine Heizvorrichtung bezeichnet) für das Klimasystem ist in dem Heißwasserkreis 20 vorgesehen, wobei der Heizerkern die Luft mittels des Motorkühlwassers als eine Heizquelle heizt.
Ein Betriebskreisschaltventil 110 ist in dem zweiten Bypasskanal 302 an einem Verbindungsteil auf der Kondensatorseite vorgesehen. Das Schaltventil 110 ist ein Ventil zum Schalten des Betriebskreises zu einem des Kühlkreises 200, des Clausius-Rankine-Kreises 300 und des Wärmepumpenkreises 400 durch Öffnen eines der Kanäle zu der Verbindungsstelle A und der Verbindungsstelle B. Ein Schaltvorgang des Schaltventils 110 wird durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert.
Der Clausius-Rankine-Kreis 300 ist durch die Flüssigkeitspumpe 310, den ersten Bypasskanal 301, die Heizvorrichtung 320, die Expansionsvorrichtung 330, den zweiten Bypasskanal 302, den Kondensator 220, usw. zum Erzeugen der Antriebskraft an der Expansionsvorrichtung 330 durch Sammeln der Abwärme von dem Motor 10 gebildet.
Der Wärmepumpenkreis 400 ist durch Hinzufügen eines Flüssigkeitspumpenbypasskanals 410 zu dem Clausius-Rankine-Kreis 300 gebildet.
Der Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410 umgeht die Flüssigkeitspumpe 310, und ein EIN/AUS-Ventil 411 zum Öffnen oder Schließen des Bypasskanals 410 und eine Drossel 412 sind in dem Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410 vorgesehen. Ein Öffnungsgrad der Drossel 412 ist auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Ein Betrieb des EIN/AUS-Ventils 411 wird durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert. Ein Speicher 420 ist zwischen der Verbindungsstelle B und der Kompressorvorrichtung 210 zum Trennen des Kältemittels in dem Kreis in das Gasphasenkältemittel und das Flüssigphasenkältemittel vorgesehen, um das Gasphasenkältemittel zu der Kompressorvorrichtung 210 zu leiten.
Der Wärmepumpenkreis 400 ist durch die Kompressorvorrichtung 210, die Heizvorrichtung 320, den Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410, die Drossel 412, den Kondensator 220, den Speicher 420, usw. gebildet. Der Kondensator 220 arbeitet als ein Wärmetauscher im Wärmepumpenkreis 400 zum Absorbieren der Wärme von außen, während die Heizvorrichtung 320 als ein Wärmetauscher zum Heizen des Motorkühlwassers durch das Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel aus der Kompressorvorrichtung 210 arbeitet.
Eine Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels wird Bezug nehmend auf 2 bis 5 erläutert.
(Kühlmodus: Fig. 2)
Im Kühlmodus wird der Kühlkreis 200 betrieben, wobei das Kältemittel am Kondensator 220 abgekühlt wird und die Kühlleistung am Verdampfapparat 250 erbracht wird, wie in 2 dargestellt. Gemäß dem Kühlkreis 200 des Ausführungsbeispiels wird eine am Verdampfapparat 250 erzeugte thermische Energie (Kühlenergie) für einen Kühlvorgang und einen Entfeuchtungsvorgang basierend auf einer Wärmeabsorptionsfunktion benutzt, während eine am Kondensator 220 erzeugte thermische Energie (Heizenergie) nicht für den Heizvorgang des Klimasystems benutzt wird. Die Funktionsweise des Kühlkreises 200 im Heizbetrieb ist gleich jener im Kühlbetrieb und Entfeuchtungsbetrieb.
Insbesondere wird das Schaltventil 110 durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) betätigt, um den Kondensator 220 mit der Verbindungsstelle A zu verbinden, und das Dreiwegeventil 21 wird durch die Steuereinheit so betätigt, dass das Motorkühlwasser daran gehindert ist, in die Heizvorrichtung 320 zu strömen, wie durch Pfeile einer gestrichelten Linie angezeigt. Das Steuerventil 211 wird geschaltet, um als Ausgabeventil zu arbeiten, der Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 wird gestoppt, und das EIN/AUS-Ventil 411 wird geschlossen. Ferner wird die elektrische Drehvorrichtung 212 als Elektromotor betrieben (Drehung in einer Vorwärtsrichtung), und die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 wird als Kompressorvorrichtung 210 betrieben.
Das Kältemittel wird durch die Kompressorvorrichtung 210, die Heizvorrichtung 320, das Schaltventil 110, den Kondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230, die Druckverminderungsvorrichtung 240, den Verdampfapparat 250, das Rückschlagventil 252 und den Speicher 420 zirkuliert, wie durch Pfeile einer durchgezogenen Linie angezeigt. Da das Motorkühlwasser (heißes Wasser) nicht durch die Heizvorrichtung 320 zirkuliert wird, wird die Heizvorrichtung 320 einfach als ein Kältemittelkanal in diesem Betriebsmodus betrieben.
Das an der Kompressorvorrichtung 210 komprimierte Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel wird am Kondensator 220 durch die zu kondensierende Außenluft abgekühlt, an der Druckverminderungsvorrichtung 240 im Druck vermindert und am Verdampfapparat 250 verdampft, um die Wärme aus der Luft zu absorbieren, die in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs geblasen werden soll. Das verdampfte Gasphasenkältemittel wird wieder in die Kompressorvorrichtung 210 zirkuliert.
(Kühl- und Heizmodus: Fig. 3)
Dies ist ein Betriebsmodus, wie in 3 dargestellt, in dem das Motorkühlwasser aktiv geheizt wird, wenn das Motorkühlwasser auf einer niedrigen Temperatur ist, zum Beispiel in einer Periode kurz nach einem Start des Motorbetriebs, und wenn der Kühlvorgang des Kühlkreises wie oben beschrieben durchzuführen ist.
Insbesondere wird das Dreiwegeventil 21 zu einer Position geschaltet, in welcher das Motorkühlwasser in die Heizvorrichtung 320 strömen kann, wie durch Pfeile der gestrichelten Linie angezeigt. Die anderen Zustände, wie beispielsweise das Schaltventil 110, das EIN/AUS-Ventil 411 und dergleichen sind gleich dem in 2 gezeigten Kühlmodus.
In diesem Betriebsmodus ist die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger als jene des an der Kompressorvorrichtung 210 komprimierten Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittels, der Wärmeaustausch wird an der Heizvorrichtung 320 zwischen dem Motorkühlwasser und dem Kältemittel ausgeführt, und dadurch wird das Motorkühlwasser geheizt. Mit anderen Worten wird das Kältemittel an der Heizvorrichtung 320 abgekühlt. Wie oben erläutert, wird die Heizvorrichtung 320 in dem Kühl- und Heizmodus als Wärmetauscher zum Abstrahlen der Wärme von dem Kältemittel an das Motorkühlwasser betrieben.
(Stromerzeugungsmodus mit Clausius-Rankine-Kreis: Fig. 4)
Dies ist ein Betriebsmodus, in dem der Clausius-Rankine-Kreis 300 betrieben wird, um Energie aus Abwärme des Motors 10 zu sammeln, sodass die gesammelte Energie für andere Komponenten und Vorrichtungen verwendet werden kann.
Insbesondere wird das Schaltventil 110, wie in 4 dargestellt, durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) zu einer Position geschaltet, an der der Kondensator 220 mit der Verbindungsstelle B (dem zweiten Bypasskanal 302) in Verbindung steht, das Dreiwegeventil 21 wird in die Position geschaltet, in welcher das Motorkühlwasser in die Heizvorrichtung 320 strömen kann, wie durch Pfeile der gestrichelten Linie angezeigt. Das Steuerventil 211 wird geöffnet, der Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 wird gestartet, und das EIN/AUS-Ventil 411 wird geschlossen. Und die elektrische Drehvorrichtung 212 wird als Stromgenerator betrieben.
In diesem Betriebsmodus wird das Kältemittel durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230, den ersten Bypasskanal 301, die Flüssigkeitspumpe 310, die Heizvorrichtung 320, die Expansionsvorrichtung 330, den Speicher 420, den zweiten Bypasskanal 310, das Schaltventil 110 und den Kondensator 220 zirkuliert, wie durch einen Pfeil der durchgezogenen Linie angezeigt.
Das überhitzte und verdampfte Kältemittel, das durch die Heizvorrichtung 320 geheizt wird, wird in die Expansionsvorrichtung 330 geleitet und in der Expansionsvorrichtung 330 in isentroper Weise ausgedehnt, um seine Enthalpie zu verringern. Als Ergebnis wird durch die Expansionsvorrichtung 330 eine mechanische Energie entsprechend einer solchen verringerten Enthalpie an die elektrische Drehvorrichtung 212 gegeben. Das heißt, die Expansionsvorrichtung 330 wird durch die Expansion des überhitzten Kältemittels gedreht, um die elektrische Drehvorrichtung 212 (den Stromgenerator, dessen Drehung in der Rückwärtsrichtung ist) zu drehen. Der an der elektrischen Drehvorrichtung 212 erzeugte Strom wird in eine Batterie oder in einen Kondensator geladen oder zum Antreiben der anderen Komponenten und Vorrichtungen verwendet.
Das aus der Expansionsvorrichtung 330 ausströmende Kältemittel wird an dem Kondensator 220 abgekühlt, um kondensiert zu werden, und in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 gespeichert. Das Flüssigphasenkältemittel wird aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 durch den Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 der Heizvorrichtung 320 zugeleitet. Die Flüssigkeitspumpe 310 führt das Flüssigphasenkältemittel der Heizvorrichtung 320 mit einem solchen Druck zu, bei dem das an der Heizvorrichtung 320 geheizte überhitzte Kältemittel nicht zu der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 zurück strömen kann.
(Heizmodus mit dem Wärmepumpenkreis: Fig. 5)
Dies ist ein Betriebsmodus, in dem das Motorkühlwasser durch einen Betrieb des Wärmepumpenkreises 400 aktiv geheizt wird, wenn das Motorkühlwasser zum Beispiel in der Periode kurz nach einem Start des Motorbetriebs auf einer niedrigen Temperatur ist und wenn der Kühlvorgang durch den Kühlkreis nicht erforderlich ist.
Insbesondere wird das Schaltventil 110, wie in 5 dargestellt, durch die Steuereinheit (nicht dargestellt) in die Position gewechselt, an der der Kondensator 220 mit der Verbindungsstelle B (dem zweiten Bypasskanal 302) in Verbindung steht, und das Dreiwegeventil 21 wird in die Position geschaltet, in welcher das Motorkühlwasser in die Heizvorrichtung 320 strömen kann, wie durch Pfeile der gestrichelten Linie angezeigt. Das Steuerventil 211 wird in einen als Ausgabeventil arbeitenden Ventilmodus geschaltet, der Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 wird gestoppt, und das EIN/AUS-Ventil 411 wird geöffnet. Und die elektrische Drehvorrichtung 212 wird als Elektromotor (Drehung ist in der Vorwärtsrichtung) betrieben, und die Expansions/Kompressions-Vorrichtung 201 wird als Kompressorvorrichtung 210 betrieben.
Das Kältemittel wird in diesem Betriebsmodus durch den Kompressor 210, die Heizvorrichtung 320, den ersten Bypasskanal 301, den Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410, das EIN/AUS-Ventil 411, die Drossel 412, den Kondensator 220, das Schaltventil 110, den zweiten Bypasskanal 302 und den Speicher 420 zirkuliert, wie durch Pfeile der durchgezogenen Linie angezeigt.
In der gleichen Weise wie bei dem obigen in 3 dargestellten Kühl- und Heizmodus wird der Wärmeaustausch an der Heizvorrichtung 320 zwischen dem Kältemittel und dem Motorkühlwasser durchgeführt, sodass das Motorkühlwasser geheizt wird. Das Kältemittel im Wärmepumpenkreis wird durch die Drossel 412 im Druck vermindert und an dem Kondensator 220 durch Absorbieren der Wärme aus der Außenluft verdampft. Das am Kondensator 220 verdampfte Gasphasenkältemittel wird in den Speicher 420 geleitet, in dem das Kältemittel in das Gasphasen- und das Flüssigphasenkältemittel getrennt wird, und das Gasphasenkältemittel wird wieder in die Kompressorvorrichtung 210 gleitet.
Wie oben erläutert, wird im Heizmodus mit dem Wärmepumpenkreis die Heizvorrichtung 320 als Wärmetauscher zum Abstrahlen der Wärme von dem Kältemittel an das Motorkühlwasser betrieben, und der Kondensator 220 wird als Wärmetauscher zum Absorbieren der Wärme von der Außenluft in das Kältemittel betrieben.
Gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel ist der Clausius-Rankine-Kreis 300 vorgesehen, in dem der Kondensator 220 für den Kühlkreis 200 gemeinsam benutzt wird. Als Ergebnis kann die mechanische Kraft durch die Expansionsvorrichtung 330 gesammelt werden, um den Strom zu erzeugen, indem der Clausius-Rankine-Kreis betrieben wird, wenn der Betrieb des Kühlkreises 200 nicht erforderlich ist. Die Abwärme des Motors 10 kann so effektiv genutzt werden. Sonst würde die Wärmeenergie des Motors durch den Kühler an die Umgebungsluft abgestrahlt werden. Als Folge kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
Ferner ist gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel der Wärmepumpenkreis 400 weiter zu dem Clausius-Rankine-Kreis 300 vorgesehen. Deshalb kann das Motorkühlwasser durch die Heizvorrichtung 320 geheizt werden, indem der Wärmepumpenkreis 400 benutzt wird, wenn der Betrieb des Kühlkreises nicht erforderlich ist und die am Motor erzeugte Wärme (die Abwärme) klein ist. Als Ergebnis kann eine Leistung des Motoraufwärmvorgangs verbessert werden. Außerdem kann ein Mangel der Heizkapazität am Heizerkern 26, der durch das Motorkühlwasser als seine Heizquelle betrieben wird, kompensiert werden.
Ferner ist gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel die Heizvorrichtung 320 in dem Kältemittelkanal vorgesehen, der die Kompressorvorrichtung 210 mit dem Kondensator 220 verbindet. Deshalb kann das von der Kompressorvorrichtung 210 ausgegebene Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel der Heizvorrichtung 320 zugeführt werden, wenn der Kühlkreis 200 in Betrieb ist und die am Motor 10 erzeugte Wärme klein ist. Da das Motorkühlwasser durch die Heizvorrichtung 320 geheizt werden kann, kann dann die Leistung des Motoraufwärmvorgangs verbessert werden. Außerdem kann ein Mangel der Heizleistung am Heizerkern 26 in ähnlicher Weise kompensiert werden.
Außerdem wird das im Kühlkreis 200 strömende Kältemittel in diesem Heizmodus mit dem Wärmepumpenkreis 400 zusätzlich zum Kondensator 200 (der hauptsächlich arbeitet, um das Kältemittel abzukühlen) auch durch die Heizvorrichtung 320 abgekühlt. Als Ergebnis kann der Druck des Kältemittels reduziert werden, und dadurch kann die für die Kompressorvorrichtung 210 notwendige Antriebskraft entsprechend vermindert werden.
Die Kompressorvorrichtung 210 und die Expansionsvorrichtung 330 sind gemeinsam als die Expansions/Kompressorvorrichtung 201 ausgebildet, sodass die Fluidmaschine kleiner gemacht werden kann.
Der Speicher 420 ist an der Saugseite der Kompressorvorrichtung 210 vorgesehen, und dadurch wird das Flüssigphasenkältemittel während des Betriebs des Wärmepumpenkreises 400 daran gehindert, in die Kompressorvorrichtung 210 gesaugt zu werden, und die Kompression des Flüssigphasenkältemittels kann verhindert werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 6 gezeigt, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, dass der Kondensator 220 modifiziert ist. Insbesondere ist der Kondensator als eine Unterkühlungskondensatorvorrichtung 220a ausgebildet, die den (Haupt-)Kondensator 220, eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und einen Unterkühlungskondensator 231 aufweist. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und der Unterkühlungskondensator 231 sind im Fall des Betriebs des Clausius-Rankine-Kreises 300 auf einer Kältemittelauslassseite des Kondensators 220 angeordnet. Der Hauptkondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und der Unterkühlungskondensator 231 können als eine integral aufgebaute Einheit ausgebildet sein.
Gemäß dem obigen Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels kann das Flüssigphasenkältemittel, das von dem Kondensator 220 in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 ausgegeben und darin getrennt wird, durch den Unterkühlungskondensator 231 weiter abgekühlt werden. Dann wird das Kältemittel der Flüssigkeitspumpe 310 zugeleitet. Demgemäß kann, selbst wenn der Druck an der Einlassseite der Flüssigkeitspumpe 310 sinken würde (auf einen negativen Druck), als Ergebnis, dass die Flüssigkeitspumpe 310 das Kältemittel von der Unterkühlungskondensatorvorrichtung 220a ansaugt, verhindert werden, dass das Kältemittel siedet und verdampft. Deshalb können eine Beschädigung der Flüssigkeitspumpe 310 und ein Abfall der Pumpleistung, welche durch eine Kavitation verursacht werden können, verhindert werden.
Eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels ist in 7 gezeigt. In dieser Modifikation ist der Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410 an seinem einen Ende mit dem Kältemittelkanal zwischen dem Hauptkondensator 220 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 verbunden, sodass das Kältemittel an dem Unterkühlungskondensator 231 und der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 vorbei strömt und in den Hauptkondensator 220 strömt, wenn das System im Wärmepumpenkreis 400 arbeitet.
Demgemäß strömt das Kältemittel der Gasphase und der Flüssigphase aus der Heizvorrichtung 320 nicht in den Unterkühlungskondensator 231, wenn das System im Wärmepumpenkreis 400 betrieben wird. Ein Volumen des Unterkühlungskondensators 231 ist im Allgemeinen auf einen kleinen Wert konstruiert, und ein Strömungskanal des Kältemittels darin ist verengt. Wenn das Gasphasenkältemittel in und durch den Unterkühlungskondensator 231 strömen würde, würde im Allgemeinen ein Druckverlust größer werden. Wenn jedoch das Kältemittel an einem Strömen durch den Unterkühlungskondensator 231 gehindert ist, wie in der obigen Modifikation, kann der Druckverlust im Fall des Betriebs des Wärmepumpenkreises 400 reduziert werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Position des Speichers 420 unterscheidet.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Speicher 420 an einer solchen Position angeordnet, die außerhalb des Kältemittelstroms liegt, wenn das System im Kühlkreis 200 betrieben wird. Insbesondere ist der Speicher 420 in dem zweiten Bypasskanal 302 zwischen dem Schaltventil 110 und der Verbindungsstelle B angeordnet.
Gemäß der obigen Anordnung des Speichers 420 strömt das Kältemittel im Fall des Betriebs des Kühlkreises 200 nicht durch den Speicher 420, und dadurch kann der Druckverlust in ähnlicher Weise vermindert werden.
Eine Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels ist in 9 gezeigt. Ein Speicherbypasskanal ist vorgesehen, um den Speicher 420 zu umgehen, wenn das System mit dem Clausius-Rankine-Kreis 300 arbeitet. Ein Rückschlagventil 421 ist vorgesehen, um das Kältemittel von der Verbindungsstelle B zum Speicher 420 strömen zu lassen, und ein Rückschlagventil 423 ist in dem Bypasskanal 422 vorgesehen, sodass das Kältemittel aus der Kompressorvorrichtung 210 an dem Speicher 420 vorbei und zu der Verbindungsstelle B strömt.
Gemäß dem obigen Aufbau strömt das Kältemittel im Fall des Betriebs des Clausius-Rankine-Kreis 300 durch den Speicherbypasskanal 422, wohingegen das Kältemittel im Fall des Betriebs des Wärmepumpenkreises 400 durch den Speicher 420 strömt. Der Speicher 420 ist für den Clausius-Rankine-Kreis 300 nicht notwendig, und der Druckverlust, der auftreten würde, falls das Kältemittel im Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises 300 durch den Speicher 420 strömen würde, kann vermieden werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Der Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410 kann integral in der Flüssigkeitspumpe 310 ausgebildet sein, sodass auf Verbindungsrohre verzichtet werden kann, um das System kompakt zu machen.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Der Motor 10 für das Fahrzeug ist in den obigen Ausführungsbeispielen als die Wärmeerzeugungsvorrichtung erläutert. Jedoch können als Wärmeerzeugungsvorrichtung auch ein externer Verbrennungsmotor, Brennstoffzellenstapel für ein Brennstoffzellenfahrzeug, verschiedene Elektromotoren, Gleichrichter und dergleichen verwendet werden, die während ihres Betriebs Wärme erzeugen und einen Teil der Wärme zum Steuern der Temperatur für sich (d. h. Erzeugen von Abwärme) abgeben.
Die Heizvorrichtung 320 kann an einer Position angeordnet werden, die außerhalb des Kältemittelkanals zwischen der Kompressorvorrichtung 210 und dem Kondensator 220 liegt, falls das System ausgebildet ist, um hauptsächlich den Aufwärmbetrieb für den Motor 10 durch den Betrieb des Wärmepumpenkreises 400 zu erzielen. Bei einer solchen Anordnung wird jedoch der Aufwärmvorgang für den Motor 10 unmöglich, wenn der Kühlkreis 200 betrieben wird.
Die Kompressorvorrichtung 210 und die Expansionsvorrichtung 330 müssen nicht notwendigerweise als eine Fluidmaschine ausgebildet sein, bei welcher einige Teile gemeinsam für beide Betriebe benutzt werden. Die Kompressorvorrichtung und die Expansionsvorrichtung können natürlich auch separat als unabhängige Vorrichtungen ausgebildet sein.
Das Schaltventil 110 kann von dem Dreiwegeventil zu einem EIN/AUS-Ventil zum jeweiligen Öffnen und Schließen der mit den Verbindungsstellen A und B verbundenen Kältemittelkanale gewechselt werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen wird die elektrische Drehvorrichtung 212 durch die an der Expansionsvorrichtung 330 gesammelte Kraft angetrieben, um den Strom zu erzeugen, und der erzeugte Strom wird in die Batterie geladen. Die gesammelte Energie kann jedoch auch in eine in ein Schwungrad zu ladende Bewegungsenergie oder in eine in eine Feder als elastische Potentialenergie zu ladende mechanische Energie umgesetzt werden.

Claims

Dampfkompressionskühlvorrichtung, mit einem Kühlkreis (200) mit einer Kompressorvorrichtung (210), einer Kondensatorvorrichtung (220, 220a), einer Druckverminderungsvorrichtung (240) und einem Verdampfapparat (250), wobei ein Kältemittel in dem Kühlkreis (200) zirkuliert wird, um einen Kühlvorgang durchzuführen; einem Clausius-Rankine-Kreis (300) mit einer Pumpe (310) zum Auspumpen des Kältemittels, einer Heizvorrichtung (320) zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung einer Abwärme von einer Wärmeerzeugungsvorrichtung (10), einer Expansionsvorrichtung (330) und der Kondensatorvorrichtung (220, 220a), wobei das Kältemittel in dem Clausius-Rankine-Kreis (300) zirkuliert wird, um an der Expansionsvorrichtung (330) durch eine Expansion des durch die Heizvorrichtung (320) geheizten Kältemittels eine Antriebskraft zu erzeugen; und einem Wärmepumpenkreis (400) mit einem die Pumpe (310) umgehenden Pumpenbypasskanal (410) und einer in dem Pumpenbypasskanal (410) vorgesehenen Drossel (412), wobei das Kältemittel von der Kompressorvorrichtung (210) durch die Heizvorrichtung (320), den Pumpenbypasskanal (410) und die Kondensatorvorrichtung (220, 220a) zirkuliert wird, um einen Wärmeabsorptionsvorgang an der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) durchzuführen und einen Heizvorgang an der Heizvorrichtung (320) durchzuführen, sodass die Wärmeerzeugungsvorrichtung (10) durch den Heizvorgang an der Heizvorrichtung (320) geheizt wird.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmeerzeugungsvorrichtung (10) ein Wärmemotor ist.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit einer Heizvorrichtung (26), die durch Abwärme von dem Wärmemotor (10) geheizt wird.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Heizvorrichtung (320) in einem Kältemittelkanal vorgesehen ist, der die Kompressorvorrichtung (210) mit der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) verbindet.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Kompressorvorrichtung (210) als die Expansionsvorrichtung (330) betreibbar ist, wenn das von der Heizvorrichtung (320) ausgegebene überhitzte Kältemittel der Kompressorvorrichtung (210) zugeführt wird.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Kondensatorvorrichtung (220a) aufweist: einen Hauptkondensator (220); eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (230), die mit dem Hauptkondensator (220) verbunden ist und das Kältemittel aus dem Hauptkondensator (220) in ein Gasphasenkältemittel und ein Flüssigphasenkältemittel trennt, wenn der Clausius-Rankine-Kreis (300) in Betrieb ist; und einen Unterkühlungskondensator (231), der mit der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (230) verbunden ist, zum weiteren Abkühlen des Flüssigphasenkältemittels aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (230).
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher ein Ende des Pumpenbypasskanals (410) mit einem Kältemittelkanal zwischen dem Hauptkondensator (220) und dem Unterkühlungskondensator (231) verbunden ist, sodass das Kältemittel an dem Unterkühlungskondensator (231) vorbei strömt und in den Hauptkondensator (220) strömt, wenn der Wärmepumpenkreis (400) in Betrieb ist.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem Speicher (420), der in einem die Kondensatorvorrichtung (220, 220a) mit der Kompressorvorrichtung (210) verbindenden Kältemittelkanal vorgesehen ist und das Kältemittel aus der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) in das Gasphasenkältemittel und das Flüssigphasenkältemittel trennt, um das Gasphasenkältemittel der Kompressorvorrichtung (210) zuzuführen, wenn der Wärmepumpenkreis (400) in Betrieb ist.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der Speicher (420) an einer Position vorgesehen ist, die außerhalb eines Kältemitteldurchgangs liegt, der im Betrieb des Kühlkreises (200) ausgebildet wird, bei welchem der Verdampfapparat (250) seinen Kühlbetrieb ausführt.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, ferner mit einem Speicherbypasskanal (422), sodass das Kältemittel durch den Speicherbypasskanal (422) an dem Speicher (420) vorbei strömt, wenn der Clausius-Rankine-Kreis (300) in Betrieb ist.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher der Pumpenbypasskanal (410) integral in der Pumpe (310) ausgebildet ist.
Dampfkompressionskühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Heißwasserkreis (20) zum Zirkulieren eines Motorkühlwassers, um einen Motor (10) des Kraftfahrzeugs abzukühlen, wobei der Heißwasserkreis (20) eine Wasserpumpe (22) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers, einen Kühler (23) zum Abstrahlen von Wärme von dem Motorkühlwasser an Außenluft, und einen Heizerkern (26) für ein Fahrzeug-Klimasystem, durch welches das Motorkühlwasser strömt, aufweist; einem Kühlkreis (200) für das Fahrzeug-Klimasystem, wobei der Kühlkreis eine Kompressorvorrichtung (210), eine Kondensatorvorrichtung (220, 220a), eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung (230), einen Verdampfapparat (250) und einen Speicher (420) aufweist, um einen Kältemittelkanal des Kühlkreises (200) zu bilden; und einer Heizvorrichtung (320), die in sowohl dem Heißwasserkreis (20) als auch dem Kältemittelkanal des Kühlkreises (200) vorgesehen ist, sodass das durch die Kompressorvorrichtung (210) komprimierte Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel durch die Heizvorrichtung (320) strömt, um das Motorkühlwasser zu heizen, wenn des Motorkühlwasser auf einer niedrigen Temperatur ist.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach Anspruch 12, ferner mit einem Clausius-Rankine-Kreis (300) zum Sammeln von Abwärme von dem Motor (10), wobei der Clausius-Rankine-Kreis (300) die Heizvorrichtung (320), eine Expansionsvorrichtung (330), einen zweiten Bypasskanal (302), ein Schaltventil (110), die Kondensatorvorrichtung (220, 220a), eine Flüssigkeitspumpe (310) zum Zirkulieren des Kältemittels in dem Clausius-Rankine-Kreis (300) und einen ersten Bypasskanal (301) aufweist, um einen Kältemittelkanal für den Clausius-Rankine-Kreis (300) zu bilden; und einer elektrischen Drehvorrichtung (212), die mit der Expansionsvorrichtung (330) wirkverbunden ist, wobei eine Einlassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) durch einen Schaltvorgang des Schaltventils (110) mit einer Auslassseite der Expansionsvorrichtung (330) in Verbindung steht, während eine Auslassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) durch den ersten Bypasskanal (301) mit einer Einlassseite der Heizvorrichtung (320) in Verbindung steht, wenn der Clausius-Rankine-Kreis (300) in Betrieb ist, und wobei das Kältemittel an der Heizvorrichtung (320) geheizt wird und das überhitzte Kältemittel in die Expansionsvorrichtung (330) geleitet wird, sodass das Kältemittel in der Expansionsvorrichtung (330) ausgedehnt wird, um eine Antriebskraft zum Drehen der elektrischen Drehvorrichtung (212) zu erzeugen.
Dampfkompressionskühlvorrichtung nach Anspruch 13, ferner mit einem Wärmepumpenkreis (400) mit der Kompressorvorrichtung (210), der Heizvorrichtung (320), dem ersten Bypasskanal (301), einem Pumpenbypasskanal (410), einem in dem Pumpenbypasskanal (410) vorgesehenen und den Pumpenbypasskanal (410) bei Betrieb des Wärmepumpenkreises (400) öffnenden EIN/AUS-Ventil (411), einer in dem Pumpenbypasskanal (410) vorgesehenen Drossel (412) zum Beschränken eines Strömungskanals davon, der Kondensatorvorrichtung (220, 220a), dem Schaltventil (110), dem zweiten Bypasskanal (302) und dem Speicher (420), um einen Kältemittelkanal für den Wärmepumpenkreis (400) zu bilden, wobei eine Auslassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) durch den Schaltvorgang des Schaltventils (110) mit der Einlassseite der Kompressorvorrichtung (210) in Verbindung steht, während eine Einlassseite der Kondensatorvorrichtung (220, 220a) durch den Pumpenbypasskanal (410) und den ersten Bypasskanal (301) mit einer Auslassseite der Heizvorrichtung (320) in Verbindung steht, wenn der Wärmepumpenkreis in Betrieb ist, und wobei das durch die Kompressorvorrichtung (210) komprimierte Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel durch die Heizvorrichtung (320) strömt, um das Motorkühlwasser zu heizen, wenn das Motorkühlwasser auf einer niedrigen Temperatur ist.