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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung mit
einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung zum
Betreiben einer Expansionseinheit, die Abgaswärme von einem
Fahrzeug, zum Beispiel einem Verbrennungsmotor, als eine Heizquelle
verwendet.
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Eine
herkömmliche Kühlvorrichtung mit einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
ist zum Beispiel in
JP-A-2006-46763 bekannt.
Die Kühlvorrichtung umfasst einen Kältemittelkreislauf
und einen Rankine-Kreislauf, der Abgaswärme beim Kühlen
eines Verbrennungsmotors verwendet, welcher als ein Wärmegenerator
dient. Ein Kompressor zum Komprimieren und Ausstoßen von
Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf und eine
Expansionseinheit, die geeignet ist, in dem Rankine-Kreislauf durch
Expansion von Kältemittel, das von der Abgaswärme
geheizt wird, zum Kühlen des Verbrennungsmotors betrieben zu
werden, sind jeweils unabhängig angeordnet. Ein Kondensator
(Strahler) in dem Rankine-Kreislauf wird ebenfalls verwendet und
als ein Kondensator für den Kältemittelkreislauf
aufgebaut.
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Eine
derartige Kühlvorrichtung erlaubt den unabhängigen
Betrieb des Kältemittelkreislaufs oder des Rankine-Kreislaufs
oder den gleichzeitigen Betrieb sowohl des Kältemittelkreislaufs
als auch des Rankine-Kreislaufs entsprechend dem Bedarf für
den Kühlbetrieb für einen Fahrzeugraum und der
Möglichkeit der Rückgewinnung der Abgaswärme
beim Kühlen.
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Wenn
in der vorstehend erwähnten Kühlvorrichtung jedoch
der Kältemittelkreislauf und der Rankine-Kreislauf gleichzeitig
angetrieben werden, kondensiert der Kondensator gleichzeitig das
Kältemittel in beiden Kreisläufen (d. h. strahlt
Wärme von beiden Kreisläufen ab), was zu einer
Zunahme des Kältemitteldrucks an dem Kondensator führt.
Dies führt zu einer Zunahme der Kompressorleistung in dem
Kältemittelkreislauf, was folglich zur Verringerung der Zuverlässigkeit
des Kompressors und auch einer Abnahme des Leistungskoeffizienten
des Kältemittelkreislaufs führt.
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Ferner
kann der alleinige Betrieb nur des Rankine-Kreislaufs entsprechend
einer Druckzunahme des Kältemittels an dem Kondensator
eine Druckdifferenz zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer
bewirken, obwohl der Kältemittelkreislauf angehalten ist,
wodurch zugelassen wird, dass das Kältemittel in der Kältemittelkreislaufseite
(Verdampferseite) gesammelt wird. Dies kann zu einer Abnahme der
Menge des Kältemittels auf der Rankine-Kreislaufseite führen,
so dass eine inhärente Fähigkeit des Rankine-Kreislaufs
nicht ausreichend gezeigt werden kann. Da in dem Kältemittel
enthaltenes Schmieröl ebenfalls in dem Kältemittelkreislauf
gesammelt werden kann, kann außerdem eine Schmierungsknappheit
der Expansionseinheit oder einer Kältemittelpumpe verursacht
werden, was folglich zur Verringerung der Zuverlässigkeit
der Expansionseinheit und der Kältemittelpumpe führt.
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Die
Erfindung wurde angesichts der vorangehenden Probleme gemacht, und
es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung
mit einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
zur Verfügung zu stellen, die einen Kältemittelkreislauf
und einen Rankine-Kreislauf umfasst und die für beide Kreisläufe
eine ausreichende Leistung zeigen kann, während deren Zuverlässigkeit
sichergestellt wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kühlvorrichtung
mit einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung,
die auf ein Fahrzeug montiert ist: einen Kältemittelkreislauf,
um ein Kältemittel für die Kühlung durch
ihn hindurch zirkulieren zu lassen; und einen Rankine-Kreislauf,
um ein Kältemittel für den Rankine-Kreislauf durch
ihn hindurch zirkulieren zu lassen. Der Kältemittelkreislauf
umfasst einen Kompressor, einen Kältemittelkreislaufkondensator,
ein Expansionsventil und einen Verdampfer, die in einer Kreisform
verbunden sind. Der Rankine-Kreislauf umfasst eine Pumpe, eine Heizung,
die Abgaswärme von einer Wärmekraftmaschine des
Fahrzeugs als eine Heizquelle verwendet, eine Expansionseinheit
und einen Rankine-Kreislaufkondensator, die in einer Kreisform verbunden
sind. In der Kühlvorrichtung sind der Kältemittelkreislaufkondensator
und der Rankine- Kreislaufkondensator an in Bezug auf eine Strömungsrichtung
der externen Luft zum Kühlen vorgegebenen Positionen des
Fahrzeugs angeordnet, und der Kältemittelkreislaufkondensator
ist auf einer stromaufwärtigen Seite der externen Luft
in Bezug auf den Rankine-Kreislaufkondensator angeordnet.
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Folglich
lässt der Kältemittelkreislaufkondensator ungeachtet
des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Betriebs des Rankine-Kreislaufs beständig
zu, dass ein externes Fluid, dessen Temperatur gleich der Temperatur
der Außenluft ist, in ihn einströmt. Beim Betrieb
des Kältemittelkreislaufs führt es nicht zur Verringerung
der Zuverlässigkeit für den Kältemittelkreislauf
zusammen mit der Leistungsverschlechterung des Kompressors ebenso
wie einer Abnahme der Kühlkapazität aufgrund einer
Abnahme des Leistungskoeffizienten.
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Beim
alleinigen Betrieb des Rankine-Kreislaufs baut ferner jeder Kreislauf
einen entsprechenden unabhängigen Kältemittelkreis
auf, und folglich werden das Kältemittel und das Schmieröl
nicht aus dem Rankine-Kreislauf in den Kältemittelkreislauf
gesammelt. Folglich kann er die inhärente Kapazität des
Rankine-Kreislaufs ausreichend zeigen und die Zuverlässigkeit
der Expansionseinheit und der Pumpe sicherstellen. Folglich kann
die Kühlvorrichtung mit der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung ausreichend
Leistung für beide Kreisläufe zeigen, während
deren Zuverlässigkeit sichergestellt wird.
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Zum
Beispiel kann die Kühlvorrichtung mit einer Steuereinrichtung
zum Steuern der Betriebe des Kältemittelkreislaufs und
des Rankine-Kreislaufs versehen sein. In diesem Fall steuert die
Steuereinrichtung die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit
derart, dass eine Expansionseinheit-Druckdifferenz in der Expansionseinheit
des Kältemittels für den Rankine-Kreislauf gleich
oder höher als ein vorgegebener Wert ist, wenn sowohl der
Kältemittelkreislauf als auch der Rankine-Kreislauf gleichzeitig betrieben
werden. Folglich ist es selbst bei gleichzeitigem Betreiben des
Kältemittelkreislaufs und des Rankine-Kreislaufs möglich,
eine ausreichende Druckdifferenz der Expansionseinheit sicherzustellen,
um eine ausreichende regenerative Leistung durch die Expansionseinheit
zu erhalten, während ein instabiler Betrieb des Rankine-Kreislaufs
verhindert wird.
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Außerdem
verringert die Steuereinrichtung die Anzahl der Umdrehungen der
Expansionseinheit, wenn die Expansionseinheit-Druckdifferenz kleiner als
der vorgegebene Wert ist. Folglich ist es möglich, die
Expansionseinheit-Druckdifferenz gleich oder größer
als den vorgegebenen Wert festzulegen.
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Die
Steuereinrichtung steuert die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit
derart, dass die Expansionseinheit-Druckdifferenz einen derartigen
Wert hat, dass ein vorgegebenes geeignetes Expansionsverhältnis
in der Expansionseinheit erhalten wird. Dies kann die Expansionseinheit
geeignet expandieren und sie betreiben, wodurch die Leistung von
der Expansionseinheit wirksam regeneriert wird.
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Die
Kühlvorrichtung kann ferner versehen sein mit einer hochdruckseitigen
Druckerfassungseinrichtung, die sich in einem hochdruckseitigen
Bereich befindet, der von einer stromabwärtigen Seite der
Pumpe zu einer stromaufwärtigen Seite der Expansionseinheit
führt, und einer niederdruckseitigen Druckerfassungseinrichtung,
die sich in einem niederdruckseitigen Bereich befindet, der von
einer stromabwärtigen Seite der Expansionseinheit zu einer
stromaufwärtigen Seite der Pumpe führt. Die hochdruckseitige
Druckerfassungseinrichtung ist geeignet, einen hochdruckseitigen
Druck des Kältemittels für den Rankine-Kreislauf
zu erfassen, und die niederdruckseitige Druckerfassungseinrichtung
ist geeignet, einen niederdruckseitigen Druck des Kältemittels
für den Rankine-Kreislauf zu erfassen. In diesem Fall kann
die Steuereinrichtung die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit
basierend auf einer Differenz zwischen dem hochdruckseitigen Druck
und dem niederdruckseitigen Druck steuern. Hier gibt die Differenz
die Expansionseinheit-Druckdifferenz an.
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Alternativ
kann die Kühlvorrichtung versehen sein mit einer hochdruckseitigen
Druckerfassungseinrichtung, die sich in einem hochdruckseitigen
Bereich befindet, der von einer stromabwärtigen Seite der
Pumpe zu einer stromaufwärtigen Seite der Expansionseinheit
führt, einer Lufttemperaturerfassungseinrichtung, die zwischen
dem Kältemittelkreislaufkondensator und dem Rankine-Kreislaufkondensator angeordnet
ist, und einer Berechnungseinrichtung. Die hochdruckseitige Druckerfassungseinrichtung
ist geeignet, einen hochdruckseitigen Druck des Kältemittels
für den Rankine-Kreislauf zu erfassen, und die Lufttemperaturerfassungseinrichtung
ist geeignet, eine Lufttemperatur der externen Luft zu erfassen,
die zwischen dem Kältemittelkreislaufkondensator und dem
Rankine-Kreislaufkondensator durchtritt. Die Steuereinrichtung ist
geeignet, eine Temperatur des Kältemittels für
den Rankine-Kreislauf in dem Rankine-Kreislaufkondensator und ferner einen
niederdruckseitigen Druck basierend auf einer Menge an Wärme,
die an dem Rankine-Kreislaufkondensator abgestrahlt wird, welche
mit einer Wärmemenge ausgeglichen ist, die aus Abgaswärme
in der Heizung aufgenommen wird, einer Menge der externen Luft,
die den Rankine-Kreislaufkondensator durchläuft, und der
Lufttemperatur, die von der Lufttemperaturerfassungseinrichtung
erfasst wird, zu berechnen. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung die
Anzahl von Umdrehungen der Expansionseinheit basierend auf einer
Differenz steuern, welche die Expansionseinheit-Druckdifferenz zwischen
dem hochdruckseitigen Druck und dem niederdruckseitigen Druck angibt.
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Folglich
ist es möglich, die Expansionseinheit-Druckdifferenz unter
Verwendung der niederdruckseitigen Druckerfassungseinrichtung anstelle der
Lufttemperaturerfassungseinrichtung und auch unter Verwendung der
Berechnungseinrichtung zu berechnen (schätzen).
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Alternativ
kann die Kühlvorrichtung versehen sein mit: einer hochdruckseitigen
Druckerfassungseinrichtung, die sich in einem hochdruckseitigen
Bereich befindet, der von einer stromabwärtigen Seite der
Pumpe zu einer stromaufwärtigen Seite der Expansionseinheit
führt, um einen hochdruckseitigen Druck des Kältemittels
für den Rankine-Kreislauf zu erfassen; einer Zustromlufttemperaturerfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Zustromlufttemperatur der externen Luft, bevor
sie in den Kältemittelkreislaufkondensator und den Rankine-Kreislaufkondensator
strömt; und einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen
einer Temperatur der externen Luft, nachdem sie den Kältemittelkreislaufkondensator
durchlaufen hat, basierend auf einer Wärmemenge, die an dem
Kühlungsstrahler abgestrahlt wird, die mit einer notwendigen
Kühlkapazität an dem Verdampfer ausgeglichen ist,
einer Menge der externen Luft, die den Kältemittelkreislaufkondensator
durchläuft, und der Zustromlufttemperatur, die von der
Zustromlufttemperaturerfassungseinrichtung erfasst wird. Die Berechnungseinrichtung
ist auch geeignet, eine Temperatur des Kältemittels für
den Rankine-Kreislauf in dem Rankine-Kreislaufkondensator und ferner
einen niederdruckseitigen Druck basierend auf einer Wärmemenge,
die von dem Rankine-Kreislaufkondensator abgestrahlt wird, die mit
einer in der Heizung durch die Abgaswärme aufgenommenen
Wärmemenge ausgeglichen ist, einer Menge der den Rankine-Kreislaufkondensator
durchlaufenden externen Luft und der berechneten Temperatur der
externen Luft, die den Kältemittelkreislaufkondensator
durchlaufen hat, zu berechnen. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung
die Anzahl von Umdrehungen der Expansionseinheit basierend auf einer
Differenz steuern, die die Expansionseinheit-Druckdifferenz zwischen
dem hochdruckseitigen Druck und dem niederdruckseitigen Druck angibt.
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In
der Kühlvorrichtung können die Positionen eines
Einlasses und eines Auslasses des Kältemittels in dem Kältemittelkreislaufkondensator
aus der Strömungsrichtung der externen Luft gesehen in
dem gleichen Bereich festgelegt werden wie die eines Einlasses und
eines Auslasses des Kältemittels für den Rankine-Kreislauf
in dem Rankine-Kreislaufkondensator.
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Folglich
können ein Zustrombereich und ein Abflussbereich des Kältemittels
für die Kühlung in dem Kältemittelkreislaufkondensator
die gleiche Positionsbeziehung haben wie die des Zustrombereichs und
Abflussbereichs des Kältemittels für den Rankine-Kreislauf
in dem Rankine-Kreislaufkondensator. Der Zunahmebetrag der Temperatur
der externen Luft, die den Kältemittelkreislaufkondensator
durchlaufen hat, ist auf der Zustromseite des Kältemittels für
die Kühlung hoch und wird in Richtung der Abflussseite
niedriger. Es ist offensichtlich, dass die Temperatur des Kältemittels
für den Rankine-Kreislauf in dem Rankine-Kreislaufkondensator
von der Zustromseite in Richtung der Abflussseite durch Wärmeaustausch
niedriger wird. Dies kann eine derartige Positionsbeziehung bereitstellen,
dass die Temperaturverteilung der externen Luft, die in den Rankine-Kreislaufkondensator
strömt, die gleiche Richtung wie die des Kältemittels
für den Rankine-Kreislauf in den Rankine-Kreislaufkondensator hat.
Folglich kann eine Temperaturdifferenz zwischen der externen Luft
und dem Kältemittel für den Rankine-Kreislauf
komplett einheitlich gemacht werden, was wirksam Wärme
von dem Rankine-Kreislaufkondensator abstrahlen kann.
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Alternativ
kann die Kühlvorrichtung ferner versehen sein mit: einem
Lufteinleitungsströmungswegabschnitt, um zu erlauben, dass
die externe Luft von einer stromaufwärtigen Seite der externen
Luft des Kältemittelkreislaufkondensators durch einen Raum
zwischen dem Kältemittelkreislaufkondensator und dem Rankine-Kreislaufkondensator
in den Rankine-Kreislaufkondensator eingeleitet wird; und einem Öffnungseinstellungsabschnitt
zum Einstellen einer Fläche einer Öffnung in Richtung
des Kältemittelkreislaufkondensators und einer Fläche
einer Öffnung in Richtung des Lufteinleitungsströmungswegs, indem
er unter der Steuerung der Steuereinrichtung bewegt wird.
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Folglich
kann die Menge der externen Luft, die in jeden Kondensator strömt,
entsprechend der notwendigen Menge an Wärme, die von den
Kondensatoren für den Kältemittelkreislauf und
den Rankine-Kreislauf abgestrahlt wird, eingestellt werden, um die
wirksame Wärmeabstrahlung an den jeweiligen Kondensatoren
zu ermöglichen.
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Außerdem
kann eine Fläche einer vorderen Oberfläche des
Kältemittelkreislaufkondensators kleiner als die einer
vorderen Oberfläche des Rankine-Kreislaufkondensators gemacht
werden, und der Rankine-Kreislaufkondensator kann einen Bereich auf
einer stromaufwärtigen Seite der externen Luft haben, wo
der Kältemittelkreislaufkondensator nicht überlagernd
ist. Folglich kann die externe Luft, deren Temperatur gleich der
Außenlufttemperatur ist, und die nicht dem Wärmeaustausch
an dem Kältemittelkreislaufkondensator unterzogen wird,
direkt in den Rankine-Kreislaufkondensator strömen, so
dass die Strahlungskapazität des Strahlers des Rankine-Kreislaufs
verbessert werden kann.
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Alternativ
kann eine Größe des Kältemittelkreislaufkondensators
in einer Strömungsrichtung der externen Luft größer
festgelegt werden als die des Rankine-Kreislaufkondensators. Folglich
ist es möglich, eine höhere Wärmestrahlungskapazität
des Kältemittelkreislaufkondensators zu erhalten, indem eine
Größe der externen Luft in der Strömungsrichtung
erhöht wird, und ohne weiteres eine Fläche der vorderen
Oberfläche des Kältemittelkreislaufkondensators
zu verringern.
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Alternativ
können der Einlass und der Auslass des Kältemittels
für die Kühlung in dem Kältemittelkreislaufkondensator
derart bereitgestellt werden, dass sie in einer Strömungsrichtung
der externen Luft in Richtung einer stromaufwärtigen Seite
geöffnet sind. Folglich ist es bei der Rohrleitungsstreckenplanung
für Kältemittel in dem Kältemittelkreislaufkondensator
nicht notwendig, Rohrleitungen zwischen dem Kältemittelkreislaufkondensator
und dem Rankine-Kreislaufkondensator anzuordnen. Dies verschlechtert
die Abmessungsgenauigkeit zwischen den beiden Kondensatoren nicht
und ermöglicht den leichten Anschluss der Rohrleitungen
an dem Kältemittelkreislaufkondensator.
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Außerdem
können der Einlass und der Auslass des Kältemittels
für den Rankine-Kreislauf in dem Rankine-Kreislaufkondensator
derart bereitgestellt sein, dass sie in eine Richtung senkrecht
zu einer Strömungsrichtung der externen Luft geöffnet sind.
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
leichter offensichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen genommen werden, wobei:
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1 ein
schematisches Diagramm ist, das ein Gesamtsystem einer Kühlvorrichtung
mit einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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2 eine
Seitenansicht ist, die einen Montagezustand eines Kältemittelkreislaufkondensators, eines
Rankine-Kreislaufkondensators und eines Strahlers auf einem Fahrzeug
in der ersten Ausführungsform zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht ist, die einen Einlass und einen Auslass
für Kältemittel jeweils des Kältemittelkreislaufkondensators
und des Rankine-Kreislaufkondensators in der ersten Ausführungsform
zeigt;
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4 eine
perspektivische Ansicht ist, die Anschlussrichtungen von Rohrleitungen
mit den Einlässen und Auslässen für Kältemittel
und für Kühlmittel jeweils in dem Kältemittelkreislaufkondensator, dem
Rankine-Kreislaufkondensator und dem Strahler in der ersten Ausführungsform
zeigt;
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5 ein
Steuercharakteristikdiagramm ist, das eine Betriebsart eines elektrischen
Ventilators in Bezug auf einen Kältemitteldruck in der
ersten Ausführungsform zeigt;
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6 ein
Flussdiagramm ist, das ein Steuerverfahren zum gleichzeitigen Betreiben
des Kältemittelkreislaufs und des Rankine-Kreislaufs in
der ersten Ausführungsform zeigt;
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7 ein
schematisches Diagramm ist, das ein Gesamtsystem einer Kühlvorrichtung
mit einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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8 ein
Flussdiagramm ist, das ein Steuerverfahren zum gleichzeitigen Betreiben
des Kältemittelkreislaufs und des Rankine-Kreislaufs in
der zweiten Ausführungsform zeigt;
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9 ein
schematisches Diagramm ist, das ein Gesamtsystem einer Kühlvorrichtung
mit einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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10 ein
Flussdiagramm ist, das ein Steuerverfahren zum gleichzeitigen Betreiben
des Kältemittelkreislaufs und des Rankine-Kreislaufs in
der dritten Ausführungsform zeigt;
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11 eine
Draufsicht ist, die einen Kanal und eine Führung in einer
vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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12 eine
perspektivische Ansicht ist, die einen Kältemittelkreislaufkondensator
und einen Rankine-Kreislaufkondensator in einer fünften
Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
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13 eine
perspektivische Ansicht für die ergänzende Erklärung
ist, die den Kältemittelkreislaufkondensator und den Rankine-Kreislaufkondensator
in der fünften Ausführungsform zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine
erste Ausführungsform der Erfindung ist in 1 bis 6 gezeigt.
Zuerst wird die spezifische Struktur der ersten Ausführungsform
nachstehend beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm,
das ein Gesamtsystem einer Kühlvorrichtung 100A mit
einer Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (auf
die hier nachstehend als „Kühlvorrichtung" Bezug
genommen wird) zeigt. 2 ist eine Seitenansicht, die
einen Montagezustand eines Kältemittelkreislaufkondensators 220 (auf
den hier nachstehend als ein „AC-Kondensator" Bezug genommen
wird), eines Rankine-Kreislaufkondensators 340 (auf den hier
nachstehend als „RA-Kondensator" Bezug genommen wird) und
eines Strahlers 21 auf einem Fahrzeug zeigt. 3 ist
eine perspektivische Ansicht, die Einlässe 220a und 340a und
Auslässe 220b und 340b für Kältemittel
des AC-Kondensators 220 und des RA-Kondensators 340 zeigt. 4 ist
eine perspektivische Ansicht, die Anschlussrichtungen von Rohrleitungen
mit den Einlässen 220a, 340a und 21a und
den Auslässen 220b, 340b und 21b für
Kältemittel und Kühlmittel des AC-Kondensators 220, des
RA-Kondensators 340 und des Strahlers 21 zeigt. 5 ist
ein Steuercharakteristikdiagramm, das Betriebsarten eines elektrischen
Ventilators 260 in Bezug auf Kältemitteldrücke
zeigt. 6 ist ein Flussdiagramm 1, das ein Steuerverfahren
zum gleichzeitigen Betreiben eines Kältemittelkreislaufs 200 und
eines Rankine-Kreislaufs 300 zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, wird die Kühlvorrichtung 100A der
ersten Ausführungsform auf ein Fahrzeug angewendet, das
einen Motor 10 als eine Antriebsquelle verwendet. Die Kühlvorrichtung 100A ist mit
dem Kältemittelkreislauf 200 und dem Rankine-Kreislauf 300 versehen.
Die Betriebe der jeweiligen Kreisläufe 200 und 300 werden
durch eine Energiespeisungssteuerschaltung 50 gesteuert.
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Der
Motor 10 ist ein wassergekühlter Verbrennungsmotor
(der in der Erfindung einer Wärmekraftmaschine entspricht)
und ist mit einem Strahlerkreis 20 zum Kühlen
des Motors 10 durch die Zirkulation von Motorkühlmittel
und einem Heizungskreis 30 zum Heizen klimatisierter Luft
(d. h. Luft, die klimatisiert werden soll) unter Verwendung des
Kühlmittels (warmes Wasser) als einer Heizquelle versehen.
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Der
Strahlerkreis 20 ist mit dem Strahler 21 versehen,
der das Kühlmittel kühlt, das durch eine Warmwasserpumpe 22 zirkuliert,
indem ein Wärmeaustausch mit Außenluft durchgeführt
wird. Die Warmwasserpumpe 22 kann entweder eine elektrische
Pumpe oder eine mechanische Pumpe sein. Eine Heizung 320 in
dem Rankine-Kreislauf 300, der später beschrieben
werden soll, ist in einem Strömungsweg auf der Auslassseite
des Motors (in einem Strömungsweg zwischen dem Motor 10 und
dem Strahler 21) angeordnet, so dass das Kühlmittel durch
die Heizung 320 strömt. Ein Strahlerumleitungsströmungsweg 23 zum
Umgehen des Strahlers 21 und zum Zulassen, dass das Kühlmittel
hindurch strömt, ist in dem Strahlerkreis 20 bereitgestellt.
Ein Thermostat 24 stellt eine Menge an Kühlmittel,
das durch den Strahler 21 strömt, und eine Menge
an Kühlmittel, das durch den Strahlerumleitungsströmungsweg 23 strömt,
ein.
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Der
Heizungskreis 30 ist mit einem Heizungskern 31 versehen
und erlaubt, dass das Kühlmittel (Warmwasser) durch die
vorstehend erwähnte Warmwasserpumpe 22 durch ihn
zirkuliert. Der Heizungskern 31 ist in einem Klimaanlagengehäuse 410 einer
Klimatisierungseinheit 400 angeordnet und heizt die von
dem Gebläse 420 geblasene Luft durch den Wärmeaustausch
mit warmem Wasser. Der Heizungskern 31 ist mit einer Luftmischklappe 430 versehen.
Die Luftmischklappe 430 wird geöffnet oder geschlossen,
um die Menge der klimatisierten Luft einzustellen, die durch den
Heizungskern 31 strömt.
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Der
Kältemittelkreislauf 200 umfasst einen Kompressor 210,
einen AC-Kondensator 220, einen Flüssigkeitssammler 230,
ein Expansionsventil 240 und einen Verdampfer 250,
die in einer Ringform verbunden sind, um einen geschlossenen Kreis
zu bilden. Der Kompressor 210 ist eine Fluidvorrichtung zum
Komprimieren von Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf 200 mit
einer hohen Temperatur und einem hohen Druck (hier entspricht das
Kältemittel in der Erfindung Kältemittel für
die Kühlung, worauf hier nachstehend als ein „AC- Kältemittel"
Bezug genommen wird). Der Kompressor 210 wird von einer
Antriebskraft des Motors 10 angetrieben. Das heißt, eine
Riemenscheibe 211, die als Antriebseinrichtung dient, ist
an einer Antriebswelle des Kompressors 210 befestigt, so
dass die Antriebskraft des Motors 10 über einen
Riemen 11 an die Riemenscheibe 211 übertragen
wird, um den Kompressor 210 anzutreiben. Die Riemenscheibe 211 ist
mit einer nicht gezeigten elektromagnetischen Kupplung versehen, um
intermittierend zwischen dem Kompressor 210 und der Riemenscheibe 211 zu
verbinden. Die intermittierende Verbindung der elektromagnetischen Kupplung
wird von der Energiespeisungssteuerschaltung 50, die später
beschrieben werden soll, gesteuert. Das AC-Kältemittel
zirkuliert durch den Betrieb des Kompressors 210 durch
den Kältemittelkreislauf 200.
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Der
AC-Kondensator 220 ist mit der Ausstoßseite des
Kompressors 210 verbunden. Der Kondensator 220 ist
ein Wärmetauscher zum Kondensieren und Verflüssigen
des AC-Kältemittels, das durch ihn hindurchströmt,
durch den Wärmeaustausch mit Kühlluft (entspricht
in der Erfindung externer Luft). Der Flüssigkeitssammler 230 ist
ein Sammler zum Abscheiden des AC-Kältemittels, das von
dem AC-Kondensator 220 kondensiert wird, in zwei Flüssig-Gasphasen
und erlaubt, dass nur das abgeschiedene verflüssigte AC-Kältemittel
in Richtung des Expansionsventils 240 ausströmt.
Das Expansionsventil 240 dekomprimiert und expandiert das
von dem Flüssigkeitssammler 230 verflüssigte
AC-Kältemittel. Diese Ausführungsform verwendet
ein thermisches Expansionsventil zum isentropen Dekomprimieren des
AC-Kältemittels und zum Steuern eines Öffnungsgrads
einer Drossel, so dass ein Überhitzungsgrad des von dem
Verdampfer 250 in den Kompressor 210 gesaugten
Kältemittels einen vorgegebenen Wert hat.
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Der
Verdampfer 250 ist wie der Heizungskern 31 in
dem Klimaanlagengehäuse 410 der Klimatisierungseinheit 400 angeordnet.
Der Verdampfer 250 ist ein Wärmetauscher zum Verdampfen
des AC-Kältemittels, das von dem Expansionsventil 240 dekomprimiert
und expandiert wird, und zum Kühlen der klimatisierten
Luft von dem Gebläse 420 durch die latente Wärme
der Verdampfung zu diesem Zeitpunkt. Die Kältemittelauslassseite
des Verdampfers 250 ist mit der Ansaugseite des Kompressors 210 verbunden.
Ein Mischungsverhältnis von Luft, die von dem Verdampfer 250 gekühlt
wird, zu Luft, die von dem Heizungskern 31 geheizt wird,
wird entsprechend dem Öffnungsgrad der Luftmischklappe 430 geändert,
so dass die Temperatur der klimatisierten Luft auf eine gewisse
Temperatur eingestellt wird, die von einem Fahrgast festgelegt wird.
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Im
Gegensatz dazu ist der Rankine-Kreislauf 300 geeignet,
die von dem Motor 10 erzeugte Abgaswärmeenergie
(Wärme von dem Kühlmittel) zurückzugewinnen
und die Abgaswärmeenergie im Gebrauch in mechanische Energie
(eine Antriebskraft der Expansionseinheit 330) und ferner
in elektrische Energie (elektrische Leistung, die von einem elektrischen
Generator 331 erzeugt wird) umzuwandeln. Der Rankine-Kreislauf 300 wird
nachstehend beschrieben.
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Der
Rankine-Kreislauf 300 umfasst eine Pumpe 310,
eine Heizung 320, eine Expansionseinheit 330,
einen Kondensator 340 und einen Flüssigkeitssammler 350,
die in einer Ringform verbunden sind, um einen geschlossenen Kreis
zu bilden.
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Die
Pumpe 310 ist eine elektrische Pumpe, um das Kältemittel
in dem Rankine-Kreislauf 300 hindurch zirkulieren zu lassen
(was dem Kältemittel für den Rankine-Kreislauf
in der Erfindung entspricht und worauf hier nachstehend als ein „RA-Kältemittel" Bezug
genommen wird), wobei ein Elektromotor 311 als eine Antriebsquelle
verwendet wird. Der Elektromotor 311 wird durch die Energiespeisungssteuerschaltung 50 betrieben,
die später beschrieben werden soll. Das RA-Kältemittel
ist das gleiche Kältemittel wie das vorstehend erwähnte
AC-Kältemittel. Die Heizung 320 ist ein Wärmetauscher
zum Heizen des RA-Kältemittels durch den Wärmeaustausch
zwischen dem von der Pumpe 310 zugeführten RA-Kältemittel
und dem Hochtemperaturkühlmittel, das durch den Strahlerkreis 20 zirkuliert.
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Die
Expansionseinheit 330 ist eine Fluidvorrichtung zum Erzeugen
einer Rotationsantriebskraft durch die Expansion des überhitzten
RA-Dampfkältemittels, das von der Heizung 320 geheizt
wird. Der elektrische Generator 331 ist mit einer Antriebswelle der
Expansionseinheit 330 verbunden. Der elektrische Generator 331 wird,
wie später beschrieben wird, von der Antriebskraft der
Expansionseinheit 330 betrieben, so dass die von dem elektrischen
Generator 331 erzeugte elektrische Leistung über
einen Stromrichter 51, der in der später zu beschreibenden Energiespeisungssteuerschaltung 50 enthalten
ist, in eine Batterie 40 geladen wird. Das RA-Kältemittel, das
aus der Expansionseinheit 330 strömt, mündet
in den RA-Kondensator 340.
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Der
RA-Kondensator 340 ist mit der Ausstoßseite der
Expansionseinheit 330 verbunden. Der Kondensator 340 ist
ein Wärmetauscher zum Kondensieren und Verflüssigen
des durch ihn strömenden RA-Kältemittels durch
den Wärmeaustausch mit Kühlluft (entspricht in
der Erfindung externer Luft). Der Flüssigkeitssammler 350 ist
ein Sammler zum Abscheiden des von dem RA-Kondensator 340 verflüssigten
RA-Kältemittels in zwei Flüssig-Gasphasen, und
erlaubt, dass nur das abgeschiedene flüssige RA-Kältemittel
in Richtung der Pumpe 310 ausströmt.
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Ein
Drucksensor (welcher in der Erfindung der hochdruckseitigen Druckerfassungseinrichtung entspricht) 301 zum
Erfassen eines Drucks des RA-Kältemittels (ein hochdruckseitiger
Druck PHr) ist an einem hochdruckseitigen Bereich bereitgestellt, der
von der Ausstoßseite (stromabwärtigen Seite) der
Pumpe 310 des Rankine-Kreislaufs 300 zu der Zustromseite
(stromaufwärtigen Seite) der Expansionseinheit 330 führt.
Der Drucksensor 301 ist zwischen der Heizung 320 und
der Expansionseinheit 330 in dem hochdruckseitigen Bereich
angeordnet. Ein anderer Drucksensor (entspricht in der Erfindung der
niederdruckseitigen Druckerfassungseinrichtung) 302 zum
Erfassen eines Drucks des RA-Kältemittels (ein niederdruckseitger
Druck PLr) ist an einem niederdruckseitigen Bereich bereitgestellt,
der von der Ausstoßseite (stromabwärtigen Seite)
der Expansionseinheit 330 zu der Ansaugseite (stromaufwärtigen
Seite) der Pumpe 310 führt. Der Drucksensor 302 ist
zwischen der Expansionseinheit 330 und dem RA-Kondensator 340 in
dem niederdruckseitigen Bereich angeordnet. Drucksignale, die von beiden
Drucksensoren 301 und 302 erfasst werden, werden
an die Energiespeisungssteuerschaltung 50, die später
beschrieben werden soll, ausgegeben.
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Wie
in 2 gezeigt, sind der AC-Kondensator 220 in
dem Kältemittelkreislauf 200, der RA-Kondensator 340 in
dem Rankine-Kreislauf 300 und der Strahler 21 in
dem Strahlerkreis 20 auf der Rückseite eines Fahrzeugkühlergrills,
das heißt, auf der Vorderseite eines Motorraums, angeordnet.
Beim Laufenlassen des Fahrzeugs strömt die Kühlluft
(externe Luft) von dem Fahrzeugkühlergrill in den Motorraum.
Der AC-Kondensator 220, der RA-Kondensator 340 und
der Strahler 21 sind in Bezug auf die Strömungsrichtung
der Kühlluft von der stromaufwärtigen Seite zu
der stromabwärtigen Seite in dieser Reihenfolge hintereinander
angeordnet und auf dem Fahrzeug montiert. Auf die stromaufwärtige
Seite der Strömungsrichtung der Kühlluft wird
als eine „Vorderseite" und auf die stromabwärtige
Seite als eine „Rückseite" in Bezug auf die Vorder-/Rückrichtung des
Fahrzeugs Bezug genommen.
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Wie
in 3 gezeigt, sind der Einlass 220a und
der Auslass 220b für das AC-Kältemittel
auf einer Endseite in der horizontalen Richtung des AC-Kondensators 220 (beim
Montieren des Kondensators auf dem Fahrzeug auf der rechten Seite)
bereitgestellt. Der Einlass 220a ist auf der oberen Seite (beim
Montieren auf der oberen rechten Seite) und der Auslass 220b auf
der unteren Seite (beim Montieren auf der unteren rechten Seite)
angeordnet. Der Einlass 340a und Auslass 340b des
RA-Kältemittels sind in Bezug auf den RA-Kondensator 340 in
den gleichen jeweiligen Bereichen angeordnet wie die des Einlasses 220a und
des Auslasses 220b in Bezug auf den AC-Kondensator 220.
Das heißt, die Positionen des Einlasses 220a des
AC-Kondensators 220 und des Einlasses 340a des
RA-Kondensators 340 sind beim Einbau der Kondensatoren
auf dem Fahrzeug auf der oberen rechten Seite positioniert. Die
Positionen des Auslasses 220b des AC-Kondensators 220 und
des Auslasses 340b des RA-Kondensators 340 sind
beim Montieren auf der unteren rechten Seite positioniert.
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Ferner
sind der Einlass 220a und der Auslass 220b des
AC-Kondensators 220, wie in 4 gezeigt,
zu der Vorderseite (der Kühlergrillseite) geöffnet,
und die Kältemittelrohrleitung ist von der Vorderseite
mit der Rückseite verbunden. Der Einlass 340a und
der Auslass 340b des RA-Kondensators 340 sind
in die Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung der
Kühlluft (auf der rechten Seite in der Breitenrichtung
des Fahrzeugs) geöffnet, und die Kältemittelrohrleitung
ist von der rechten Seite mit der linken Seite in der Breitenrichtung
verbunden. Der Einlass 21a und der Auslass 21b des
Kühlmittels des Strahlers 21 sind in Richtung
der Rückseite (in Richtung der Seite des Motors 10)
geöffnet, und die Kühlmittelrohrleitung ist von
der Rückseite mit der Vorderseite verbunden.
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Ein
elektrischer Ventilator 260, in dem ein axialer Gebläseventilator
von einem elektrischen Motor, der als eine Antriebsquelle dient,
rotierend angetrieben wird, ist auf der Rückseite des Strahlers 21 zwischen
dem AC-Kondensator 220, dem RA-Kondensator 340 und
dem Strahler 21 angeordnet, die hintereinander in dem Motorraum
angeordnet sind (siehe 1). Der elektrische Ventilator 260 ist
die sogenannte Ansauggebläseeinrichtung zum erzwungenen
Zuführen der Kühlluft an den AC-Kondensator 220,
den RA-Kondensator 340 und den Strahler 21 von
der Vorderseite zu der Rückseite durch rotierendes Antreiben
des Ventilators. Wenn die ausreichende Menge an Zustrom der Kühlluft
von dem Fahrzeugkühlergrill nicht erwartet wird (im Leerlauf,
beim Hochfahren eines Hangs mit niedrigen Drehzahlen oder ähnlichem)
und auch wenn die Strahlungskapazitäten des AC-Kondensators 220,
des RA-Kondensators 340 und des Strahlers 21 nicht
hinreichend abgeleitet werden können, wird der elektrische
Ventilator 260 derart betrieben, dass die Zufuhr der Kühlluft gefördert
wird.
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Insbesondere
wird der Betrieb des elektrischen Ventilators 260, wie
in 5 gezeigt, durch die Energiespeisungssteuerschaltung 50 gesteuert,
die später beschrieben werden soll. Wenn ein hochdruckseitiger
AC-Kältemitteldruck des Kältemittelkreislaufs 200 gleich
oder kleiner als α ist (oder wenn eine Temperatur von Kühlmittel
gleich oder kleiner als eine vorgegebene Temperatur ist), wird der
elektrische Ventilator 260 in einer schwachen Betriebsart (Lo-Betriebsart)
betrieben. Wenn ferner ein hochdruckseitiger AC-Kältemitteldruck
gleich oder höher als α + β ist (oder
wenn eine Temperatur von Kühlmittel gleich oder höher
als eine vorgegebene Temperatur + γ ist), wird der elektrische
Ventilator 260 in einer starken Betriebsart (Hi-Betriebsart)
betrieben.
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Die
Energiespeisungssteuerschaltung 50 ist die Steuereinrichtung
zum Steuern der Betriebe verschiedener Vorrichtungen in dem vorstehend
erwähnten Kältemittelkreislauf 200 und
dem Rankine-Kreislauf 300 und umfasst den Stromrichter 51 und
eine Steuerung 52.
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Der
Stromrichter 51 soll den Betrieb des elektrischen Generators 331 steuern,
der mit der Expansionseinheit 330 verbunden ist. Wenn der
elektrische Generator 331 durch die Antriebskraft des Expansionsventils 330 betätigt
wird, lädt der Stromrichter 51 die erzeuge Leistung
in die Batterie 40.
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Die
Steuerung 52 steuert den Betrieb des Stromrichters 51.
Auch steuert die Steuerung 52 die elektromagnetische Kupplung,
den elektrischen Ventilator 260, den elektrischen Motor 311 der
Pumpe 310 und ähnliches, indem beim Betrieb des
Kältemittelkreislaufs 200 und des Rankine-Kreislaufs 300 Erfassungssignale
von den Drucksensoren 301 und 302 gewonnen werden.
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Nun
werden die Betriebe und Auswirkungen dieser Anordnung nachstehend
beschrieben.
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1. Alleinbetrieb des Kältemittelkreislaufs
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Wenn
während des Aufwärmens oder ähnlichem
direkt nach dem Start des Motors 10 eine Klimatisierungsanforderung
gestellt wird, während keine Abgaswärme erhalten
wird, stoppt die Energiespeisungssteuerschaltung 50 den
Elektromotor 311 der Pumpe 310 (während
die Expansionseinheit 320 gestoppt wird), kuppelt die elektromagnetische
Kupplung ein, treibt den Kompressor 210 durch die Antriebskraft
des Motors 10 an und treibt allein den Kältemittelkreislauf 200 an.
In diesem Fall arbeitet der Kältemittelkreislauf 200 in
der gleichen Weise wie eine normale Klimaanlage für ein
Fahrzeug.
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2. Alleinbetrieb des Rankine-Kreislaufs
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Wenn
von dem Motor 10 ohne eine Klimatisierungsanforderung die
ausreichende Abgaswärme erzeugt wird, trennt die Energiespeisungssteuerschaltung 50 die
elektromagnetische Kupplung (stoppt den Kompressor 210),
betreibt den Elektromotor 311 (die Pumpe 310)
und betreibt allein den Rankine-Kreislauf 300, um dadurch
Elektrizität zu erzeugen.
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In
diesem Fall hat das flüssige RA-Kältemittel in
dem Flüssigkeitssammler 350 einen Druck, der von
der Pumpe 310 erhöht wird, um an die Heizung 320 zugeführt
zu werden. Durch die Heizung 320 wird das flüssige
RA-Kältemittel von einem Hochtemperatur-Motorkühlmittel
geheizt, um überhitztes RA-Dampfkältemittel zu
werden, das an die Expansionseinheit 330 zugeführt
wird. Das überhitzte RA-Dampfkältemittel wird
von der Expansionseinheit 330 isentrop expandiert und dekomprimiert,
und ein Teil seiner Wärmeenergie und Druckenergie wird
in eine Rotationsantriebskraft umgewandelt. Die von der Expansionseinheit 330 genommene
Rotationsantriebskraft betreibt den elektrischen Generator 331,
der dann die Elektrizität erzeugt. Die von dem elektrischen
Generator 331 erzeugte Elektrizität wird über
den Stromrichter 51 in die Batterie 40 geladen und
dann für den Betrieb vielfältiger Zusatzgeräte verwendet.
Das von der Expansionseinheit 330 dekomprimierte RA-Kältemittel
wird von dem RA-Kondensator 340 kondensiert, von dem Flüssigkeitssammler 350 in
flüssige und Gasphasen abgeschieden und erneut in die Pumpe 310 gesaugt.
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3. Gleichzeitiger Betrieb des Kältemittelkreislaufs und
des Rankine-Kreislaufs
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Wenn
bei einer gestellten Klimatisierungsanforderung ausreichend Abgaswärme
erzeugt wird, treibt die Energiespeisungssteuerschaltung 50 gleichzeitig
sowohl den Kältemittelkreislauf 200 als auch den
Rankine-Kreislauf 300 an und betreibt diese, wodurch sowohl
die Klimatisierung als auch die Elektrizitätserzeugung
durchgeführt werden.
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In
diesem Fall ist die elektromagnetische Kupplung verbunden oder in
Eingriff, um den Elektromotor 311 (die Pumpe 310)
zu betreiben. Das AC-Kältemittel und das RA-Kältemittel
zirkulieren jeweils durch den Kältemittelkreislauf 200 und
den Rankine-Kreislauf 300. Der Betrieb jedes der Kreisläufe 200 und 300 ist
der gleiche wie der bei ihrem alleinigen Betrieb.
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Da
der RA-Kondensator 340 auf der Rückseite des AC-Kondensators 220 angeordnet
ist, strömt die Kühlluft mit der Außenlufttemperatur
beim gleichzeitigen Betrieb des vorstehend erwähnten Kältemittelkreislaufs
und des Rankine-Kreislaufs in den AC-Kondensator 220, und
die Kühlluft, deren Temperatur durch den Wärmeaustausch
an dem AC-Kondensator 220 erhöht wird, strömt
in den RA-Kondensator 340. Folglich hat der RA-Kondensator 340 eine
niedrigere Strahlungskapazität im Vergleich zu einem Fall,
in dem die Kühlluft mit der Außenlufttemperatur
(wobei die externe Luft durch den Wärmeaustausch nicht
beeinflusst ist) bloß in den RA-Kondensator 340 strömt.
Damit zusammen wird ein niederdruckseitiger Druck PLr des Rankine-Kreislaufs 300 erhöht.
Die Zunahme des niederdruckseitigen Drucks PLr verringert eine Druckdifferenz ΔP
der Expansionseinheit des RA-Kältemittels an der Expansionseinheit 330,
so dass die regenerierte Antriebskraft verringert wird, was zu einer
Abnahme der erzeugten Elektrizitätsmenge führt.
Ferner wird der Betrieb des Rankine-Kreislaufs 300 instabil.
Um folglich die Abnahme der erzeugten Elektrizitätsmenge zu
verringern und den instabilen Betrieb des Rankine-Kreislaufs 300 zu
verhindern, führt die Energiespeisungssteuerschaltung 50 basierend
auf einem in 6 gezeigten Steuerflussdiagramm 1 eine
Steuerung zur Verhinderung einer Abnahme der Druckdifferenz durch.
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Das
heißt, wenn der Kältemittelkreislauf und der Rankine-Kreislauf
in dem Schritt S100 gleichzeitig angetrieben werden, liest die Energiespeisungssteuerschaltung 50 in
dem Schritt S110 zuerst einen hochdruckseitigen Druck PHr und einen
niederdruckseitigen Druck PLr ein, die von den Drucksensoren 301 und 302 erfasst
werden. In dem Schritt S120 wird der niederdruckseitige Druck PLr
von dem hochdruckseitigen Druck PHr subtrahiert, um dadurch eine
Druckdifferenz ΔP der Expansionseinheit zu berechnen.
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Dann
wird in Schritt S130 bestimmt, ob die in dem vorstehend erwähnten
Schritt S120 berechnete Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
kleiner als eine vorgegebene Druckdifferenz ΔPa ist (die
in der Erfindung einem vorgegebenen Wert entspricht). Die vorgegebene
Druckdifferenz ΔPa ist als eine untere Grenze der Druckdifferenz
definiert, welche die Überexpansion der Expansionseinheit 330 erlaubt,
während der stabile Betrieb des Rankine-Kreislaufs 300 ermöglicht
wird.
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Wenn
die Expansionseinheit 330 dieser Ausführungsform
zum Beispiel dafür gedacht ist, bei dem hochdruckseitigen
Druck PHr = 2,3 MPa und mit dem Expansionsverhältnis =
2,0 expandiert zu werden, ist es notwendig, den niederdruckseitigen
Druck PLr auf 1,15 MPa und die geeignete Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔPo
für die geeignete Expansion auf 1,15 MPa festzulegen. Wenn
die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP kleiner als die geeignete
Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔPo ist, wird die Expansionseinheit 330 überexpandiert.
Wenn die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP verringert
wird, wird der Betrieb des Rankine-Kreislaufs 300 instabiler.
Wenn die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP größer
als eine geeignete Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔPo
ist, ist die Expansion der Expansionseinheit 330 unzureichend.
Folglich wird die minimale Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
ohne einen instabilen Betrieb des Rankine-Kreislaufs 300 als
die vorgegebene Druckdifferenz ΔPa festgelegt. Unter der
vorstehend erwähnten Bedingung wird die vorgegebene Druckdifferenz ΔPa
zum Beispiel auf 0,8 MPa (ΔPa = 0,8 MPa) festgelegt (was
dem 70%-Niveau der geeigneten Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔPo
entspricht).
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Wenn
die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP in Schritt S130
als kleiner als die vorgegebene Druckdifferenz ΔPa bestimmt
wird, wird in Schritt S140 bestimmt, ob die Anzahl der Umdrehungen
der vorliegenden Expansionseinheit 330 die minimale betreibbare
Anzahl von Umdrehungen ist. Die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit,
die gleich der Anzahl der Umdrehungen des elektrischen Generators 331 ist,
wird von dem Gleichrichter 51 erfasst.
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Wenn
in Schritt S140 die Anzahl von Umdrehungen der Expansionseinheit
als nicht die Minimalzahl von Umdrehungen bestimmt wird, kann die
Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit 330 verringert
werden, und die Energiespeisungssteuerschaltung 50 verringert
die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit 330 nur
um einen vorgegebenen Betrag. Beim Erhöhen der Anzahl der
Umdrehungen der Expansionseinheit 330 wird während
der Erzeugung von Elektrizität elektrischer Strom von dem
Gleichrichter 51 an den elektrischen Generator 331 geliefert,
um eine Bremswirkung bereitzustellen.
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Wenn
die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit in Schritt S150
verringert wird, wird ein Widerstandseffekt gegen das RA-Kältemittel
in der Expansionseinheit 330 verstärkt, so dass
ein niederdruckseitiger Druck PLr verringert wird, wodurch die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
erhöht wird.
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Folglich
wird die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP durch Wiederholen
der vorstehend erwähnten Schritte S110 bis 150 derart gesteuert,
dass die Druckdifferenz ΔP gleich oder höher als
eine vorgegebene Druckdifferenz ΔPa ist.
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Wenn
die Entscheidung des Schritts S140 Nein ist, das heißt,
wenn in Schritt S140 die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit
als bereits die minimale Anzahl von Umdrehungen bestimmt wird, kann
die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP nicht so gesteuert
werden, dass sie, wie vorstehend erwähnt, gleich oder höher
als die vorgegebene Druckdifferenz ΔPa wird. In diesem
Fall wird der Rankine-Kreislauf 300 in Schritt S160 zu
Sicherheitszwecken ausgeschaltet. Wenn die Entscheidung von Schritt
S130 Nein ist, das heißt, wenn die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
als größer als die vorgegebene Druckdifferenz ΔPa
bestimmt wird, ist die Steuerung der Anzahl der Umdrehungen der
Expansionseinheit 330 unnötig, und der Betrieb
kehrt zu einem Schritt S100 zurück.
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Wie
vorstehend erwähnt, sind in dieser Ausführungsform
der AC-Kondensator 220 und der RA-Kondensator 340,
die zweckbestimmt sind, jeweils in dem Kältemittelkreislauf 200 und
dem Rankine-Kreislauf 300 eingerichtet, und der AC-Kondensator 220 ist
auf der Vorderseite des RA-Kondensators 340 (auf der stromaufwärtigen
Seite des Kühlluftstroms) angeordnet. Folglich erlaubt
der AC-Kondensator 220 ungeachtet des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins
des Betriebs des Rankine-Kreislaufs 300, dass beständig
ein externes Fluid einströmt, dessen Temperatur gleich
der Temperatur der Außenluft ist, in ihn einströmt.
Im Betrieb des Kältemittelkreislaufs 200 führt
dies nicht zur Verringerung der Zuverlässigkeit des Kältemittelkreislaufs 200 zusammen
mit der Verschlechterung der Leistung des Kompressors 210 ebenso
wie einer Abnahme der Kühlkapazität zusammen mit
einer Abnahme des Leistungskoeffizienten.
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Beim
alleinigen Betreiben des Rankine-Kreislaufs 300 bilden
die jeweiligen Kreisläufe 200 und 300 die
unabhängigen Kältemittelkreise, so dass der Rankine-Kreislauf 300 eine
ausreichende inhärente Kapazität zeigen kann,
während die Zuverlässigkeit der Expansionseinheit 330 und
der Pumpe 310 sichergestellt wird, ohne das Kältemittel
und das Schmieröl von dem Rankine-Kreislauf 300 in
dem Kältemittelkreislauf 200 zu lagern.
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Dies
kann die Zuverlässigkeit sowohl der Rankine-Kreisläufe 200 und 300 sicherstellen
als auch die Kühlvorrichtung 100A bereitstellen,
welche als Ganzes die ausreichende Leistung zeigen kann.
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Beim
gleichzeitigen Betrieb des Kältemittelkreislaufs 200 und
des Rankine-Kreislaufs 300 wird die Anzahl der Umdrehungen
der Expansionseinheit 330 verringert, so dass die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
gleich oder höher als die vorgegebene Druckdifferenz ΔPa
ist. Dies kann die ausreichende Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
sicherstellen, um den instabilen Betrieb des Rankine-Kreislaufs 300 zu
verhindern, während von der Expansionseinheit 330 die
ausreichende Menge an erzeugter Elektrizität erhalten.
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Die
Berechnung der Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP kann
unter Verwendung von Druckwerten, die von zwei Drucksensoren 301 und 302 erfasst
werden, leicht und sicher durchgeführt werden.
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Die
Positionen des Einlasses 220a und Auslasses 220b des
AC-Kondensators 220 sind aus der Strömungsrichtung
der Kühlluft betrachtet in den gleichen jeweiligen Bereichen
positioniert wie die des Einlasses 340a und des Auslasses 340b des RA-Kondensators 340.
Folglich können der Zustrombereich und der Abflussbereich
für das AC-Kältemittel in dem AC-Kondensator 220 die
gleiche Positionsbeziehung wie die des Zustrombereichs und des Abflussbereichs
für das RA-Kältemittel in dem RA-Kondensator 340 haben.
Der Erhöhungsbetrag der Temperatur von Kühlluft,
die den AC-Kondensator 220 durchläuft, ist auf
der Einlassseite des AC-Kältemittels hoch und wird in Richtung
der Abflussseite niedriger. Es ist offensichtlich, dass die Temperatur
des RA-Kältemittels in dem RA-Kondensator 340 durch den
Wärmeaustausch von der Zustromseite in Richtung der Abflussseite
niedriger wird. Dies kann eine derartige Positionsbeziehung bereitstellen,
dass die Temperaturverteilung von Kühlluft, die in den RA-Kondensator 340 strömt,
die gleiche Richtung hat wie die des RA-Kältemittels in
den RA-Kondensator 340. Folglich kann die Temperaturdifferenz
zwischen der Kühlluft und dem RA-Kältemittel vollständig gleichmäßig
gemacht werden, wodurch es möglich ist, wirksam Wärme
von dem RA-Kondensator 340 abzustrahlen.
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Der
Einlass 220a und der Auslass 220b des AC-Kondensators 220 sind
in Richtung der Vorderseite geöffnet. Folglich ist es bei
der Streckenplanung von Rohrleitungen für das AC-Kältemittel
zu dem AC-Kondensator 220 nicht notwendig, Rohrleitungen zwischen
dem AC-Kondensator 220 und dem RA-Kondensator 340 anzuordnen.
Dies verschlechtert eine Abmessungsgenauigkeit zwischen beiden Kondensatoren 220 und 340 nicht
und kann die Verbindung der Rohrleitung mit dem AC-Kondensator 220 erleichtern.
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Der
Einlass 340a und der Auslass 340b des RA-Kondensators 340 sind
in die Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung der
Kühlluft geöffnet. Folglich ist es bei der Streckenplanung
von Rohrleitungen für das RA-Kältemittel zu dem
RA-Kondensator 340 nicht notwendig, Rohrleitungen zwischen
dem AC-Kondensator 220 und dem RA-Kondensator 340 anzuordnen
oder Rohrleitungen von der Vorderseite zu der Rückseite
anzuordnen. Folglich kann dies die Verschlechterung einer Abmessungsgenauigkeit
zwischen beiden Kondensatoren 220 und 340 oder
eine Verringerung Fläche der vorderen Oberfläche
des AC-Kondensators 220 verhindern. Ferner kann dies auch
die Verbindung der Rohrleitung mit dem RA-Kondensator 340 erleichtern.
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In
der Steuerung zur Verhinderung einer Abnahme der Druckdifferenz
basierend auf einem in 6 gezeigten Flussdiagramm 1
kann die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit 330,
nachdem die Anzahl der Umdrehungen der Expansionseinheit 330 derart
gesteuert wird, dass die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
gleich oder höher als die vorgegebene Druckdifferenz ΔPa
ist, bevorzugt derart gesteuert werden, dass die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
die geeignete Druckdifferenz ΔPo wird. Folglich kann sie
beständig die optimale erzeugte Elektrizitätsmenge
erhalten.
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(Zweite Ausführungsform)
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7 und 8 zeigen
eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Die zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in einem
Verfahren zur Berechnung einer Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP.
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Eine
Kühlvorrichtung 100B der zweiten Ausführungsform
hat die gleiche grundlegende Struktur wie die der Kühlvorrichtung 100A der
ersten Ausführungsform. Wie in 7 gezeigt,
ist der Drucksensor 302 weggelassen, und die Kühlvorrichtung 100B ist mit
einem Temperatursensor (der in der Erfindung einer Lufttemperaturerfassungseinrichtung
entspricht) 101 versehen, um die Temperatur von Kühlluft
zu erfassen, die zwischen dem AC-Kondensator 220 und dem
RA-Kondensator 340 durchgeht (eine Durchgangslufttemperatur
Tas). Ein Temperatursignal (Durchgangslufttemperatur Tas), die von
dem Temperatursensor 101 erfasst wird, wird an die Energiespeisungssteuerschaltung 50 ausgegeben.
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In
einem Flussdiagramm 2 zur Steuerung der Verhinderung einer Abnahme
der Druckdifferenz, wie in 8 gezeigt,
sind die Schritte S110 und S120 in dem in 6 gezeigten
und in der ersten Ausführungsform erklärten Flussdiagramm
1 in Schritte S111 bzw. S121 geändert, und der Schritt
S115 ist zwischen den Schritten S111 und S121 hinzugefügt.
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Nun
wird die Steuerung zur Verhinderung der Abnahme der Druckdifferenz
nachstehend basierend auf dem Flussdiagramm 2 beschrieben. Das heißt, wenn
der Kältemittelkreislauf 200 und der Rankine-Kreislauf 300 in
Schritt S100 gleichzeitig angetrieben und betrieben werden, liest
die Energiespeisungssteuerschaltung 50 in Schritt S111
einen von dem Drucksensor 301 erfassten hochdruckseitigen Druck
PHr und eine von dem Temperatursensor 101 erfasste Durchgangslufttemperatur
Tas.
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In
dem Schritt S115 wird der niederdruckseitige Druck PLr berechnet.
Die Kurzfassung der Berechnung wird nachstehend beschrieben. Der
Schritt S115 entspricht dem Berechnungsmittel zum Berechnen des
niederdruckseitigen Drucks PLr.
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Zuerst
wird eine Wärmemenge Qir, die von der Heizung 220 aus
dem Kühlmittel aufgenommen wird, geschätzt. Wenn Φh
ein Temperaturwirkungsgrad der Heizung 220 ist, CW eine
spezifische Wärme des Kühlmittels ist, Gw ein
Gesichtsdurchsatz des Kühlmittels ist, Tw eine Temperatur
des Kühlmittels ist, und THr eine Temperatur des RA-Kältemittels an
der Heizung 220 ist, kann die folgende Gleichung dargestellt
werden: Qir = Φh·Cw·Gw·(Tw – THr)
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Wenn
Qor eine Wärmeabstrahlungsmenge an dem RA-Strahler 340 ist,
die mit einer Menge an Wärme Qir ausgeglichen ist, die
an der Heizung 32 aufgenommen wird, kann als nächstes
in dem Rankine-Kreislauf 300 die folgende Gleichung angesetzt werden: Qor = A·Qirwobei A ein Koeffizient
ist, der einer Antriebskraft der Expansionseinheit 330,
zum Beispiel 0,9 (A = 0,9), entspricht.
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Wenn
ferner ΦCr ein Temperaturwirkungsgrad des RA-Kondensators 340 ist,
Ca eine spezifische Wärme der Kühlluft ist, Ga
ein Gewichtsdurchsatz der Kühlluft ist, TLr eine Temperatur
des RA-Kältemittels an dem RA-Kondensator 340 ist
und Tas eine Temperatur der in den RA-Kondensator 340 strömenden
Kühlluft, das heißt einer Durchgangslufttemperatur,
ist, kann die folgende Gleichung dargestellt werden: Qor
= Φcr·Ca·Ga·(TLr – Tas)
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Folglich
kann die folgende Formel (1) erhalten werden: A·Φh·Cw·Gw·(Tw – THr)
= Φcr·Ca·Ga·(TLr – Tas) (1)
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Der
Temperaturwirkungsgrad Φh wird gemäß festgelegten
Spezifikationen der Heizung 220 bestimmt. Die spezifische
Wärme Cw des Kühlmittels wird als ein Wert einer
physikalischen Größe des Kühlmittels
bestimmt. Der Gewichtsdurchsatz des Kühlmittels Gw kann
aus der Anzahl der Umdrehungen der Warmwasserpumpe 22 geschätzt
werden. Die Temperatur des Kühlmittels Tw kann unter Verwendung
von Temperaturdaten des zu der Motorsteuerung gehörenden
Kühlmittels bestimmt werden. Die Temperatur des RA-Kältemittels
THr kann aus dem hochdruckseitigen Druckwert (PHr) geschätzt werden,
der in Schritt S111 gelesen wird.
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Der
Temperaturwirkungsgrad Φr wird gemäß festgelegten
Spezifikationen des RA-Kondensators 340 bestimmt. Die spezifische
Wärme Ca der Kühlluft wird als ein Wert einer
physikalischen Eigenschaft der Luft bestimmt. Der Gewichtsdurchsatz
der Kühlluft Ga kann aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem
Betriebszustand des elektrischen Ventilators 260 geschätzt
werden. Als die Durchgangslufttemperatur Tas wird ein in Schritt
S111 gelesener Wert verwendet.
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Folglich
kann die RA-Kältemitteltemperatur TLr aus der Formel (1)
und der vorstehend erwähnten Bedingung berechnet werden.
Ferner kann ein niederdruckseitiger Druck PLr an dem RA-Kondensator 340 aus
der auf diese Weise erhaltenen RA-Kältemitteltemperatur
TLr berechnet werden.
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In
dem Schritt S121 wird eine Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
durch Subtrahieren des in Schritt S115 berechneten niederdruckseitigen Drucks
von dem in Schritt S111 gelesenen hochdruckseitigen Druck PHr berechnet.
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Wie
vorstehend erwähnt, kann die Ausführung der Schritte
S130 bis S160 die Steuerung durchführen, um wie die erste
Ausführungsform eine Abnahme der Druckdifferenz zu verhindern,
wodurch die gleichen Auswirkungen wie die der ersten Ausführungsform
erhalten werden.
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In
der zweiten Ausführungsform ist anstelle des Temperatursensors 101 das
Mittel von Schritt S115 zum Berechnen des niederdruckseitigen Drucks
bereitgestellt, so dass der Drucksensor 302 die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
berechnen kann.
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(Dritte Ausführungsform)
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9 und 10 zeigen
eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform unterscheidet
sich wie die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform
in einem Verfahren zur Berechnung einer Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP.
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Eine
Kühlvorrichtung 1000 der dritten Ausführungsform
hat die gleiche grundlegende Struktur wie die der Kühlvorrichtung 100A der
ersten Ausführungsform. Wie in 9 gezeigt,
ist der Drucksensor 302 weggelassen, und die Kühlvorrichtung 1000 ist mit
einem Temperatursensor (der in der Erfindung der Zustromlufttemperaturerfassungseinrichtung
entspricht) 102 versehen, um die Temperatur von Kühlluft
zu erfassen, die in den AC-Kondensator 220 strömt
(Zustromlufttemperatur Ta). Ein von dem Temperatursensor 102 erfasstes
Temperatursignal (Zustromlufttemperatur Ta) wird an die Energiespeisungssteuerschaltung 50 ausgegeben.
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In
einem Flussdiagramm 3 zur Steuerung der Verhinderung einer Abnahme
der Druckdifferenz, wie in 10 gezeigt,
sind die Schritte S110 und S120 in dem in 6 gezeigten
und in der ersten Ausführungsform erklärten Flussdiagramm
1 in Schritte S112 bzw. S122 geändert, und der Schritt
S116 ist zwischen den Schritten S112 und S121 hinzugefügt.
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Nun
wird nachstehend die Steuerung zur Verhinderung der Abnahme der
Druckdifferenz nachstehend basierend auf dem Flussdiagramm 3 beschrieben.
Das heißt, wenn der Kältemittelkreislauf und der
Rankine-Kreislauf in Schritt S100 gleichzeitig angetrieben und betrieben
werden, liest die Energiespeisungssteuerschaltung 50 in
Schritt S112 einen von dem Drucksensor 301 erfassten hochdruckseitigen
Druck PHr und eine von dem Temperatursensor 102 erfasste
Zustromlufttemperatur Ta.
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In
dem Schritt S116 wird ein niederdruckseitiger Druck PLr berechnet.
Die Kurzfassung der Berechnung wird nachstehend beschrieben. Der
Schritt S116 entspricht dem Berechnungsmittel zum Berechnen des
niederdruckseitigen Drucks PLr.
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Wenn
in dem Kältemittelkreislauf 200 Qoa eine notwendige
Kühlkapazität ist, das heißt ein Wärmeabstrahlungsbetrag
an dem AC-Kondensator 220 ist, der mit einer Menge an aufgenommener
Wärme Qia an dem Verdampfer 250 ausgeglichen ist,
kann die folgende Gleichung angesetzt werden: B·Qoa
= Qiawobei B ein Koeffizient ist, der einer Antriebskraft des Kompressors 210,
zum Beispiel 0,7 (B = 0,7), entspricht.
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Wenn
ferner ΦCa ein Temperaturwirkungsgrad des AC-Kondensators 220 ist,
Ca eine spezifische Wärme der Kühlluft ist, Ga
ein Gewichtsdurchsatz der Kühlluft ist, Tas eine Durchgangslufttemperatur
der den AC-Kondensator 220 durchströmenden Kühlluft
ist und Ta eine Temperatur der in den AC-Kondensator 220 strömenden
Luft ist, kann die folgende Gleichung dargestellt werden: Qoa = Φca·Ca·Ga·(Tas – Ta)
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Folglich
kann die folgende Formel (2) erhalten werden: B·Φca·Ca·Ga·(Tas – Ta)
= Φcia (2)
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Der
Temperaturwirkungsgrad Φca wird gemäß festgelegten
Spezifikationen des AC-Kondensators 220 bestimmt. Die spezifische
Wärme Ca des Kühlmittels wird als ein Wert einer
physikalischen Größe der Luft bestimmt. Der Gewichtsdurchsatz
der Kühlluft Ga kann aus einer Fahrzeuggeschwindigkeit und
einem Betriebszustand des elektrischen Ventilators 260 geschätzt
werden.
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Als
die Zustromlufttemperatur Ta wird ein in Schritt S112 gelesener
Wert verwendet. Die Menge der absorbierten Wärme Qia wird
aus einer Umgebungsbedingung und einer von einem Fahrgast festgelegten
Solltemperatur berechnet.
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Folglich
kann die Durchgangslufttemperatur Tas aus der Formel (2) und der
vorstehend erwähnten Bedingung berechnet werden.
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Unter
Verwendung der vorstehend berechneten Durchgangslufttemperatur Tas
kann die gleiche Berechnung wie die in Schritt S115 der zweiten Ausführungsform
durchgeführt werden, um den niederdruckseitigen Druck PLr
zu berechnen.
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Dann
wird in dem Schritt S122 die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
durch Subtrahieren des in Schritt S116 berechneten niederdruckseitigen Drucks
von dem in Schritt S112 gelesenen hochdruckseitigen Druck PHr berechnet.
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Wie
vorstehend erwähnt, kann die Ausführung der Schritte
S130 bis S160 die Steuerung durchführen, um wie die erste
Ausführungsform eine Abnahme der Druckdifferenz zu verhindern,
wodurch die gleichen Auswirkungen wie die der ersten Ausführungsform
erhalten werden.
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In
der dritten Ausführungsform ist anstelle des Temperatursensors 102 das
Mittel von Schritt S116 zum Berechnen des niederdruckseitigen Drucks
bereitgestellt, so dass der Drucksensor 302 die Expansionseinheit-Druckdifferenz ΔP
berechnen kann.
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(Vierte Ausführungsform)
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11 zeigt
eine vierte Ausführungsform der Erfindung. In der vierten
Ausführungsform sind relativ zu dem AC-Kondensator 220 und
dem RA-Kondensator 340 der ersten bis dritten Ausführungsformen
Kanäle 103, die als ein Einleitungsströmungsweg
dienen, und Führungen 104, die als ein Öffnungseinstellungsabschnitt
dienen, bereitgestellt.
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Die
Kanäle 103, von denen jeder ein plattenartiges
Element ist, das zum Einleiten von Luft geeignet ist, sind auf beiden
Enden des RA-Kondensators 340 in der Fahrzeugbreitenrichtung
bereitgestellt. Die Kanäle 103 sind derart ausgebildet,
dass sie sich von beiden Enden des RA-Kondensators 340 zu
der Vorderseite des AC-Kondensators 220 ausdehnen. Wie durch
den gestrichelten Pfeil in 11 angezeigt, sind
die Kanäle 103 derart ausgebildet, dass sie erlauben,
dass Kühlluft zwischen dem AC-Kondensator 220 und
dem RA-Kondensator 340 hindurch direkt auf beiden Enden
in den RA-Kondensator 340 eingeleitet wird, ohne die Kühlluft
von der Vorderseite des AC-Kondensators 220 durch den AC-Kondensator 220 strömen
zu lassen.
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Die
Führungen 104, von denen jede als ein plattenartiges
Element ausgebildet ist, sind auf beiden Enden des AC-Kondensators 220 in
der Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet und geeignet, durch die Energiespeisungssteuerschaltung 50 drehbar
um die jeweiligen Enden in der Fahrzeugbreitenrichtung betrieben
zu werden. Wenn die Führung 104, wie durch den
durchgezogenen Pfeil in 11 angezeigt,
in Richtung der Außenseite in der Fahrzeugbreitenrichtung
gedreht wird, wird eine Fläche einer Öffnung des
AC-Kondensators 220 vergrößert, um eine
Zustrommenge der Kühlluft in den AC-Kondensator 220 zu
erhöhen. Wenn die Führung 104 im Gegensatz
dazu, wie durch den gestrichelten Pfeil in 11 angezeigt,
in Richtung des Inneren in der Fahrzeugbreitenrichtung gedreht wird,
wird eine Fläche der Öffnung in dem durch den
Kanal 103 gebildeten Strömungsweg, das heißt
einem Strömungsweg, der in die Richtung zwischen dem AC-Kondensator 220 und
dem RA-Kondensator 340 geht, vergrößert, um
eine Menge des Zustroms der Kühlluft in den RA-Kondensator 340 zu
erhöhen.
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In
der auf diese Weise erhaltenen vierten Ausführungsform
wird die Drehposition der Führung 104 von der
Energiespeisungssteuerschaltung 50 entsprechend einer notwendigen
Menge an Wärme, die jeweils von dem AC-Kondensator 220 und
dem RA-Kondensator 340 abgestrahlt wird, gesteuert. Mit anderen
Worten werden beim alleinigen Betrieb des Kältemittelkreislaufs 200 die
Führungen 104 derart gesteuert, so dass sie entsprechend
der notwendigen Menge an Wärme, die von dem AC-Kondensator 220 abgestrahlt
wird, gedreht werden. Das Drehen der Führung 104 in
Richtung der Außenseite in der Fahrzeugbreitenrichtung
erhöht eine Zustrommenge der Kühlluft in den AC-Kondensator 220,
wodurch die Verbesserung der Wärmeabstrahlungscharakteristiken
des AC-Kondensators 220 ermöglicht wird.
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Gleichzeitig
kann die Führung 104 verhindern, dass die Kühlluft,
die den AC-Kondensator 220 durchlaufen hat, erneut in den
AC-Kondensator 220 strömt.
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Beim
alleinigen Betreiben des Rankine-Kreislaufs werden die Führungen 104 derart
gesteuert, dass sie entsprechend der notwendigen Menge an Wärme,
die von dem RA-Kondensator 340 abgestrahlt wird, gedreht
werden. Das Drehen der Führung 104 in Richtung
des Inneren in der Fahrzeugbreitenrichtung erhöht eine
Zustrommenge der Kühlluft in den RA-Kondensator 340,
ohne Widerstand von dem AC-Kondensator 220 aufzunehmen, wodurch
die Verbesserung der Wärmeabstrahlungsleistung des RA-Kondensators 340 ermöglicht
wird.
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Außerdem
werden beim gleichzeitigen Betrieb des Kältemittelkreislaufs
und des Rankine-Kreislaufs die Führungen 104 derart
gesteuert, dass sie entsprechend der notwendigen Wärmemenge,
die von beiden Kondensatoren 220 und 340 abgestrahlt
wird, gedreht werden. In diesem Fall werden die Führungen 104 in
Richtung des Inneren in der Fahrzeugbreitenrichtung gedreht, wodurch
erlaubt wird, dass die Kühlluft, deren Temperatur die gleiche
wie die der Außenluft ist, in den RA-Kondensator 340 strömt,
wodurch die Wärmestrahlungsleistung des RA-Kondensators 340 verbessert
wird.
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Auf
diese Weise werden die Zustrommengen der Kühlluft in die
Kondensatoren 220 und 340 entsprechend den notwendigen
Mengen an Wärme, die von dem AC-Kondensator 220 und
dem RA-Kondensator 340 abgestrahlt werden, eingestellt,
wodurch die effektive Wärmeabstrahlung an jedem der Kondensatoren 220 und 340 ermöglicht
wird.
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(Fünfte Ausführungsform)
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12 und 13 zeigen
eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. In
der fünften Ausführungsform ist eine Fläche
einer vorderen Oberfläche des AC-Kondensators 220 kleiner
festgelegt als die einer vorderen Oberfläche des RA-Kondensators 340,
um eine Fläche (z. B. einen in 12 und 13 gezeigten
Bereich A) zu bilden, bei der beide Kondensatoren 220 und 340 nicht
miteinander überlappen.
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Die
Abmessung in der vertikalen Richtung des AC-Kondensators 220 ist
kleiner als die des RA-Kondensators 340, was den Bereich
bildet, in dem die beiden Kondensatoren 220 und 340 einander
auf der Unterseite des AC-Kondensators 220 nicht überlagert
sind.
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Wenn
die Abmessung in der vertikalen Richtung des AC-Kondensators 220 einfach
verringert wird, kann die Wärmestrahlungskapazität
des AC-Kondensators 220 klein werden. Folglich wird die Dickenabmessung
D eines Wärmeaustauschabschnitts (einer Abmessung in der
Strömungsrichtung der Kühlluft), wie in 13 gezeigt,
größer festgelegt als die eines Wärmeaustauschabschnitts
des RA-Kondensators 340, um die Wärmeabstrahlungskapazität
sicherzustellen.
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Folglich
kann die Kühlluft, die keinem Wärmeaustausch an
dem AC-Kondensator 220 unterzogen wird und deren Temperatur
gleich der der Außenluft ist, direkt in den RA-Kondensator 340 strömen, wodurch
die Wärmeabstrahlungskapazität des RA-Kondensators 340 verbessert
wird.
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Die
Dickenabmessung D des Wärmeaustauschabschnitts wird durch
eine Flächenverringerung der vorderen Oberfläche
des AC-Kondensators 220 erhöht, um die Wärmeabstrahlungskapazität
zu erhalten. Dies erleichtert die Verringerung der Fläche der
vorderen Oberfläche des AC-Kondensators 220.
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(Andere Ausführungsformen)
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen vollständig
beschrieben wurde, muss bemerkt werden, dass für Fachleute
der Technik vielfältige Änderungen und Modifikationen
offensichtlich werden.
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Zum
Beispiel sind die festgelegten Positionen der Drucksensoren 301 und 302 in
dem Rankine-Kreislauf 300 nicht auf die in der ersten Ausführungsform
beschriebenen beschränkt. Der Drucksensor 301 kann
in jedem hochdruckseitigen Bereich positioniert sein. Der Drucksensor 301 kann
bevorzugt zwischen der Pumpe 310 und der Heizung 320 positioniert
sein. Der Drucksensor 302 kann in dem niederdruckseitigen
Bereich positioniert sein. Der Drucksensor 302 kann bevorzugt
zwischen dem RA-Kondensator 340 und der Pumpe 310 bereitgestellt
sein.
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Die
festgelegten Positionen und Öffnungsrichtungen der Einlässe 220a und 340a und
der Auslässe 220b und 340b des AC-Kondensators 220 und des RA-Kondensators 340 sind
nicht auf die Inhalte beschränkt, die in jeder der vorstehend
erwähnten Ausführungsformen beschrieben sind,
und können jede andere Position und Richtung sein.
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Der
Kompressor 210 in dem Kältemittelkreislauf 200 ist
nicht auf einen motorbetriebenen Kompressor, der von dem Motor 10 angetrieben
wird, beschränkt und kann auch ein elektrischer Kompressor, der
von einem Elektromotor angetrieben wird, oder ein Hybridkompressor,
der von einem Motor und einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor angetrieben
wird, sein.
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In
dem Rankine-Kreislauf 300 wird die Pumpe 310 von
dem Elektromotor 311 angetrieben, und der elektrische Generator 331 ist
mit der Expansionseinheit 330 verbunden. Alternativ kann
der Elektromotor 311 weggelassen werden, und der elektrische Generator 331 kann
als ein Motorgenerator dienen, der beide Funktionen, die eines Elektromotors
und eines elektrischen Generators hat. Die Pumpe 310 und die
Expansionseinheit 330 können mit dem Motorgenerator
verbunden sein.
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In
diesem Fall arbeitet der Motorgenerator beim Betreiben des Rankine-Kreislaufs 300 zuerst als
ein Elektromotor, um die Pumpe 310 anzutreiben. Wenn ausreichend
Abgaswärme von dem Motor 10 erhalten wird und
die Antriebskraft an der Expansionseinheit 330 die Leistung
der Pumpe 310 übersteigt, wirkt der Motor als
ein elektrischer Generator zum Erzeugen von Elektrizität.
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Dies
kann eine Antriebsquelle eliminieren, die zum Antreiben der Pumpe 310 (in
jeder der vorstehend erwähnten Ausführungsformen
der Elektromotor 311) zweckbestimmt ist, wodurch die Struktur des
Kreislaufs vereinfacht wird, während die Energie zum Betreiben
der Pumpe 310 gesenkt wird.
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Es
versteht sich, dass derartige Änderungen und Modifikationen
innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen, wie er
durch die beigefügten Patentansprüche definiert
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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