-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfkompressionskühlvorrichtung
mit einem Wärmepumpenkreis
oder einem Heißgaskreis,
für den
einige Komponenten eines Kühlkreises
gemeinsam benutzt werden, und betrifft insbesondere eine auf ein
Kraftfahrzeug-Klimasystem anwendbare Dampfkompressionskühlvorrichtung.
-
In
einem herkömmlichen
Kraftfahrzeug-Klimasystem, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2001-301438 offenbart ist, wird ein Heizbetrieb durch einen
Wärmetauscher
zum Heizen (Heizkern) durchgeführt,
der in einem Heißwasserkreis
eines Kraftfahrzeugmotors vorgesehen ist und ein Motorkühlwasser
(heißes
Wasser) als Heizquelle verwendet. In diesem System wird ein Kühlbetrieb durch
einen Verdampfapparat (entsprechend einem Wärmetauscher zum Kühlen in
der obigen Veröffentlichung)
in einem Kühlkreis
durchgeführt,
in dem eine Kompressorvorrichtung, eine Kondensatorvorrichtung,
eine Druckverminderungsvorrichtung und ein Verdampfapparat in einem
geschlossenen Kreislauf verbunden sind.
-
Es
benötigt
jedoch eine gewisse Zeit, bis der Heizbetrieb seine Heizwirkung
zeigt, weil der Heizkern seine Heizfunktion nur zeigt, nachdem eine Temperatur
des Motorkühlwassers
nach einem Start des Motors über
eine vorbestimmte Temperatur gestiegen ist. Für Fahrzeugnutzer ist es sehr
wünschenswert,
dass der Heizbetrieb erreicht wird, unmittelbar nachdem sie in das
Fahrzeug gelangen, insbesondere in einer kalten Jahreszeit wie beispielsweise
im Winter.
-
Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht des obigen Problems gemacht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfkompressionskühlvorrichtung
vorzusehen, bei welcher ein Heizbetrieb durchgeführt wird, kurz nachdem ein Fahrgast
in ein Fahrzeug gelangt, indem einem Kühlkreis, der hauptsächlich für einen
Kühlbetrieb
betrieben wird, eine zusätzliche
Funktion hinzugefügt
wird.
-
Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Dampfkompressionskühlvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug mit einer Heizvorrichtung (26) zum Heizen
von Luft im Fahrzeug mittels Abwärme
von einem Motor (10) angewendet. Die Dampfkompressionskühlvorrichtung
weist einen Kühlkreis (200)
mit einer durch einen Elektromotor (212) angetriebenen
Kompressorvorrichtung (210) zum Komprimieren eines Kältemittels
zu einem Hochdruck- und Hochtemperaturdampf auf, wobei das Kältemittel durch
eine Kondensatorvrrichtung (220), eine Druckverminderungsvorrichtung
(240) und einen Verdampfapparat (250) zirkuliert,
sodass eine Kühlfunktion
am Verdampfapparat (250) hervorgebracht wird. Die Dampfkompressionskühlvorrichtung
weist ferner einen Heizkreis (400, 500) zum Durchführen eines Heizbetriebs
an einem Motorkühlwasser
für den
Motor (10) unter Verwendung des Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittels
aus der Kompressorvorrichtung (210) auf. Eine Steuereinrichtung
(600) aktiviert den Heizkreis (400, 500),
bevor der Motor (10) durch einen Fahrgast gestartet wird,
wenn eine Temperatur an einer vorbestimmten Position niedriger als ein
vorbestimmter Wert ist.
-
Gemäß dem obigen
Merkmal ist der Heizkreis (400, 500) unter Verwendung
der Kompressorvorrichtung (210) des Kühlkreises (200) gebildet,
sodass das Motorkühlwasser
durch den Heizkreis (400, 500) geheizt wird, d.h.
der Motor (10) aufgewärmt wird,
bevor der Motor (10) gestartet wird. Demgemäß kann ein
Heizbetrieb für
die Luft in dem Fahrzeug an der Heizvorrichtung (26) durch
die Abwärme
vom Motor (10) ausgeführt
werden, unmittelbar nachdem ein Fahrer in das Fahrzeug gelangt und
der Motor gestartet ist.
-
Ferner
kann eine Aufwärmdauer
für den
Motor (10) verkürzt
werden, weil die Motorseite (das Motorkühlwasser) vor dem Motorbetrieb
geheizt worden ist. Ein Kraftstoffverbrauch sowie eine Emissionssteuerung
können
ebenfalls verbessert werden.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist der Heizkreis (400, 500)
durch einen Wärmepumpenkreis
(400) gebildet, der die Kompressorvorrichtung (210),
eine Heizvorrichtung (320) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel
und dem Motorkühlwasser,
eine erste Druckverminderungsvorrichtung (412) zur Druckverminderung
des aus der Heizvorrichtung (320) ausströmenden Kältemittels
und die Kondensatorvorrichtung (220) aufweist. Die Kondensatorvorrichtung
(220) führt
eine Funktion des Absorbierens von Wärme aus Außenluft durch, und die Heizvorrichtung
(320) heizt das Motorkühlwasser
mit dem Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel aus der Kompressorvorrichtung
(210). In dem Wärmepumpenkreis
(400) wird das Motorkühlwasser
durch eine solche Wärmemenge
geheizt, die einer an der Kondensatorvorrichtung (220)
absorbierten Wärmemenge
und einer durch die Arbeit an der Kompressorvorrichtung (210)
erzielten Wärmemenge
entspricht.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist der Heizkreis (400, 500)
durch einen Heißgaskreis
(500) gebildet, der die Kompressorvorrichtung (210),
eine Heizvorrichtung (320) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel
und dem Motorkühlwasser,
eine zweite Druckverminderungsvorrichtung (512) zur Druckverminderung
des aus der Heizvorrichtung (320) ausströmenden Kältemittels
und die Kondensatorvorrichtung (220) aufweist. Die Heizvorrichtung
(320) heizt das Motorkühlwasser
mit dem Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel aus der Kompressorvorrichtung
(210). In dem Heißgaskreis wird
das Motorkühlwasser
an der Heizvorrichtung (320) geheizt, wobei die Wärme von
dem Kältemittel in
einer solchen Wärmemenge
abgestrahlt wird, die einer durch die Arbeit an der Kompressorvorrichtung (210)
erzielten Wärmemenge
entspricht. Der obige Heizbetrieb kann selbst bei einer extrem niedrigen Außenlufttemperatur
durchgeführt
werden, da die Wärmeabsorptionsfunktion
(wie in dem Wärmepumpenkreis)
nicht an der Kondensatorvorrichtung (220) in dem Heißgaskreis
durchgeführt
wird.
-
Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung weist die Dampfkompressionskühlvorrichtung
ferner einen Clausius-Rankine-Kreis auf. Der Clausius-Rankine-Kreis
(300) ist durch eine Pumpe (310) zum Auspumpen
des Kältemittels,
die Heizvorrichtung (320), eine durch eine Expansion des
Kältemittels
betriebene Expansionsvorrichtung (330) und die Kondensatorvorrichtung
(220) gebildet. In dem Clausius-Rankine-Kreis (300)
wird das Kältemittel
an der Heizvorrichtung (320) durch das Motorkühlwasser,
dessen Temperatur durch einen Motorbetrieb ansteigt, geheizt, nachdem
der Motor (10) durch den Fahrgast gestartet worden ist,
und eine Antriebsenergie wird an der Expansionsvorrichtung (330)
gesammelt, die durch die Expansion des Kältemittels aus der Heizvorrichtung
(320) angetrieben wird.
-
Gemäß dem obigen
Merkmal kann die Abwärme
von dem Motor (10) effektiv durch das Sammeln der Abwärme als
Antriebsenergie an der Expansionsvorrichtung (330) mit
dem Betrieb des Clausius-Rankine-Kreis (300) genutzt werden,
falls der Betrieb für
den Kühlkreis
nicht erforderlich ist und das Motorkühlwasser durch den Motorbetrieb
auf eine ausreichend hohe Temperatur geheizt ist.
-
Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung wird die Kompressorvorrichtung
(210) als Expansionsvorrichtung (330) betrieben,
wenn das Kältemittel
von der Heizvorrichtung (320) in die Kompressonrorrichtung
(210) geleitet wird.
-
Gemäß dem obigen
Merkmal können
die Kompressorvorrichtung (210) und die Expansionsvorrichtung
(330) als eine Fluidmaschine aufgebaut werden, die von
kleinerer Größe ist.
-
Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung startet die Steuereinrichtung
(600) eine Aktivierung des Heizkreises (400, 500),
bevor der Motor (10) durch den Fahrgast gestartet wird,
entsprechend einer durch den Fahrgast eingegebenen Einstellzeit oder
einer zu der Einstellzeit in Beziehung stehenden Zeit.
-
Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung wird der Heizkreis (400, 500)
aktiviert, wenn die Außenlufttemperatur
oder die Temperatur des Motorkühlwassers
niedriger als der vorbestimmte Wert ist.
-
Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung wird der Heizkreis (400, 500)
aktiviert, wenn eine Ladungsmenge elektrischer Energie in einer
Batterie (11) höher
als ein vorbestimmter Wert ist, wobei die Batterie dem Heizkreis
(400, 500) die elektrische Energie zuführt.
-
Gemäß dem obigen
Merkmal wird verhindert, dass sich die Batterie (11) während des
Betriebs des Heizkreises (400, 500) vor dem Motorbetrieb übermäßig entlädt.
-
Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung ist eine elektrische Pumpe (22)
in dem Motor (10) zum Zirkulieren des Motorkühlwassers
durch den Motor (10) vorgesehen, und die elektrische Pumpe
(22) wird betrieben, wenn der Heizkreis (400, 500) aktiviert
ist.
-
Gemäß dem obigen
Merkmal wird das Motorkühlwasser
in einem Heißwasserkreis
für den
Motor zirkuliert, sodass eine Wärmetauschleistung
zwischen dem Kältemittel
und dem Motorkühlwasser verbessert
ist, und dadurch wird das Motorkühlwasser
durch das Kältemittel
effektiv geheizt.
-
Gemäß einem
noch weiteren Merkmal der Erfindung kann die Dampfkompressionsvorrichtung bevorzugt
für ein
Hybridfahrzeug mit einem antreibenden Elektromotor zusätzlich zu
dem Motor (10) angewendet werden.
-
In
dem Hybridfahrzeug ist ein Betriebsverhältnis des Motors für ein langsames
Fahren des Fahrzeugs auf einen niedrigeren Wert gesetzt. Eine Menge
der Abwärme
von dem Motor ist deshalb klein. Und insbesondere ist die Abwärme von
dem Motor für
das Heizen der Luft in dem Fahrzeug im Winter nicht ausreichend.
Demgemäß ist der
Heizbetrieb durch den Heizkreis (400, 500) effektiv.
-
Obige
sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Dampfkompressionskühlvorrichtung
gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine
schematische Darstellung der Dampfkompressionskühlvorrichtung, die Ströme des Motorkühlwassers
und des Kältemittels
in einem Kühlmodus
zeigt;
-
3 eine
schematische Darstellung der Dampfkompressionskühlvorrichtung, die Ströme des Motorkühlwassers
und des Kältemittels
in einem Kühl-
und Heizmodus zeigt;
-
4 eine
schematische Darstellung der Dampfkompressionskühlvorrichtung, die Ströme des Motorkühlwassers
und des Kältemittels
in einem Energieerzeugungsmodus des Clausius-Rankine-Kreises zeigt;
-
5 ein
Flussdiagramm einer Steuerung eines Schnellheizmodus;
-
6 eine
Abbildung zum Bestimmen einer Kühlwassertemperatur
zur Verwendung in der Steuerung des in 5 dargestellten
Schnellheizmodus;
-
7 eine
Abbildung zum Bestimmen einer Ladungsmenge zur Verwendung in der
Steuerung des in 5 dargestellten Schnellheizmodus;
-
8 ist
eine schematische Darstellung der Dampfkompressionskühlvorrichtung,
die Ströme
des Motorkühlwassers
und des Kältemittels
im Schnellheizmodus zeigt;
-
9A und 9B ein
Zeitdiagramm einer Luftblastemperatur bzw. ein Zeitdiagramm einer Kühlwassertemperatur
im Schnellheizmodus;
-
10 eine schematische Darstellung einer Dampfkompressionskühlvorrichtung
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
11 ein
Flussdiagramm einer Steuerung eines Schnellheizmodus im zweiten
Ausführungsbeispiel;
und
-
12 eine
schematische Darstellung der Dampfkompressionskühlvorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel,
die Ströme
des Motorkühlwassers
und des Kältemittels
im Schnellheizmodus zeigt.
-
(Erstes Ausführungsbeispiel)
-
1 zeigt
einen schematischen Systemaufbau einer Dampfkompressionskühlvorrichtung 100 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die Kühlvorrichtung 100 auf
ein Klimasystem für
ein Hybridfahrzeug mit einem wassergekühlten Motor 10 und
einem Elektromotor zum Fahren, welche antreibende Energiequellen
für das
Fahrzeug sind, angewendet ist.
-
Wie
in 1 dargestellt, sind ein Clausius-Rankine-Kreis 300 und
ein Wärmepumpenkreis 400 sowie
ein wohlbekannter Kühlkreis 200 in
die Dampfkompressionskühlvorrichtung 100 (nachfolgend
einfach als die Kühlvorrichtung 100 bezeichnet) integriert.
-
Der
Kühlkreis 200 nutzt
Niedertemperaturwärme
und Hochtemperaturwärme
durch Übertragen von
Wärme von
einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite und enthält eine
Kompressorvorrichtung 210, eine Kondensatorvorrichtung 220, eine
Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230,
eine Druckverminderungsvorrichtung 240 und einen Verdampfapparat 250,
die in dieser Reihenfolge im Kreislauf verbunden sind.
-
Die
Kompressorvorrichtung 210 ist eine Fluidmaschine zum Komprimieren
eines Kältemittels
in ein Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel und bildet eine Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201, die
auch als eine Expansionsvorrichtung 330 für den Clausius-Rankine-Kreis 300 betrieben
wird. Die Kompressorvorrichtung 210 (die Expansionsvorrichtung 330)
ist zum Beispiel als eine Fluidmaschine des Spiraltyps konstruiert.
Ein Steuerventil 211 ist auf einer Hochdruckseite der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 vorgesehen.
Das Steuerventil 211 schaltet die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 entweder
auf die Kompressorvorrichtung 210 oder die Expansionsvorrichtung 330.
Insbesondere wird das Steuerventil 211 als ein Ausgabeventil
(ein Rückschlagventil)
betätigt,
wenn die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 als
die Kompressorvorrichtung 210 betrieben wird (ein Betrieb
mit einer Vorwärtsdrehung),
während
das Steuerventil 211 als ein Ventil zum Öffnen eines
Kältemittelkanals
der Hochdruckseite betätigt
wird, wenn die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 als die Expansionsvorrichtung 330 betrieben
wird (ein Betrieb mit einer Rückwärtsdrehung).
Das Steuerventil 211 wird durch eine Steuerung 600 gesteuert,
die später
beschrieben wird.
-
Eine
elektrische Drehvorrichtung 212, die sowohl Funktionen
eines Stromgenerators als auch eines Elektromotors hat, ist mit
der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 (der Kompressorvorrichtung 210,
der Expansionsvorrichtung 330) verbunden. Die elektrische
Drehvorrichtung 212 wird als Elektromotor zum Antreiben
der Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 (Kompressorvorrichtung 210)
in einem Kompressionsmodus betrieben, wenn ihr unter einer Steuerung
der Steuerung 600 von einer Batterie (auch als ein Batterielader
der vorliegenden Erfindung bezeichnet) 11 elektrische Energie
zugeführt wird.
Außerdem
wird, wenn die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 (Expansionsvorrichtung 330)
in einem Expansionsmodus aus einer Expansion eines an einer später beschriebenen
Heizvorrichtung 320 geheizten verdampften Kältemittels
Antriebsenergie erzeugt, die elektrische Drehvorrichtung 212 als
Stromgenerator zum Erzeugen elektrischer Energie mittels der Antriebskraft
betrieben. Die erzeugte elektrische Energie wird durch die Steuerung 600 in
die Batterie 11 gespeichert, und die elektrische Energie
in der Batterie 11 wird dem Steuerventil 211 und
anderen später
beschriebenen Geräten
(21, 22, 110, 221, 251, 310 und 411)
zugeführt
und weiter elektrischen Lasten, wie beispielsweise Scheinwerfern
und Motorhilfsausrüstungen
zugeführt.
Eine geladene Energiemenge der Batterie 11 wird an die Steuerung 600 ausgegeben.
-
Die
Kondensatorvorrichtung 220 ist an einer Ausgabeseite der
Kompressorvorrichtung 210 zum Abkühlen vorgesehen und kondensiert
(verflüssigt) das
Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel.
Ein Kondensatorlüfter 221 bläst Kühlluft (Außenluft)
zum Kondensator 220 und wird durch die Steuerung 600 gesteuert.
-
Die
Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 ist ein
Auffanggefäß zum Trennen
des Kältemittels
(das an dem Kondensator 220 kondensiert) in ein Gasphasenkältemittel
und ein Flüssigphasenkältemittel, um
das Flüssigphasenkältemittel
auszugeben. Die Druckverminderungsvorrichtung (auch als eine Druckverminderungseinrichtung
be zeichnet) 240 ist ein temperaturabhängiges Expansionsventil zur Druckverminderung
und Expansion des an der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 getrennten Flüssigphasenkältemittels,
wobei ein Öffnungsgrad des
Expansionsventils so gesteuert wird, dass das Kältemittel in einer isenthalpischen
Weise im Druck vermindert wird und dass ein Überhitzungsgrad des in die
Kompressorvorrichtung 210 zu saugenden Kältemittels
auf einen vorbestimmten Wert gesteuert wird.
-
Der
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) abzukühlen, welche
durch einen Lüfter 251 durch
den Verdampfapparat 250 in einen Fahrgastraum des Fahrzeugs
geblasen wird. Der Lüfter 251 wird
durch die Steuerung 600 gesteuert. Ein Rückschlagventil 252 ist
an einer Kältemittelauslassseite des
Verdampfapparats 250 vorgesehen, um das Kältemittel
nur von dem Verdampfapparat 250 zur 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 der Niedertemperaturseite zur Hochtemperaturseite.
-
Der
Kondensator 220 wird gemeinsam in sowohl dem Kühlkreis 200 als
auch dem Clausius-Rankine-Kreis 300 verwendet. 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. Der erste Bypasskanal 301 umgeht den Kondensator 220.
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 aufgebaut.
-
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 die
Steuerung 600 gesteuert wird. Die 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 Heißwasserkreises 20 für den Motor 10.
Die Heizvorrichtung 320 heizt das Kühlwasser mittels des Kältemittels,
falls der Wärmepumpenkreis 400 in
Betrieb ist. Ein Dreiwegeventil 21 ist in dem Heißwasserkreis
zum Schalten von einem Wasserumlaufmodus zu einem Wassernichtumlaufmodus
und umgekehrt vorgesehen, sodass das heiße Wasser aus 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 Steuerung 600 gesteuert.
-
Eine
Wasserpumpe 22 ist eine elektrische Pumpe zum Zirkulieren
des Motorkühlwassers
in dem Heißwasserkreis 20 und
wird durch die Steuerung 600 gesteuert.
-
Ein
Kühler 23 ist
ein Wärmetauscher
zum Abkühlen
des Motorkühlwassers
durch einen Wärmeaustausch
zwischen dem Motorkühlwasser
und der Außenluft.
Ein Kühlerbypasskanal 24 ist
ein Bypasskanal, um das Motorkühlwasser
an dem Kühler 23 vorbei
strömen
zu lassen. Ein Thermostat 25 ist ein Strömungsregelventil
zum Steuern einer Strömungsmenge
des durch den Kühler 23 strömenden Motorkühlwassers
und einer Strömungsmenge
des durch den Kühlerbypasskanal 24 strömenden Motorkühlwassers.
Ein Heizkern 26 (auch als ein Heizer der vorliegenden Erfindung
bezeichnet) für
das Klimasystem ist in dem Heißwasserkreis 20 vorgesehen,
wobei der Heizkern die Luft mittels des Motorkühlwassers als eine Heizquelle
heizt.
-
Ein
Wassertemperatursensor 27 zum Erfassen einer Temperatur
ist an einer Ausgangsseite des Motors 10 vorgesehen. Ein
durch den Wassertemperatursensor 27 erfasstes (ausgegebenes)
Kühlwassertemperatursignal
(nachfolgend als ein Wassertemperatursignal bezeichnet) wird der
Steuerung 600 eingegeben.
-
Ein
Betriebskreisschaltventil (auch als eine Kreisschalteinrichtung
bezeichnet) 110 ist an einem Abschnitt (zwischen den Verbindungsstellen
A und C) des mit dem Kondensator 220 verbundenen zweiten
Bypasskanals 302 vorgesehen. Das Schaltventil 110 ist
ein Ventil (ein Dreiwegeventil) zum Schalten des Betriebskreises
auf einen 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 Steuerung 600 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 Sammeln der an der Expansionsvorrichtung 330 zu
erzeugenden Antriebsenergie aus der Abwärme des Motors 10 gebildet.
-
Der
Wärmepumpenkreis 400 (auch
als die Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung bezeichnet) ist
durch Hinzufügen
eines Flüssigkeitspumpenbypasskanals 410 zu
dem Clausius-Rankine-Kreis 300 gebildet.
-
Der
Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410 umgeht
die Flüssigkeitspumpe 310.
Ein Ein/Aus-Ventil 411 zum Öffnen oder Schließen des
Bypasskanals 410 und eine Drossel 412 sind in
dem Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410 vorgesehen.
Ein Öffnungsbereich
der Drossel 412 ist auf einen vorbestimmten Wert festgestellt.
Die Drossel 412 kann durch irgendeine andere Druckverminderungsvorrichtung oder
eine Strömungseinschränkung ersetzt
werden und wird als eine erste Druckverminderungsvorrichtung bezeichnet.
Ein Betrieb des Ein/Aus-Ventils 411 wird durch die Steuerung 600 gesteuert.
Ein Speicher 420 ist zwischen der Verbindungsstelle B und
der Kompressorvorrichtung 210 zum Trennen des Kältemittels
im Kreis in das Gasphasen- und
das Flüssigphasenkältemittel
vorgesehen, um das Gasphasenkältemittel
zur Kompressorvorrichtung 210 zu leiten. Der Speicher 420 kann
zwischen dem Schaltventil 110 und der Verbindungsstelle
B vorgesehen sein, um zu vermeiden, dass er für den Kältemittelstrom in einem Betrieb
des Kühlkreises 200 ein
Widerstand ist.
-
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 wird als ein Wärmetauscher
im Wärmepumpenkreis 400 zum
Absorbieren der Wärme
von außen
betrieben, während die
Heizvorrichtung 320 als ein Wärmetauscher zum Heizen des
Motorkühlwassers
durch das Hochdruck- und Hochtemperaturkältemittel aus der Kompressorvorrichtung 210 betrieben
wird.
-
Die
Steuerung (auch als eine Steuereinrichtung bezeichnet) 600 empfängt ein
abhängig
von einer durch den Fahrgast eingestellten Einstelltemperatur erzeugtes
Klimabefehlssignal, ein von einem Außentemperatursensor (nicht
dargestellt) ausgegebenes Außenlufttemperatursignal,
ein von dem Wassertemperatursensor 27 ausgegebenes Kühlwassertemperatursignal
und ein von der Batterie 11 ausgegebenes Ladungsmengensignal
und dergleichen. Die Steuerung 600 steuert basierend auf
den empfangenen Signalen das Dreiwegeventil 21, die Wasserpumpe 22,
das Schaltventil 110, das Steuerventil 211, die
elektrische Drehvorrichtung 212, die Lüfter 221, 251,
die Flüssigkeitspumpe 310 und
das Ein/Aus-Ventil 411. Die Steuerung 600 speichert
ein Programm zum Ausführen
eines durch ein Steuerflussdiagramm in 5 dargestellten
Prozesses, eine in 6 dargestellte Wassertemperaturbestimmungsabbildung
und eine in 7 dargestellte Ladungsmengenbestimmungsabbildung
und steuert den Wärmepumpenkreis 400 basierend
auf diesem Programm und diesen Abbildungen, wie später im Detail
beschrieben.
-
Nachfolgend
werden eine Funktionsweise und eine Wirkung der durch die Steuerung 600 gesteuerten
Kühlvorrichtung 100 Bezug
nehmend auf 2 bis 9 beschrieben.
-
(Kühlmodus: 2)
-
Im
Kühlmodus
wird der Kühlkreis 200 betrieben,
um einen Grundbetrieb der Kühlvorrichtung 100 durchzuführen, in
dem das Kältemittel
am Kondensator 220 abgekühlt wird und eine Kühlleistung
am Verdampfapparat 250 hervorgebracht wird, wie in 2 dargestellt.
Gemäß dem Kühlkreis 200 des
Ausführungsbeispiels
wird eine am Verdampfapparat 250 erzeugte thermische Energie
(Kühlenergie)
für einen Kühlbetrieb
und einen Entfeuchtungsbetrieb basierend auf einer Wärmeabsorptionsfunktion
verwendet, während
eine am Kondensator 220 erzeugte thermische Energie (Heizenergie)
nicht für
einen Heizbetrieb des Klimasystems verwendet wird. Der Betrieb des
Kühlkreises 200 im
Heizbetrieb ist gleich jenem im Kühlbetrieb und Entfeuchtungsbetrieb.
-
Insbesondere
wird das Schaltventil 110 durch die Steuerung 600 betätigt, um
den Kondensator 220 mit der Verbindungsstelle A in Verbindung
zu bringen, und das Dreiwegeventil 21 wird durch die Steuerung 600 so
betätigt,
dass ein Strömen
des Motorkühlwassers
in die Heizvorrichtung 320 verhindert wird, wie durch Pfeile
einer gestrichelten Linie angedeutet. Das Steuerventil 211 wird
geschaltet, um als Ausgabeventil betätigt zu werden, ein Betrieb
der Flüssigkeitspumpe 310 wird
gestoppt, das Ein/Aus-Ventil 411 wird geschlossen, und
die Lüfter 221 und 251 werden
betrieben.
-
Außerdem 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 angedeutet. Da das Motorkühlwasser
(heißes
Wasser) nicht durch die Heizvorrichtung 320 zirkuliert
wird, wird die Heizvorrichtung 320 in diesem Betriebmodus einfach
als ein Kältemittelkanal
betrieben.
-
Das
an der Kompressorvorrichtung 210 komprimierte Hochdruck-
und Hochtemperaturkältemittel wird
am Kondensator 220 abgekühlt, um durch Kühlluft (Außenluft)
vom Lüfter 221 kondensiert,
an der Druckverminderungsvorrichtung 240 im Druck vermindert
und am Verdampfapparat 250 zum Absorbieren der Wärme aus
der von dem Lüfter 251 zugeführten Klimaluft
(der Außenluft
oder der Luft im Fahrgastraum) verdampft zu werden. Das verdampfte
Gasphasenkältemittel
wird wieder in die Kompressorvorrichtung 210 zirkuliert.
Die von dem Lüfter 251 zugeführte Klimaluft
wird durch eine Verdampfungswärme des
Kältemittels
abgekühlt
und in den Fahrgastraum geblasen.
-
(Kühl- & Heizmodus: 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 nachdem der Motorbetrieb
gestartet worden ist, und wenn der oben beschriebene Kühlbetrieb
durch den Kühlkreis
nicht durchgeführt
werden muss.
-
Insbesondere
wird das Dreiwegeventil 21 durch die Steuerung 600 in
eine Stellung geschaltet, in welcher das Motorkühlwasser in die Heizvorrichtung 320 strömen kann,
wie durch Pfeile der gestrichelten Linie angedeutet. Die anderen
Zustände,
wie beispielsweise die Zustände
des Schaltventils 110, des Ein/Aus-Ventils 411 und
dergleichen sind gleich jenen in dem in 2 dargestellten
Kühlmodus.
-
In
diesem Betriebsmodus ist die Temperatur des Motorkühlwassers
niedriger als jene des an der Kompressorvorrichtung 210 komprimierten
Hochdruck- und Hoch temperaturkältemittels,
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 im Kühl- & Heizmodus als Wärmetauscher zum Abstrahlen
der Wärme
von dem Kältemittel
an das Motorkühlwasser
betrieben.
-
(Stromerzeugungsmodus
mit Clausius-Rankine-Kreis: 4)
-
Dies
ist ein Betriebsmodus, in dem der Clausius-Rankine-Kreis 300 betrieben
wird, falls die Steuerung 600 nicht das Klimabefehlssignal
empfängt (d.h.
der Kühlmodus
oder der Kühl- & Heizmodus unnötig ist)
und die Kühlwassertemperatur
steigt, um eine vorbestimmte Temperatur zu erreichen. Der Clausius-Rankine-Kreis 300 wird
betrieben, um Energie von der Abwärme des Motors 10 zu
sammeln, sodass die gesammelte Energie für andere Komponenten und Geräte verwendet
werden kann.
-
Insbesondere
wird, wie in 4 dargestellt, das Schaltventil 110 durch
die Steuerung 600 zu einer Stellung umgeschaltet, an welcher
der Kondensator 220 mit der Verbindungsstelle B (dem zweiten Bypasskanal 302)
in Verbindung steht, das Dreiwegeventil 21 wird zu der
Stellung geschaltet, in welcher das Motorkühlwasser in die Heizvorrichtung 320 strömen kann,
wie durch Pfeile der gestrichelten Linie angedeutet. Das Steuerventil 211 wird
geöffnet,
ein Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 wird
gestartet, das Ein/Aus-Ventil 411 wird geschlossen, und
der Lüfter 221 wird
in Betrieb gesetzt. Außerdem
wird die elektrische Drehvorrichtung 212 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 302,
das Schaltventil 110 und den Kondensator 220 zirkuliert,
wie durch Pfeile der durchgezogenen Linie angedeutet.
-
Das
durch die Heizvorrichtung 320 geheizte überhitzte und verdampfte Kältemittel
wird in die Expansionsvorrichtung 330 geleitet und in der
Expansionsvorrichtung 330 in einer isentropen Weise expandiert,
um seine Enthalpie zu verringern. Als Ergebnis wird eine mechanische
Energie entsprechend einer solchen verminderten Enthalpie durch
die Expansionsvorrichtung 330 an die elektrische Drehvorrichtung 212 abgegeben.
Das heißt,
die Expansionsvorrichtung 330 wird durch die Expansion
des überhitzten
Kältemittels
gedreht, um die elektrische Drehvorrichtung 212 (der Stromgenerator, dessen
Drehung in der Gegenrichtung ist) zu drehen. An der elektrischen
Drehvorrichtung 212 erzeugte elektrische Energie wird durch
die Steuerung 600 in die Batterie 11 geladen.
Die geladene Energie wird zum Antreiben der anderen Komponenten
und Geräte
benutzt.
-
Das
aus der Expansionsvorrichtung 330 ausströmende Kältemittel
wird am Kondensator 220 abgekühlt, um zu kondensieren, und
in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 gesammelt.
Das Flüssigphasenkältemittel
wird von der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 durch
den Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 zur
Heizvorrichtung 320 geleitet. Die Flüssigkeitspumpe 310 führt das
Flüssigphasenkältemittel
in die Heizvorrichtung 320 mit einem solchen Druck, dass
das an der Heizvorrichtung 320 geheizte überhitzte
Kältemittel
nicht zurück
zur Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 strömen kann.
-
(Schnellheizmodus
(Heizmodus mit Wärmepumpenkreis): 5 bis 8)
Dies ist ein Betriebmodus, in dem das Motorkühlwasser im Voraus durch einen
Betrieb des Wärmepumpenkreises 400 aktiv
geheizt wird, bevor der Motor 10 durch einen Fahrer in
einer kalten Jahreszeit wie beispielsweise im Winter gestartet wird.
-
In
diesem Betriebmodus stellt ein Benutzer (der Fahrer) die Steuerung 600 in
den Schnellheizmodus ein. Zum Beispiel gibt der Benutzer direkt oder
per Fernsteuerung eine Zustiegszeit in die Steuerung 600 ein
(welches eine Zeit zum Starten des Motors ist, z.B. 6 Uhr morgens
von Montag bis Freitag).
-
Dann
bestimmt die Steuerung 600 als Vorbereitungszeit vor dem
Starten des Motors 10 eine Zeit (z.B. 5:57 Uhr), was eine
vorbestimmte Zeitdauer (z.B. 3 Minuten) vor der Zustiegszeit des
Tages ist. Dann bestimmt die Steuerung 600 zur Vorbereitungszeit,
ob die Steuerung den Schnellheizmodus durchführt oder nicht, entsprechend
einem Steuerflussdiagramm von 5 basierend
auf den in 6 und 7 gezeigten
Bestimmungsabbildungen, und betätigt
erforderlichenfalls den Wärmepumpenkreis 400.
-
Insbesondere
macht die Steuerung 600, wenn die Vorbereitungszeit kommt,
in einem Schritt S110 in 5 eine Bestimmung, ob die durch
den Außenlufttemperatursensor
erfasste Außenlufttemperatur
unter einer vorbestimmten Außenlufttemperatur
(z.B. 10°C)
liegt. Falls die Bestimmung in Schritt S110 bestätigend ist (Y in 5),
macht die Steuerung 600 in einem Schritt S120 eine Bestimmung,
ob die durch den Wassertemperatursensor 27 erfasste Kühlwassertemperatur
unter einer vorbestimmten Wassertemperatur (entsprechend Tw1 in 6,
zum Beispiel 40°C)
ist. Falls die Bestimmung in Schritt S120 bestätigend ist (Y in 5),
macht die Steuerung 600 in einem Schritt S130 eine Bestimmung,
ob eine Ladungsmenge der Batterie 11 größer als eine vorbestimmte Ladungsmenge
(entsprechend SOC2 in 7, zum Beispiel 60%) ist. Falls
die Bestimmung in dem Schritt S130 bestätigend ist (Y in 5),
bestimmt die Steuerung 600 in einem Schritt S140, den Wärmepumpenkreis
zu betreiben und steuert selbigen in der folgenden Art und Weise.
-
Wie
in 8 dargestellt, wird das Schaltventil 110 durch
die Steuerung 600 in die Stellung umgeschaltet, in welcher
der Kondensator 220 mit der Verbindungsstelle B (dem zweiten
Bypasskanal 302) in Verbindung steht, und das Dreiwegeventil 21 wird
in die Stellung geschaltet, in welcher das Motorkühlwasser
in die Heizvorrichtung 320 strömen kann, wie durch Pfeile
der gestrichelten Linie angedeutet. Das Steuerventil 211 wird
in einen Ventilmodus geschaltet, in dem es als Ausgabeventil arbeitet,
der Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 wird
gestoppt, das Ein/Aus-Ventil 411 wird geöffnet, und
der Lüfter 221 wird
in Betrieb gesetzt. Zusätzlich
wird die elektrische Drehvorrichtung 212 als Elektromotor
betrieben (die Drehung ist in der Vorwärtsrichtung), die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 wird
als Kompressorvorrichtung 210 betrieben, und die Wasserpumpe 22 wird
in Betrieb gesetzt.
-
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
angedeutet.
-
In
der gleichen Weise wie bei dem obigen, in 3 dargestellten
Kühl- & Heizmodus wird
der Wärmeaustausch
an der Heizvorrichtung 320 zwischen dem Kältemittel
und dem Motorkühlwasser
durchgeführt,
sodass das Motorkühlwasser
geheizt wird. Das Kältemittel
in dem Wärmepumpenkreis
wird durch die Drossel 412 im Druck vermindert und am Kondensator 220 durch
Absorbieren der Wärme
von 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 geleitet.
-
Auf
diese Weise wird die Heizvorrichtung 320 im Schnellheizmodus
als ein Wärmestrahler
zum Abstrahlen der Wärme
des Kältemittels
an das Motorkühlwasser
(Motorseite) betrieben. Die Kondensatorvorrichtung 220 wird
als ein Wärmetauscher
zum Absorbieren der Wärme
der Außenluft
in das Kältemittel
betrieben. Die Fähigkeit
der Wärmeabstrahlung
der Heizvorrichtung 320 hängt von einer an der Kondensatorvorrichtung 220 absorbierten
Wärmemenge
und einer durch die Kompressorvorrichtung 210 gemachten
Arbeit ab.
-
Die
Steuerung 600 stoppt in einem Schritt S150 die Betriebe
des Wärmepumpenkreises 400 und
der Wasserpumpe 22, falls eine der Bestimmungen in den
Schritten S110, S120 und S130 negativ ist (N in 5),
falls zum Beispiel die Kühlwassertemperatur
höher als
eine Temperatur Tw2 in 6 ist oder die Ladungsmenge
der Batterie 11 unter einem Maß SOC1 in 7 liegt.
-
Wie
oben beschrieben, ist der Wärmepumpenkreis 400 durch
gemeinsames Benutzen der Kompressorvorrichtung 210 und
der Kondensatorvorrichtung 220 des Kühlkreises 200 als
die Heizeinrichtung gebildet. Durch Benutzen des Wärmepumpenkreises 400 im
Schnellheizmodus ist es möglich, das
Motorkühlwasser
in der Vorbereitungszeit, welche vor dem Start des Motors 10 liegt,
zu heizen. Deshalb kann der Heizbetrieb durch den Heizkern 26,
welcher mit dem Motorkühlwasser
als Heizquelle betrieben wird, selbst unmittelbar nach Betreten
des Fahrzeugs durch den Fahrgast (den Fahrer) ausgeführt werden.
-
Außerdem ist
es möglich,
eine zum Warmlaufen des Motors 10 nach dessen Start notwendige Zeitdauer
zu verkürzen
und dadurch einen Kraftstoffverbrauch und eine Emissionssteuerung
des Motors 10 zu verbessern, weil das Motorkühlwasser
in einer Stufe vor dem Start des Motorbetriebs geheizt wird.
-
9A und 9B zeigen
den obigen Effekt quantitativ, bestätigt für den Fall, dass die Außenlufttemperatur
0°C beträgt. Durch
Betreiben des Wärmepumpenkreises 400 im
Schnellheizmodus ist die Kühlwassertemperatur
(eine durchgezogene Linie in 9B) zu
einer Zeit des Starts des Motors 10 (verstrichene Zeit
Null) um 10°C
gestiegen. Außerdem
braucht es, wie in 9A dargestellt, etwa 1 Minute,
bis eine Lufttemperatur der von dem Heizkern 26 ausgeblasenen
Luft 20°C
erreicht (durch eine durchgezogene Linie angedeutet), während es
etwa 2,5 Minuten dauert, falls der Schnellheizmodus nicht in Betrieb
ist (wie durch eine gestrichelte Linie in 9A angedeutet).
-
Außerdem ist
es möglich,
da die Ladungsmenge der Batterie 11 vor dem Betreiben des Schnellheizmodus
geprüft
wird, eine übermäßige Entladung
der Batterie 11 vor dem Start des Motors 10 zu
verhindern.
-
Außerdem ist
es möglich,
einen Strom des Motorkühlwassers
an der Heizvorrichtung 320 zu bilden, weil die Wasserpumpe 22 auf
der Motorseite bei Betrieb des Wärmepumpenkreises 400 ebenfalls
in Betrieb ist. Deshalb ist es möglich,
eine Wärmetauschleistung
zwischen dem Motorkühlwasser
und dem Kältemittel
zu verbessern und das Motorkühlwasser
effektiv zu heizen.
-
Außerdem ist
der Clausius-Rankine-Kreis 300 vorgesehen, in welchem die
Kondensatorvorrichtung 220 des Kühlkreises 200 und
die Heizvorrichtung 320 des Wärmepumpenkreises 400 gemeinsam
benutzt werden. Deshalb ist möglich,
den Clausius-Rankine-Kreis 300 zu
betreiben, um die Antriebsenergie zu sammeln und die elektrische
Energie an der Expansionsvorrichtung 330 zu erzeugen, wenn es
nicht notwendig ist, den Kühlkreis 200 und
den Wärmepumpenkreis 400 zu
betreiben, und es ist möglich,
eine ausreichende Menge der Abwärme
von dem Motor 10 zu erhalten. Daher ist es möglich, die Abwärme, welche
herkömmlicherweise
durch den Kühler 23 an
die Außenluft
abgegeben wurde, effizient zu nutzen und dadurch den Kraftstoffverbrauch des
Motors 10 zu verbessern.
-
Außerdem kann,
da die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 als Fluidmaschine
konstruiert ist, die gemeinsam sowohl als Kompressorvorrichtung 210 als
auch als Expansionsvorrichtung 330 benutzt wird, die Kühlvorrichtung 100 als
eine kompakte Fluidmaschine auszubilden.
-
Der
Benutzer kann eine Zeit eingeben, die eine vorbestimmte Zeitdauer
vor einer Zustiegszeit vor dem Betreten des Fahrzeugs durch den
Benutzer liegt, und die Steuerung 600 kann die eingegebene Zeit
als die Vorbereitungszeit einstellen. Die Steuerung 600 kann
eine Zeit einstellen, wenn der Benutzer per Fernsteuerung Daten
an die Fernsteuerung 600 als die Vorbereitungszeit eingibt.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
-
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf 10 bis 12 beschrieben.
Das zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass
der Wärmepumpenkreis 400 durch
einen Heißgaskreis 500 ersetzt
ist. Insbesondere sind der Flüssigkeitspumpenbypasskanal 410,
das Ein/Aus-Ventil 411 und die Drossel 412 des ersten
Ausführungsbeispiels
entfernt, und der Heißgaskreis 500 ist
statt dessen durch gemeinsames Benutzen der Kompressorvorrichtung 210 und
der Heizvorrichtung 320 und durch neues Hinzufügen eines Wechselkanals 510 gebildet.
-
Der
Wechselkanal 510 ist zwischen einer Verbindungsstelle D
und einer Verbindungsstelle E vorgesehen, wobei die Verbindungsstelle
D ein Zwischenpunkt zwischen der Flüssigkeitspumpe 310 und
der Heizvorrichtung 320 ist und die Verbindungsstelle E
ein Zwischenpunkt zwischen dem Schaltventil 110 und dem
Rückschlagventil 252 ist.
Ein Ein/Aus-Ventil 511 zum Öffnen und Schließen des Wechselkanals 510 sowie
eine Drossel 512 mit einem festen Öffnungsgrad sind in dem Wechselkanal 510 vorgesehen.
Das Ein/Aus-Ventil 511 wird durch die Steuerung 600 gesteuert.
Die Drossel 512 kann durch irgendeine andere Druckverminderungsvorrichtung
oder eine Strömungseinschränkung ersetzt werden
und wird als eine zweite Druckverminderungsvorrichtung bezeichnet.
-
Der
Heißgaskreis 500 ist
durch die Kompressorvorrichtung 210, die Heizvorrichtung 320,
den Wechselkanal 510, die Drossel 512, den Speicher 420,
usw. gebildet.
-
Im
zweiten Ausführungsbeispiel
führt die Steuerung 600 den
Schnellheizmodus durch Betreiben des Heißgaskreises 500 durch.
Der Benutzer stellt den Schnellheizmodus (die Zustiegszeit) ein, und
die Steuerung 600 bestimmt die Vorbereitungszeit in der
gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel. Die Steuerung 600 arbeitet
basierend auf einem Programm, das als ein Flussdiagramm in 11 gezeigt
ist, welches grundsätzlich
gleich dem Flussdiagramm in 5 ist, außer für den durch
einen Schritt S141 ersetzten Schritt S140. Insbesondere startet
die Steuerung 600, falls alle Bestimmungen in den Schritten
S110, S120 und S130 bestätigend sind
(Y in den jeweiligen Schritten), den Betrieb des Heißgaskreises 500 in
Schritt S141 und steuert diesen in der folgenden Weise.
-
Wie
in 12 dargestellt, wird das Schaltventil 110 durch
die Steuerung 600 in die Stellung umgeschaltet, in welcher
der Kondensator 220 mit der Verbindungsstelle B (dem zweiten
Bypasskanal 302) in Verbindung steht, und das Dreiwegeventil 21 wird
in die Stellung geschaltet, in welcher das Motorkühlwasser
in die Heizvorrichtung 320 strömen kann, wie durch Pfeile
der gestrichelten Linie angedeutet. Das Steuerventil 211 wird
in den Ventilmodus geschaltet, in dem es als Ausgabeventil arbeitet,
der Betrieb der Flüssigkeitspumpe 310 wird
gestoppt, und das Ein/Aus-Ventil 511 wird geöffnet.
-
Außerdem wird
die elektrische Drehvorrichtung 212 als Elektromotor betrieben
(die Drehung ist in der Vorwärtsrichtung),
die Expansions/Kompressor-Vorrichtung 201 wird als Kompressorvorrichtung 210 betrieben,
und die Wasserpumpe 22 wird in Betrieb gesetzt.
-
Das
Kältemittel
wird in diesem Betriebsmodus durch den Kompressor 210,
die Heizvorrichtung 320, den Wechselkanal 510,
das Ein/Aus-Ventil 511, die Drossel 512, den zweiten
Bypasskanal 302, den Speicher 420 und die Kompressorvorrichtung 210 zirkuliert,
wie durch Pfeile der durchgezogenen Linie angedeutet.
-
In
der gleichen Weise wie beim Schnellheizmodus des ersten Ausführungsbeispiels
wird der Wärmeaustausch
an der Heizvorrichtung 320 zwischen dem Kältemittel
und dem Motorkühlwasser durchgeführt, sodass
das Motorkühlwasser
geheizt wird. Das Kältemittel
im Heißgaskreis
wird durch die Drossel 512 im Druck vermindert und durch
den Speicher 420 in das Gasphasen- und das Flüssigphasenkältemittel
getrennt, und das Gasphasenkältemittel
wird wieder in die Kompressorvorrichtung 210 geleitet.
-
Im
Betrieb des Heißgaskreises 500 wird
die Heizvorrichtung 320 als Wärmestrahler zum Abstrahlen
der Wärme
an das Motorkühlwasser
(die Motorseite) betrieben, wobei die Wärmestrahlmenge von der durch
die Kompressorvorrichtung 210 gemachten Arbeit abhängt.
-
In
diesem Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
das Motorkühlwasser
in einer Stufe vor dem Start des Motors 10 durch Benutzen
des Heißgaskreises
500 im Schnellheizmodus zu heizen. Deshalb kann der Heizbetrieb
durch den Heizkern 26 unter Verwendung des Motorkühlwassers
als Heizquelle selbst unmittelbar nach dem Betreten des Fahrzeugs durch
den Fahrgast (den Fahrer) ausgeführt
werden.
-
Anders
als der im ersten Ausführungsbeispiel
beschriebene Wärmepumpenkreis 400 verwendet
der Heißgaskreis 500 nicht
den Betrieb der Kondensatorvorrichtung 220 zum Absorbieren
der Wärme
von der Außenluft.
Deshalb ist es möglich,
das Motorkühlwasser
selbst bei einer extrem niedrigen Außenlufttemperatur (z.B. unter –10°C) durch
Abstrahlen der Wärme
entsprechend der Arbeit an der Kompressorvorrichtung 210 an
der Heizvorrichtung 320 zu heizen.
-
(Weitere Ausführungsbeispiele)
-
Im
ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist
es möglich,
den Clausius-Rankine-Kreis 300 nicht zu benutzen und die
Vorrichtung nur im Kühlmodus und
im Schnellheizmodus zu betreiben.
-
Außerdem kann
die Steuerung 600 zum Bestimmen, ob der Betrieb des Wärmepumpenkreises 400 oder
des Heißgaskreises 500 gestartet
werden soll oder nicht, die Außenlufttemperatur
und/oder die Kühlwassertemperatur
verwenden. Die Steuerung kann zum Bestimmen, ob der Betrieb des
Wärmepumpenkreises 400 oder
des Heißgaskreises 500 gestartet
werden soll oder nicht, auch irgendeine andere Temperatur an einem
anderen Abschnitt als eine repräsentative
Temperatur für
die Vorrichtung benutzen.
-
Außerdem kann
die Steuerung 600 zum Bestimmen, ob die Ladungsmenge der
Batterie 11 ausreichend hoch ist, die Schritte S130 von 5 oder 11 überspringen,
falls die Ladungsmenge der Batterie 11 unabhängig von
der für
den Betrieb des Schnellheizmodus notwendigen elektrischen Energiemenge
immer ausreichend hoch ist.
-
Außerdem kann
die Wasserpumpe 22 in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur
während des
Betriebs des Schnellheizmodus inaktiv gehalten werden.
-
Außerdem kann
die Heizvorrichtung 320 abseits des Kühlkreises, d.h. abseits eines
Kältemittelkanals
zwischen der Kompressorvorrichtung 210 und der Kondensatorvorrichtung 220 vorgesehen
sein, falls das Heizen des Motors 10 durch den Wärmepumpenkreis 400 oder
den Heißgaskreis 500 von entscheidender
Wichtigkeit ist. In einem solchen Fall wird jedoch das Heizen des
Motors 10 im Kühl- & Heizmodus unmöglich, wenn
der Kühlkreis 200 in
Betrieb ist.
-
Außerdem können die
Kompressorvorrichtung 210 und die Expansionsvorrichtung 330 separat vorgesehen
sein.
-
Außerdem kann
das Schaltventil 110 ein Ein/Aus-Ventil sein, das einen
Kanal an einer Verbindungsstellenseite A und einen Kanal an einer
Verbindungsstellenseite B öffnet
und schließt.
-
Außerdem kann
die an der Expansionsvorrichtung 330 gesammelte Antriebsenergie
als kinetische Energie durch ein Schwungrad oder als mechanische
Energie wie beispielsweise elastische Energie durch eine Feder gespeichert
werden.
-
Außerdem kann
die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug mit einem normalen wassergekühlten Motor
als Antriebsquelle zum Fahren angewendet werden.