DE102011015151A1

DE102011015151A1 - Wärmepumpenkreislauf

Info

Publication number: DE102011015151A1
Application number: DE102011015151A
Authority: DE
Inventors: Yoichiro Kawamoto; Kazuhide Uchida; Atushi Inaba; Satoshi Itoh
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2031-03-26
Also published as: DE102011015151B4; JP2011208841A; JP5423528B2

Abstract

Ein Wärmepumpenkreislauf umfasst einen ersten Kompressionsmechanismus (11b), einen zweiten Kompressionsmechanismus (11c), der geeignet ist, das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, erste und zweite nutzungsseitige Wärmetauscher (12, 20), einen Außenwärmetauscher (18), einen Heizabschnitt (14), erste bis dritte Druckverringerungsvorrichtungen (15a, 15b, 15c), die geeignet sind, das Kältemittel zu dekomprimieren. In einer Kühlbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufs strömt aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömendes Kältemittel in den Außenwärmetauscher (18) und das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel strömt über die dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c) in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20). Außerdem strömt in einer Heizbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufs das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel über die erste Druckverringerungsvorrichtung (15a) in den Heizabschnitt (14) und das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel strömt in eine Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b). Folglich ist es möglich, die in dem Betrieb des zweistufigen Kompressors (11), der durch die ersten und zweiten Kompressionsmechanismen (11b, 11c) aufgebaut ist, benötigte Leistung wirksam zu verringern.

Description

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmepumpenkreislauf, der aufgebaut ist, um zwischen einer Kühlbetriebsart zum Kühlen eines Fluids, das Wärme austauschen soll, und einer Heizbetriebsart zum Heizen des Fluids, das Wärme austauschen soll, umzuschalten.
Das Patentdokument 1 ( JP-A-11-223406 ) beschreibt in Bezug auf einen Wärmepumpenkreislauf, der für eine Fahrzeugklimaanlage eines elektrischen Autos verwendet wird und der aufgebaut ist, um zwischen einer Kühlbetriebsart zum Kühlen von Luft, die in einen Fahrzeugraum befördert werden soll, und einer Heizbetriebsart zum Heizen der Luft, umzuschalten. Hier ist Luft ein Beispiel für ein Fluid, das Wärme mit einem Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf austauscht.
Der Wärmepumpenkreislauf des Patentdokuments 1 umfasst einen Kompressor zum Komprimieren und Ausstoßen von Kältemittel, erste und zweite nutzungsseitige Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen Luft und dem Kältemittel, einen Außenwärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen Luft außerhalb eines Fahrzeugraums (d. h. Außenluft) und dem Kältemittel und eine Heizeinrichtung zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung der Abwärme einer fahrzeugmontierten elektrischen Komponente als eine Wärmequelle.
Insbesondere verwendet der Wärmepumpenkreislauf einen Kompressor vom sogenannten zweistufigen Kompressionstyp als Kompressor, und der zweistufige Kompressor hat eine Ansaugöffnung zum Ansaugen eines Niederdruckkältemittels und eine Einspritzöffnung zum Ansaugen eines Mitteldruckkältemittels. Zur Zeit der Heizbetriebsart zum Heizen der beförderten Luft wird das von dem Kompressor ausgestoßene Kältemittel dazu gebracht, in den ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher zu strömen, um Wärme abzustrahlen, wodurch die beförderte Luft geheizt wird.
Ferner wird zur Zeit der Heizbetriebsart der Druck eines Hachdruckkältemittels, das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, verringert und es wird auf ein Mitteldruckkältemittel expandiert. Der Druck des flüssigphasigen Kältemittels des Mitteldruckkältemittels wird weiter verringert und es wird auf ein Niederdruckkältemittel expandiert und wird dann in einem Außenwärmetauscher verdampft, um Wärme aus der Außenluft aufzunehmen. Andererseits wird das gasphasige Kältemittel des Mitteldruckkältemittels durch eine Heizeinrichtung erneut geheizt und wird dann dazu gebracht, in die Einspritzöffnung zu strömen.
Auf diese Weise kann die beförderte Luft selbst unter einer Betriebsbedingung, in der das Kältemittel in dem Außenwärmetauscher nicht ausreichend Wärme aus der Außenluft aufnehmen kann, wie in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft niedrig ist, unter Verwendung der Abwärme der fahrzeugmontierten elektrischen Komponente ausreichend geheizt werden, und dadurch kann das Heizen des Inneren des Fahrzeugraums realisiert werden.
Jedoch wird in dem Wärmepumpenkreislauf des Patentdokuments 1 der Druck des aus dem Außenwärmetauscher strömenden Hochdruckkältemittels, in dem das aus dem Kompressor ausgestoßene Kältemittel Wärme abstrahlt, selbst zur Zeit der Kühlbetriebsart zum Kühlen der beförderten Luft oder zur Zeit einer Entfrostungsbetriebsart verringert und es wird auf das Mitteldruckkältemittel expandiert, und das gasphasige Kältemittel des Mitteldruckkältemittels wird von der Heizeinrichtung erneut geheizt und dazu gebracht, in die Einspritzöffnung zu strömen.
Aus diesem Grund wird die Abwärme der fahrzeugmontierten elektrischen Komponente selbst in der Kühlbetriebsart rückgewonnen, um dadurch den Durchsatz des in die Einspritzöffnung strömenden gasphasigen Kältemittels zu erhöhen, was zu einer Erhöhung der zum Antreiben des Kompressors benötigten Leistung führt. Ferner wird der Durchsatz des flüssigphasigen Kältemittels, das in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher zum Verdampfen des Niederdruckkältemittels strömt, verririgert, um die Wärmemenge (Kühlkapazität) zu verringern, die von dem Niederdruckkältemittel aus der beförderten Luft aufgenommen wird, was zur Verringerung des COP (Leistungskoeffizienten) des gesamten Kreislaufs führt.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Punkte ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmepumpenkreislauf bereitzustellen, der fähig ist, zwischen einer Kühlbetriebsart zum Kühlen eines Fluids, das Wärme austauschen soll, und einer Heizbetriebsart zum Heizen des Fluids umzuschalten, der eine Verringerung des COP in der Kühlbetriebsart wirksam verhindern kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmepumpenkreislauf einen ersten Kompressionsmechanismus (11b), der geeignet ist, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen zweiten Kompressionsmechanismus (11c), der geeignet ist, das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) zum Austauschen von Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, einen zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Fluid, um das Kältemittel zu einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausströmen zu lassen, einen Außenwärmetauscher (18) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft, eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle, eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, das in die Heizeinrichtung (14) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das in den Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, eine dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c), die geeignet ist, das in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, einen Gas-Flüssigkeitsabscheider (16) zum Abscheiden von Gas und Flüssigkeit des aus der Heizeinrichtung strömenden Kältemittels und um ein abgeschiedenes gasphasiges Kältemittel zu einer Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausströmen zu lassen und um ein abgeschiedenes flüssigphasiges Kältemittel zu der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) ausströmen zu lassen, und eine Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) zum Umschalten zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Kühlbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart. In der Kühlbetriebsart lässt die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel in den Außenwärmetauscher (18) strömen und lässt das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel über die dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c) in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömen. Außerdem lässt die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) in der Heizbetriebsart das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel über die erste Druckverringerungsvorrichtung (15a) in die Heizeinrichtung (14) strömen und lässt das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel in eine Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömen.
Folglich kann in der Heizbetriebsart die Wärme aus dem Kältemittel, das von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c), in dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) ausgestoßen wird, an das Fluid abgestrahlt werden, um dadurch das Fluid zu heizen. Zu dieser Zeit sind das Gas und die Flüssigkeit des Kältemittels, das von der Heizeinrichtung (14) geheizt wird, abgeschieden, und das abgeschiedene flüssigphasige Kältemittel wird in dem Außenwärmetauscher (18) verdampft, um aus der Außenluft Wärme aufzunehmen, und das abgeschiedene gasphasige Kältemittel wird von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) angesaugt. Folglich kann das Fluid selbst unter eine Betriebsbedingung, in der das Kältemittel in dem Außenwärmetauscher (18) nicht ausreichend Wärme aus der Außenluft aufnehmen kann, wie in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft niedrig ist, durch das Kältemittel, das von der Heizeinrichtung (14) geheizt wird, ausreichend geheizt werden.
Andererseits wird in der Kühlbetriebsart die Wärme von dem Kältemittel, das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömt, in dem Außenwärmetauscher (18) an die Außenluft abgestrahlt. Ferner wird das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel in dem zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) verdampft, um einen Wärmeabsorptionsbetrieb durchzuführen. Auf diese Weise kann das Fluid in der Kühlbetriebsart gekühlt werden.
Zu dieser Zeit wird das Kältemittel von der Heizeinrichtung (14) nicht geheizt, so dass es nicht passiert, dass das geheizte gasphasige Kältemittel von dem zweiten Kompressionsmechanismus (110) aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider (16) gesaugt wird. Dies kann eine Zunahme des Durchsatzes des gasphasigen Kältemittels, das von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) angesaugt wird, verhindern und kann eine Zunahme der zum Antreiben des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) erforderlichen Leistung vermeiden. Ferner kann es eine Abnahme der Wärmemenge (Kühlkapazität), die von dem Kältemittel in dem zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) aus der beförderten Luft aufgenommen wird, verhindern.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmepumpenkreislauf einen ersten Kompressionsmechanismus (11b), der geeignet ist, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen zweiten Kompressionsmechanismus (11c), der geeignet ist, das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) zum Austauschen von Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, einen zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Fluid, um das Kältemittel zu einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausströmen zu lassen, einen Außenwärmetauscher (18) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft, eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des Kältemittels, das zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt werden soll, unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle, eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, das in die Heizeinrichtung (14) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das in den Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, eine dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c), die geeignet ist, das in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, einen Verzweigungsabschnitt (13a), der geeignet ist, eine Strömung des Kältemittels, die aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömt, in einen ersten Strom des Kältemittels, das in Richtung der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) strömt, und einen zweiten Strom des Kältemittels, das in Richtung des Außenwärmetauschers (18) strömt, zu verzweigen, und eine Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) zum Umschalten zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Kühlbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart. In der Kühlbetriebsart lässt die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel in den Außenwärmetauscher (18) strömen, ohne die Strömung des Kältemittels an dem Verzweigungsabschnitt (13a) zu verzweigen, und lässt das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel über die dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c) in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömen. Außerdem lässt die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) in der Heizbetriebsart das an dem Verzweigungsabschnitt (13a) verzweigte Kältemittel des ersten Stroms über die erste Druckverringerungsvorrichtung (15a) in die Heizeinrichtung (14) strömen und lässt das an dem Verzweigungsabschnitt (13a) verzweigte Kältemittel des zweiten Stroms über die zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b) in den Außenwärmetauscher (18) strömen und lässt das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel in eine Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömen.
In der Heizbetriebsart wird das Kältemittel des von dem Verzweigungsabschnitt (13a) verzweigten zweiten Stroms in dem Außenwärmetauscher (18) verdampft, um Wärme aus der Außenluft aufzunehmen, während das Kältemittel des ersten Stroms von der Heizeinrichtung (14) geheizt wird und von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) angesaugt wird. Folglich kann das Fluid selbst unter einer Betriebsbedingung, in der das Kältemittel des von dem Verzweigungsabschnitt (13a) verzweigten zweiten Stroms in dem Außenwärmetauscher (18) nicht ausreichend Wärme aus der Außenluft aufnimmt, wie in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft niedrig ist, von der Heizeinrichtung (14) ausreichend geheizt werden.
In der Kühlbetriebsart wird die Strömung des Kältemittels nicht von dem Verzweigungsabschnitt (13a) verzweigt, so dass es nicht passiert, dass das von der Heizeinrichtung (14) geheizte Kältemittel in den zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt wird. Folglich kann vermieden werden, dass die Temperatur des aus dem zweiten Kompressionsmechanismus ausgestoßenen Kältemittels unnötig erhöht wird, und es kann eine Abnahme der Wärmemenge (Kühlkapazität), die von dem Kältemittel in dem zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) aus der beförderten Luft aufgenommen wird, verhindert werden. Als ein Ergebnis kann eine Abnahme in dem COP des Kältemittelkreislaufs in der Kühlbetriebsart wirkungsvoll verhindert werden.
Zum Beispiel kann das Fluid Luft sein, die in einen zu klimatisierenden Raum befördert werden soll. In diesem Fall ist der zweite nutzungsseitige Wärmetauscher (20) in einer Strömungsrichtung der Luft in Bezug auf den ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) auf einer stromaufwärtigen Seite angeordnet. Der Wärmepumpenkreislauf kann auf eine Fahrzeugklimaanlage angepasst werden, und das Fluid kann Luft sein, die in einen Fahrzeugraum befördert werden soll. In diesem Fall kann die externe Wärmequelle ein Kühlmittel zum Kühlen eines Verbrennungsmotors (EG) sein, der eine Antriebskraft für das Fahren eines Fahrzeugs ausgibt. Alternativ kann die externe Wärmequelle ein Abgas sein, das von einem Verbrennungsmotor (EG) ausströmt, der eine Antriebskraft zum Fahren eines Fahrzeugs ausgibt, oder kann ein Kühlmittel zum Kühlen einer an ein Fahrzeug montierten elektrischen Komponente sein.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, leichter offensichtlich, wobei:
1 ein schematisches Aufbaudiagramm ist, um eine Kältemittelströmung zur Zeit einer Heizbetriebsart eines Wärmepumpenkreislaufs einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu zeigen;
2 ein schematisches Aufbaudiagramm ist, um die Kältemittelströmung zur Zeit einer Kühlbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufs der ersten Ausführungsform der Erfindung zu zeigen;
3 ein Blockdiagramm ist, um die Betriebszustände einer Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung der ersten Ausführungsform zu zeigen;
4 ein Mollier-Diagramm ist, um einen Zustand des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs in der Heizbetriebsart der ersten Ausführungsform zu zeigen;
5 ein Mollier-Diagramm ist, um einen Zustand des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs in der Kühlbetriebsart der ersten Ausführungsform zu zeigen;
6 ein Diagramm ist, um den COP des Wärmepumpenkreislaufs der ersten Ausführungsform mit der eines Vergleichsbeispiels zu vergleichen;
7 ein schematisches Aufbaudiagramm ist, um eine Kältemittelströmung in einer Heizbetriebsart eines Wärmepumpenkreislaufs einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zu zeigen;
8 ein schematisches Aufbaudiagramm ist, um eine Kältemittelströmung in einer Kühlbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufs der zweiten Ausführungsform zu zeigen;
9 ein Mollier-Diagramm ist, um einen Zustand des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs in der Heizbetriebsart der zweiten Ausführungsform zu zeigen; und
10 ein schematisches Aufbaudiagramm ist, um eine Kältemittelströmung in einer Kühlbetriebsart eines Wärmepumpenkreislaufs der anderen Ausführungsform der Erfindung zu zeigen.
Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung werden hier nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann einem Teil, der einem in einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Gegenstand entspricht, die gleiche Bezugsnummer zugewiesen sein, und die redundante Erklärung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn in einer Ausführungsform nur ein Teil eines Aufbaus beschrieben ist, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, auch wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können selbst dann teilweise kombiniert werden, wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, es liegt kein Nachteil in der Kombination.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 1 bis 6 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Wärmepumpenkreislauf 10 der vorliegenden Erfindung typischerweise für eine Fahrzeugklimaanlage 1 eines sogenannten Hybridfahrzeugs angewendet, in dem eine Antriebskraft zum Fahren eines Fahrzeugs von einem Verbrennungsmotor EG und einem Antriebselektromotor geliefert wird. Dieser Wärmepumpenkreislauf 10 führt in der Fahrzeugklimaanlage 1 die Funktion des Kühlens oder Heizens von Luft aus, die in einen Fahrzeugraum eines Raums, der in klimatisiert werden soll, befördert wird.
Folglich ist der Wärmepumpenkreislauf 10 der vorliegenden Ausführungsform, wie durch ein schematisches Aufbaudiagramm in 1 und 2 gezeigt, aufgebaut, um einen Kältemittelkreis zwischen einer Heizbetriebsart zum Heizen des Fahrzeugraums und einer Kühlbetriebsart zum Kühlen des Fahrzeugraums umzuschalten. In 1 und 2 ist die Strömung des Kältemittels zur Zeit der Heizbetriebsart und zur Zeit der Kühlbetriebsart durch durchgezogene Pfeile gezeigt. Das Fluid, das in der vorliegenden Ausführungsform dem Wärmeaustausch unterzogen wird, ist Luft, die in den Fahrzeugraum befördert wird.
Der Wärmepumpenkreislauf 10 verwendet ein gewöhnliches Fluorkohlenstoff-basiertes Kältemittel als das Kältemittel und baut einen unterkritischen Kältekreislauf auf, in dem der Druck eines hochdruckseitigen Kältemittels einen kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt. Ferner wird dieses Kältemittel mit einem Kältemaschinenöl zum Schmieren eines Kompressors 11 vermischt, und dieses Kältemaschinenöl wird zusammen mit dem Kältemittel in dem Kältekreislauf zirkuliert.
Der Kompressor 11 ist in einem Motorraum angeordnet und saugt das Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 ein und komprimiert das Kältemittel und stößt es aus. Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform als der Kompressor 11 ein elektrisch betriebener Kompressor von einem zweistufigen Verstärkungstyp verwendet, in dem zwei (erste und zweite) Kompressionsmechanismen 11b, 11c mit fester Verdrängung in einem gleichen Gehäuse 11a untergebracht sind, und in dem beide Kompressionsmechanismen 11b, 11c von einem gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden.
Als die ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c können verschiedene Arten von Kompressionsmechanismen, wie etwa ein Spiralkompressionsmechanismus und ein Drehschieberkompressionsmechanismus verwendet werden. Der Elektromotor ist ein Motor, dessen Drehzahl von einem Steuersignal gesteuert wird, das von einer (nicht gezeigten) Klimatisierungssteuerungsvorrichtung ausgegeben wird. Entweder ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor kann als der Elektromotor verwendet werden. Eine Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 wird durch Steuern der Anzahl von Umdrehungen des Elektromotors geändert. Folglich baut der Elektromotor die Ausstoßkapazitätsänderungseinrichtung des Kompressors 11 auf.
Das Gehäuse 11a des Kompressors 11 ist mit einer Ansaugöffnung 11d zum Ansaugen eines Niederdruckkältemittels, einer Mitteldrucköffnung 11e, durch die am Mitteldruckkältemittel strömen gelassen wird, und einer Ausstoßöffnung 11f zum Ausstoßen eines Hochdruckkältemittels versehen. Diese jeweiligen Öffnungen 11d bis 11f sind mit den ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c in dem Gehäuse 11a verbunden.
Insbesondere ist die Ansaugöffnung 11d mit einer Ansaugöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b verbunden, und die Mitteldrucköffnung 11e ist in einer derartigen Weise verbunden, dass sie mit einer Ausstoßöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b und einer Ansaugöffnung des zweiten Kompressionsmechanismus 11c verbunden ist, und die Ausstoßöffnung 11f ist mit einer Ausstoßöffnung des zweiten Kompressionsmechanismus 11c verbunden.
Folglich saugt der erste Kompressionsmechanismus 11b das von der Ansaugöffnung 11d angesaugte Niederdruckkältemittel ein und komprimiert es, und der zweite Kompressionsmechanismus 11c saugt das Mitteldruckkältemittel ein und komprimiert es und stößt das komprimierte Kältemittel (Hochdruckkältemittel) aus der Ausstoßöffnung 11f aus, wobei das Mitteldruckkältemittel eine Mischung des aus dem ersten Kompressionsmechanismus 11b ausgestoßenen Kältemittels und dem von der Mitteldrucköffnung 11e angesaugten Kältemittels ist.
Eine Kältemitteleinlassseite eines Innenkondensators 12 als ein erster nutzungsseitiger Wärmetauscher ist mit einer Ausstoßseite des Kompressors 11 verbunden. Der Innenkondensator 12 ist ein Heizwärmetauscher, der in einem Gehäuse 31 einer Innenklimatisierungseinheit 30 der Fahrzeugklimaanlage 1 angeordnet ist und der Wärme zwischen dem in ihm selbst strömenden Kältemittel und der beförderten Luft (gekühlten Luft) austauscht, die von einem später beschriebenen Innenverdampfer 20 gekühlt wird, um die gekühlte Luft wieder zu heizen. Die Innenklimatisierungseinheit 30 wird später im Detail beschrieben.
Eine erste Dreiwegeverbindung 13a zum Verzweigen der Strömung des Hochdruckkältemittels, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, ist mit der Kältemittelauslassseite des Innenkondensators 12 verbunden. Die erste Dreiwegeverbindung 13a hat drei Einström-/Ausströmöffnungen, wobei eine dieser drei Einström-/Ausströmöffnungen eine Kältemitteleinströmöffnung, die anderen zwei Einström-/Ausströmöffnungen Kältemittelausströmöffnungen sind. Diese Dreiwegeverbindungen können durch Verbinden verschiedener Arten von Rohrleitungen aufgebaut sein oder können durch Herstellen einer Vielzahl von Kältemittelkanälen in einem Metallblock oder einem Harzblock aufgebaut sein.
Eine der Kältemittelausströmöffnungen der ersten Dreiwegeverbindung 13a ist mit einer Einlassseite eines kältemittelseitigen Kanals 14a eines später beschriebenen Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 verbunden, und die andere Kältemittelauslassöffnung ist mit einer Kältemitteleinströmöffnung einer zweiten Dreiwegeverbindung 13b verbunden. Der grundlegende Aufbau dieser zweiten Dreiwegeverbindung 13b ist der gleiche wie der grundlegende Aufbau der ersten Dreiwegeverbindung 13a. In der zweiten Dreiwegeverbindung 13b sind im Gegensatz zu der ersten Dreiwegeverbindung 13a zwei der drei Einström-/Ausströmöffnungen Kältemitteleinströmöffnungen und eine von ihnen ist eine Kältemittelausströmöffnung.
Eine Kältemittelrohrleitung, die sich von einer Kältemittelauslassöffnung der ersten Dreiwegeverbindung 13a zu der Einlassseite des kältemittelseitigen Kanals 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 erstreckt, ist mit einem ersten elektrischen Expansionsventil 15a als eine erste Druckverringerungsvorrichtung zum Verringern des Drucks des in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömenden Kältemittels versehen. Das erste elektrische Expansionsventil 15a ist ein variabler Drosselmechanismus 15a, der den Druck des Hochdruckkältemittels, das aus der einen Kältemittelausströmöffnung der ersten Dreiwegeverbindung 13a strömt, verringert, um das Hochdruckkältemittel zu expandieren, um das Hochdruckkältemittel dadurch zu dem Mitteldruckkältemittel zu machen.
Insbesondere ist das erste elektrische Expansionsventil 15a aufgebaut aus einem Ventilkörper, um eine Drosselöffnung zu variieren, und aus einem elektrisch betätigten Aktuator, der aus einem Schrittmotor besteht, um die Drosselöffnung des Ventilkörpers zu variieren. Der Betrieb des ersten elektrischen Expansionsventils 15a wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung ausgegeben wird.
Ferner kann das erste elektrische Expansionsventil 15a seine Drosselöffnung ganz schließen, um die Strömung des Kältemittels in der Kältemittelrohrleitung, die sich von der einen Kältemittelauslassöffnung der ersten Dreiwegeverbindung 13a zu der Einlassseite des kältemittelseitigen Kanals 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 erstreckt, zu unterbrechen.
Auf diese Weise kann das erste elektrische Expansionsventil 15a die Kältemittelströmung des Wärmepumpenkreislaufs 10 umschalten. Folglich hat das erste elektrische Expansionsventil 15a der vorliegenden Ausführungsform die Funktion einer Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Kühlbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart.
Der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 ist ein Beispiel für eine Heizeinrichtung, die Wärme zwischen dem Kältemittel, das in dem kältemittelseitigen Kanal 1a strömt, und dem Kühlmittel eines Motor-EGs, das in dem kühlmittelseitigen Kanal 14b strömt, austauscht, um das in dem kältemittelseitigen Kanal 14a strömende Kältemittel durch die Menge an Wärme, die in dem Kühlmittel beinhaltet ist, zu heizen. Folglich ist eine externe Wärmequelle der Heizeinrichtung der vorliegenden Ausführungsform das Kühlmittel des Motor-EGs. Ein Kühlmittelkreis 40 zum Zirkulieren des in dem kühlmittelseitigen Kanal 14b strömenden Kühlmittels wird später im Detail beschrieben.
Als ein spezifischer Aufbau des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 kann ein Wärmetauscheraufbau vom Doppelrohrtyp verwendet werden, in dem eine innere Rohrleitung im Inneren einer äußeren Rohrleitung angeordnet ist, die den kühlmittelseitigen Kanal 14b bildet. Natürlich kann der kältemittelseitige Kanal 14a die innere Rohrleitung sein und der kühlmittelseitige Kanal 14b kann die äußere Rohrleitung sein. Ferner kann ein Aufbau verwendet werden, in dem Kältemittelrohrleitungen, die jeweils den kältemittelseitigen Kanal 14a und den kühlmittelseitigen Kanal 14b bilden, durch Hartlöten miteinander verbunden sind, um Wärme zwischen ihnen auszutauschen.
Außerdem kann als ein anderer spezifischer Aufbau des Wasser-Kältemittelwärmetauschers 14 ein Wärmeaustauschaufbau verwendet werden, in dem: ein sich schlängelndes Rohr oder mehrere Rohre, durch die Kältemittel strömen gelassen wird als der kältemittelseitige Kanal 14a verwendet wird/werden; der kühlmittelseitige Kanal 14b zwischen den zueinander benachbarten Rohren ausgebildet ist; und eine hügelige gewellte Lamelle oder plattenförmige Plattenlamelle zur Beschleunigung des Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel bereitgestellt sind.
Eine Einlassseite eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 ist mit der Auslassseite des kältemittelseitigen Kanals 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 verbunden. Dieser Luft-Flüssigkeitsabscheider 16 trennt das Gas und die Flüssigkeit des Mitteldruckkältemittels, das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömt, und ein Auslass für gasphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 ist mit der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 verbunden, und ein Auslass für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 ist mit der anderen Kältemitteleinströmöffnung der zweiten Dreiwegeverbindung 13b verbunden.
In der Kältemittelrohrleitung, die sich von dem Auslass für des gasphasige Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 erstreckt, ist ein (nicht gezeigtes) Rückschlagventil angeordnet, das zulässt, dass das Kältemittel nur aus dem Auslass für gasphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 strömt. Dies verhindert, dass das Kältemittel umgekehrt von dem Kompressor 11 zu dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömt. Natürlich kann dieses Rückschlagventil integral mit dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 oder dem Kompressor 11 aufgebaut sein.
Ferner ist in der Kältemittelrohrleitung, die sich von dem Auslass für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu der anderen Kältemitteleinströmöffnung des zweiten Dreiwegeventils 13b erstreckt, ein zweites elektrisches Expansionsventil 15b als eine zweite Druckverringerungsvorrichtung zum Verringern des Drucks des Kältemittels, das in einen Außenwärmetauscher 18 strömt, angeordnet. Das zweite elektrische Expansionsventil 15b ist ein variabler Drosselmechanismus, der den Druck des Mitteldruckkältemittels, das aus dem Auslass für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders strömt, verringert, um das Mitteldruckkältemittel zu expandieren, um das Mitteldruckkältemittel dadurch zu dem Niederdruckkältemittel zu machen. Der grundlegenden Aufbau des zweiten elektrischen Expansionsventils 15b ist der gleiche wie der grundlegende Aufbau des ersten elektrischen Expansionsventils 15a.
Folglich kann das zweite elektrische Expansionsventil 15b seine Drosselöffnung ganz schließen, um die Strömung des Kältemittels in der Kältemittelrohrleitung, die sich von dem Auslass für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu der anderen Kältemitteleinströmöffnung der zweiten Dreiwegeverbindung 13b erstreckt, zu unterbrechen, um dadurch die Kältemittelströmung in dem Wärmepumpenkreislauf 10 umzuschalten. Mit anderen Worten hat das zweite elektrische Expansionsventil 15b auch die Funktion einer Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung.
Ferner ist in der Kältemittelrohrleitung, die sich von der anderen Kältemittelausströmöffnung der ersten Dreiwegeverbindung 13a zu der Kältemitteleinströmöffnung der zweiten Dreiwegeverbindung 13b erstreckt, ein Öffnungs-/Schließventil 17 zum Öffnen/Schließen dieser Kältemittelrohrleitung angeordnet. Dieses Öffnungs-/Schließventil 17 ist ein elektromagnetisches Ventil, dessen Betrieb von einem von der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung ausgegebenen Steuersignal gesteuert wird, und die Kältemittelströmung des Wärmepumpenkreislaufs 10 kann von dem Öffnungs-/Schließzustand des Öffnungs-/Schließventils 17 umgeschaltet werden. Folglich baut das Öffnungs-/Schließventil 17 auch eine Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung auf.
Der Außenwärmetauscher 18 zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und der Außenluft ist mit der Kältemittelausströmöffnung der zweiten Dreiwegeverbindung 13b verbunden. Der Außenwärmetauscher 18 ist ein Wärmtauscher, der in dem Motorraum angeordnet ist und der als ein Verdampfer zum Verdampfen des Niederdruckkältemittels dient, um einen Wärmeaufnahmebetrieb zur Zeit der Heizbetriebsart durchzuführen, und der als ein Strahler zum Abstrahlen der Wärme des Hochdruckkältemittels zur Zeit der Kühlbetriebsart wirkt.
Ein elektrisches Dreiwegeventil 19 ist mit der Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 verbunden. Der Betrieb des elektrischen Dreiwegeventils 19 wird von einer von der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung ausgegebenen Steuerspannung gesteuert und baut zusammen mit den ersten und zweiten elektrischen Expansionsventilen 15a, 15b und dem Öffnungs-/Schließventil 17 die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung auf.
Insbesondere wird das elektrische Dreiwegeventil 19 umgeschaltet, um einen Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem die Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 zur Zeit der Heizbetriebsart mit der einen Kältemitteleinströmöffnung einer dritten Dreiwegeverbindung 13c verbunden ist, und wird umgeschaltet, um einen Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem die Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 zur Zeit der Kühlbetriebsart mit der Einlassseite eines dritten elektrischen Expansionsventils 15c verbunden ist.
Der grundlegende Aufbau der dritten Dreiwegeverbindung 13c ist der gleiche wie der grundlegende Aufbau der ersten Dreiwegeverbindung 13a. In der dritten Dreiwegeverbindung 13c sind im Gegensatz zu der ersten Dreiwegeverbindung 13a zwei der drei Einström-/Ausströmöffnungen Kältemitteleinströmöffnungen und eine von ihnen ist eine Kältemittelausströmöffnung.
Ferner ist der grundlegende Aufbau des dritten elektrischen Expansionsventils 15c der gleiche wie die grundlegenden Aufbauten der ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b. Noch ferner hat das dritte elektrische Expansionsventil 15c der vorliegenden Erfindung nicht die Funktion der Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung und braucht folglich nicht die Funktion des vollständigen Schließens seiner Drosselöffnung zu haben.
Die Kältemitteleinlassseite des Innenwärmetauschers 20 als ein zweiter nutzungsseitiger Wärmetauscher ist mit der Auslassseite des dritten elektrischen Expansionsventils 15c verbunden. Dieser Innenwärmetauscher 20 ist ein Kühlwärmetauscher, der auf der stromaufwärtigen Seite der Strömung der beförderten Luft des Innenkondensators 12 in dem Gehäuse 31 der Innenklimatisierungseinheit 30 angeordnet ist und der Wärme zwischen dem in ihm selbst strömenden Kältemittel und der beförderten Luft austauscht, um die beförderte Luft zu kühlen.
Eine Kältemitteleinströmöffnung der dritten Dreiwegeverbindung 13c ist mit der Auslassseite des Innenverdampfers 20 verbunden, und die Kältemitteleinlassseite eines Akkumulators 21 ist mit der Kältemittelausströmöffnung der dritten Dreiwegeverbindung 13c verbunden. Der Akkumulator 21 ist ein niederdruckseitiger Gas-Flüssigkeitsabscheider, der das Gas und die Flüssigkeit des in ihn selbst strömenden Kältemittels abscheidet und zusätzliches Kältemittel lagert. Ferner ist die Ansaugöffnung 11d des Kompressors 11, das heißt, die Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus 11b mit dem Auslass für gasphasiges Kältemittel des Akkumulators 21 verbunden.
Als nächstes wird die Innenklimatisierungseinheit 30 beschrieben. Die Innenklimatisierungseinheit 30 ist eine Einheit, die im inneren einer Instrumententafel in einem vorderen Abschnitt in dem Fahrzeugraum angeordnet ist und die ein Gebläse 32, den Innenkondensator 12 und den Innenverdampfer 20 hat, die vorstehend beschrieben wurden, die in dem Gehäuse 31 untergebracht sind, das ihre Außenhülle bildet.
Das Gehäuse 31 bildet einen Luftdurchgang der in den Fahrzeugraum beförderten Luft und ist aus Harz (zum Beispiel Polypropylen) ausgebildet, das einen gewissen Elastizitätsgrad und eine hervorragende Festigkeit hat. Auf der stromaufwärtigsten Seite der Strömung der beförderten Luft in dem Gehäuse 31 ist eine Innen/Außenluftumschaltvorrichtung 33 zum Umschalten zwischen der Innenluft in dem Fahrzeugraum (Innenluft) und der Außenluft angeordnet.
In der Innen/Außenluftumschaltvorrichtung 33 sind eine Innenlufteinleitungsöffnung zum Einleiten der Innenluft in das Gehäuse 31 und eine Außenlufteinleitungsöffnung zum Einleiten der Außenluft in das Gehäuse 31 ausgebildet. Ferner ist in der Innen/Außenluftumschaltvorrichtung 33 eine Innen/Außenluftumschaltklappe angeordnet, die die Öffnungsflächen der Innenlufteinleitungsöffnung und der Außenlufteinleitungsöffnung kontinuierlich reguliert, um das Verhältnis der Menge der Innenluft zu der Menge der Außenluft zu ändern.
Auf der stromabwärtigen Seite der Strömung der Luft in der Innen/Außenluftumschaltvorrichtung 33 ist ein Gebläse 32 zum Befördern von Luft angeordnet, die über die Innen/Außenluftumschaltvorrichtung 33 in den Fahrgastraum gesaugt wird. Dieses Gebläse 32 ist ein elektrisch betriebenes Gebläse zum Antreiben eines Mehrflügel-Zentrifugalventilators (Sirocco-Ventilator) durch einen Elektromotor, und seine Drehzahl (Menge an beförderter Luft) wird von einer Steuerspannung gesteuert, die von der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung gesteuert wird.
Der Innenverdampfer 20 und der Innenkondensator 12 sind in dieser Reihenfolge auf der stromabwärtigen Seite der Strömung der Luft des Gebläses 32 angeordnet. Mit anderen Worten ist der Innenverdampfer 20 in Bezug auf den Innenkondensator 12 auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der beförderten Luft angeordnet.
Ferner ist eine Luftmischklappe 34, die das Verhältnis der Luftmenge, die von dem Innenkondensator 12 wieder geheizt wird, zu der gekühlten Lift, die von dem Innenverdampfer 20 gekühlt wird, auf der stromabwärtigen Seite der Luftströmung des Innenverdampfers 20 und auf der stromaufwärtigen Seite der Luftströmung des Innenkondensators 12 angeordnet. Noch ferner wird ein Mischraum 35 zum Vermischen der geheizten Luft, die den Innenkondensator 12 durchläuft und folglich geheizt wird, und der gekühlten Luft, die den Innenkondensator 12 umgeht und nicht geheizt wird, auf der stromabwärtigen Seite der Luftströmung des Innenkondensators 12 angeordnet.
Ferner sind Ausblasöffnungen zum Ausblasen klimatisierter Luft, die in dem Mischraum 35 vermischt wird, in den Fahrzeugraum auf der stromabwärtigsten Seite der Luftströmung des Gehäuses 31 angeordnet. Insbesondere sind als die Ausblasöffnungen eine Gesichtsausblasöffnung zum Ausblasen der klimatisierten Luft zu der oberen Körperhälfte eines Insassen in dem Fahrzeugraum, eine Fußausblasöffnung zum Ausblasen der klimatisierten Luft zu den Füßen des Insassen und eine Entfrostungsausblasöffnung zum Ausblasen der klimatisierten Luft zu der Innenoberfläche eines vorderen Fensterglases des Fahrzeugraums (diese Ausblasöffnungen sind in der Zeichnung nicht gezeigt) ausgebildet.
Wenn folglich die Luftmischklappe 34 das Verhältnis der Luftmenge, die den Innenkondensator 12 durchläuft, reguliert, wird die Temperatur der klimatisierten Luft, die in dem Mischraum 35 vermischt wird, reguliert, und folglich werden die Temperaturen der klimatisierten Luft, die aus den jeweiligen Ausblasöffnungen geblasenen wird, reguliert. Mit anderen Worten baut die Luftmischklappe 34 eine Temperaturregulierungseinrichtung zum Regulieren der Temperaturen der klimatisierten Luft auf, die in den Fahrzeugraum ausgeblasen wird. Die Luftmischklappe 34 wird von einem (nicht gezeigten) Servomotor angetrieben, deren Betrieb von einem von der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung ausgegebenen Steuersignal gesteuert wird.
Ferner sind auf der stromaufwärtigen Seite der Luftströmung der Gesichtsausblasöffnung, der Fußausblasöffnung und der Entfrostungsausblasöffnung jeweils eine Gesichtsklappe zum Regulieren der Öffnungsfläche der Gesichtsausblasöffnung, eine Fußklappe zum Regulieren der Öffnungsfläche der Fußausblasöffnung und eine Entfrostungsklappe zum Regulieren der Öffnungsfläche der Entfrostungsausblasöffnung angeordnet (diese Klappen sind in der Zeichnung nicht gezeigt).
Die Gesichtsklappe, die Fußklappe und die Entfrostungsklappe bauen eine Ausblasöffnungsbetriebsart-Umschalteinrichtung zum Umschalten einer Ausblasöffnungsbetriebsart auf und werden von einem (nicht gezeigten) Servomotor angetrieben, dessen Betrieb von einem Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung ausgegeben wird.
Als nächstes wird ein Kühlmittelkreis 40 zum Zirkulieren des Kühlmittels, das in einem Kühlmittelkanal 14b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 strömt, beschrieben. Dieser Kühlmittelkreis 40 ist ein Kreis, der das Kühlmittel (zum Beispiel wässrige Ethylenglykollösung) zum Kühlen des Motors EG zirkuliert und der eine Kühlmittelpumpe 41 und einen Strahler 42 darin angeordnet hat.
Die Kühlmittelpumpe 41 ist eine Pumpe zum Druckbefördern des Kühlmittels in den Motor EG in dem Kühlmittelkreis 40. Eine elektrisch betriebene Pumpe oder eine mechanisch betriebene Pumpe, die eine Drehantriebskraft von einer Antriebswelle des Motors EG erhält, können als die Kühlmittelpumpe 41 verwendet werden. Der Strahler 42 ist ein Strahlungswärmetauscher, der Wärme zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft austauscht, um das Kühlmittel zu kühlen. Kurz gesagt strahlt der Strahler 42 die Abwärme des Motors EG, die von dem Kühlmittel aufgenommen wird, wenn das Kühlmittel durch das Innere des Motors EG strömt, an die Atmosphäre ab.
Wenn in dem Kühlmittelkreis 40 der vorliegenden Ausführungsform die Kühlmittelpumpe 41 betrieben wird, wird das Kühlmittel, wie durch gestrichelte Pfeile in 1 und 2 gezeigt, in der Abfolge der Kühlmittelpumpe 41 → des Motors EG → des kühlmittelseitigen Kanals 14b → des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 → des Strahlers 42 → der Kühlmittelpumpe 41 zirkuliert.
Der Kühlmittelkreis 40 hat einen Umleitungskreis 43 und ein Thermostatventil 44 darin angeordnet, wobei der Umleitungskreis 43 das Kühlmittel zirkuliert, so dass es den Strahler 42 umgeht, wobei das Thermostatventil 44 das Kühlmittel zu dem Umleitungskreis 43 strömen lässt, wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger als ein spezifizierter Wert (z. B. 90°C in der vorliegenden Erfindung) ist. Dies kann verhindern, dass ein Reibungsverlust bewirkt wird, weil die Temperatur des Motors selbst verringert ist, so dass die Viskosität des Motoröls erhöht ist, und kann verhindern, dass ein Abgasreinigungskatalysator einen fehlerhaften Betrieb bewirkt, weil die Temperatur des Abgases verringert ist.
Als nächstes wird ein elektrischer Steuerabschnitt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die (nicht gezeigte) Klimatisierungssteuerungsvorrichtung ist aus einem wohlbekannten Mikrocomputer einschließlich einer CPU, einem ROM und einem RAM und seiner peripheren Schaltung aufgebaut und führt verschiedene Betreibe und Verarbeitungen auf der Basis eines in dem ROM gespeicherten Klimatisierungssteuerungsprogramm durch, um die Betriebe verschiedener Arten von Klimatisierungssteuerinstrumenten (zum Beispiel des Kompressors 11 und des Gebläses 32) zu steuern, die mit seiner Ausgangsseite verbunden sind.
Mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung sind eine Gruppe verschiedener Arten von Klimatisierungssteuerungssensoren, wie etwa ein Innenluftsensor zum Erfassen der Temperatur der Luft im Inneren des Fahrzeugraums, ein Außenluftsensor zum Erfassen der Temperatur der Außenluft, ein Sonnenstrahlungssensor zum Erfassen der Menge an Sonnenstrahlung in dem Fahrzeugraum und ein Verdampfertemperatursensor zum Erfassen der Temperatur der von dem Innenverdampfer 20 geblasenen Luft (Temperatur des Verdampfers), verbunden.
Ferner ist ein (nicht gezeigtes) Bedienfeld, das nahe der Instrumententafel in dem Vorderabschnitt des Fahrzeugraums angeordnet ist, mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung verbunden, und Bediensignale werden von verschiedenen Arten von Klimatisierungsbedienschaltern eingegeben, welche auf diesem Bedienfeld bereitgesellt sind. Was die verschiedenen Arten von Klimatisierungsbedienschaltern anbetrifft, die auf dem Bedienfeld bereitgestellt sind, sind insbesondere ein Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1, ein Fahrzeugraum-Temperaturfestlegungsschalter zum Festlegen einer Fahrzeugraumtemperatur und ein Auswahlschalter zum Auswählen der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart bereitgestellt.
Als nächstes wird der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau unter Verwendung von 3 bis 5 beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm, um den Betriebszustand der Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung der vorliegenden Ausführungsform zu zeigen, und 4 ist ein Mollier-Diagramm, um den Zustand des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs 10 zur Zeit der Heizbetriebsart zu zeigen, und 5 ist ein Mollier-Diagramm, um den Zustand des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs 10 zur Zeit der Kühlbetriebsart zu zeigen.
Zuerst wird die Heizbetriebsart beschrieben. Die Heizbetriebsart wird begonnen, wenn durch den Auswahlschalter in dem Zustand, in dem der Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1 eingeschaltet ist (EIN), die Heizbetriebsart ausgewählt wird. Wenn der Heizbetrieb begonnen wird, schaltet die Klimatisierungssteuerungsvorrichtung die Betriebszustände der ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, des Öffnungs-/Schließventils 17 und des elektrischen Dreiwegeventils 19, die die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtungen bilden, wie in 3 gezeigt.
Insbesondere werden die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b in einen Drosselzustand gebracht, in dem die Flächenöffnung jedes ihrer Drosseldurchgänge auf eine vorgegebene Öffnung festgelegt wird, und das Öffnungs-/Schließventil 17 wird geöffnet, und das elektrische Dreiwegeventil 19 wird auf den Kältemittelkreislauf geschaltet, der die Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit der einen Kältemitteleinströmöffnung der dritten Dreiwegeverbindung 13c verbindet. Dies bildet die Kältemittelströmung in der durch die durchgezogenen Pfeile in 1 gezeigten Weise.
In diesem Kältemittelkreislaufaufbau liest die Klimatisierungssteuerungsvorrichtung die Erfassungssignale der Sensorgruppe für die Klimatisierungssteuerung und die Bediensignale des Bedienfelds. Die Klimatisierungssteuerungsvorrichtung berechnet eine Zielausblastemperatur TAO, die eine Zieltemperatur der Luft ist, die in den Fahrzeugraum ausgeblasen wird, basierend auf den Erfassungssignalen und den Bediensignalen. Ferner bestimmt die Klimatisierungssteuerungsvorrichtung die Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuerungsinstrumenten, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung verbunden sind, auf der Basis der berechneten Zielausblastemperatur TAO und der Erfassungssignale der Gruppe von Sensoren.
Zum Beispiel wird die Zielmenge von Luft, die von dem Gebläse 32 befördert wird, das heißt, die Steuerspannung, die an den Elektromotor des Gebläses 32 ausgegeben werden soll, unter Bezug auf ein früher in der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung gespeichertes Steuerkennfeld auf der Basis der Zielausblastemperatur TAO in einer derartigen Weise bestimmt, dass sie höher ist, wenn die Zielausblastemperatur TAO hoch ist, und niedrig ist, wenn die Zielausblastemperatur TAO mittel ist.
Was die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11, das heißt, das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben werden soll, anbetrifft, wird zuerst eine Zielverdampferausblastemperatur TEO des Innenverdampfers 20 unter Bezug auf ein früher in der Klimatisierungssteuerungsvorrichtung gespeichertes Steuerkennfeld auf der Basis der Zielausblastemperatur TAO bestimmt. Dann wird auf der Basis der Differenz zwischen dieser Zielverdampferausblastemperatur TEO und dem Erfassungswert der Temperatur der von dem Innenverdampfer 20 ausgeblasenen Luft das Steuersignal in einer derartigen Weise bestimmt, um die Temperatur der von dem Innenverdampfer 20 ausgeblasenen Luft durch die Verwendung eines Rückkopplungssteuerverfahrens nahe der Zielverdampfertemperatur TEO zu machen.
Das Steuersignal, das an den Servomotor der Luftmischklappe 34 ausgegeben werden soll, wird in der folgenden Weise unter Verwendung der Zielausblastemperatur TAO, des Erfassungswerts der Temperatur der von dem Innenverdampfer 20 ausgeblasenen Luft und des Erfassungswerts der Temperatur des aus dem Kompressor 11 ausgeblasenen Kältemittels bestimmt. Das heißt, das Steuersignal wird in einer derartigen Weise bestimmt, dass die Temperatur der in den Fahrzeugraum ausgeblasenen Luft die von dem Insassen gewünschte Temperatur wird, die mit einem Fahrzeugraum-Temperaturfestlegungsschalter festgelegt wird. In der Heizbetriebsart kann die Öffnung der Luftmischklappe 34 in einer derartigen Weise gesteuert werden, dass die Gesamtmenge der von dem Gebläse 32 beförderten Luft den Innenkondensator 12 durchläuft.
Die Steuerspannung und das Steuersignal, die in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt werden, werden an die verschiedenen Arten der Klimatisierungssteuerungsinstrumente ausgegeben. Danach wird, bis erforderlich ist, dass der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage gestoppt wird, eine Steuerroutine zum Lesen der vorstehend beschriebenen Erfassungssignale und Bediensignale → Berechnen der Zielausblastemperatur TAO → Bestimmen der Betriebszustände der verschiedenen Arten der Klimatisierungssteuerungsinstrumente → Ausgeben der Steuerspannung und des Steuersignals in einer spezifizierten Steuerperiode wiederholt durchgeführt.
Zu dieser Zeit strömt, wie in 4 gezeigt, das aus der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₄ in 4) in den Innenkondensator 12 und strahlt Wärme ab (Punkt 84 → Punkt b₄ in 4). In diesem Verfahren wird die beförderte Luft, die von dem Gebläse 32 befördert wird und den Innenverdampfer 20 durchläuft, geheizt.
Da das Öffnungs-/Schließventil 17 in der Heizbetriebsart geschlossen ist, strömt das aus dem Innenkondensator 12 strömende Kältemittel in das erste elektrische Expansionsventil 15a und sein Druck wird verringert und es wird auf das Mitteldruckkältemittel expandiert (Punkt b₄ → Punkt c₄ in 4). Das Mitteldruckkältemittel, dessen Druck verringert wurde und das in dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a expandiert wurde, strömt in den kältemittelseitigen Kanal 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 und tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, das in dem kältemittelseitigen Kanal 14a strömt, wodurch es geheizt wird und seine Enthalpie erhöht wird (Punkt c₄ → Punkt d₄ in 4).
Das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömende Kältemittel wird von einem Gs-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gas und Flüssigkeit abgeschieden (Punkt d₄ → Punkt e₄ und Punkt d₄ → f₄ in 4). Das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene gasphasige Kältemittel strömt von der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 in den Kompressor 11 und wird mit dem Kältemittel vermischt (Punkt a1₄ in 4), das von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b in dem Kompressor 11 (Punkt a2₄ in 4) ausgestoßen wird, und wird von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c angesaugt wird.
Andererseits strömt das flüssigphasige Kältemittel in das weite elektrische Expansionsventil 15b und sein Druck wird verringert und es wird auf das Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt f₄ → Punkt g₄ in 4). Zu dieser Zeit ist es erwünscht, dass die Drosselöffnungen der ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b in einer derartigen Weise reguliert werden, dass der Druck des Mitteldruckkältemittels nahe der Wurzel des Produkts des Drucks des Hochdruckkältemittels und des Drucks des Niederdruckkältemittels wird, um den Leistungskoeffizienten (COP) des Kreislaufs nahe einem Maximalwert zu machen.
Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck verringert ist und das durch das zweite elektrische Expansionsventil 15b expandiert wird, strömt über die zweite Dreiwegeverbindung 13b in den Außenwärmetauscher 18. Das Niederdruckkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 18 strömt, nimmt Wärme aus der Außenluft auf, wodurch es verdampft wird (Punkt g₄ → aO₄ in 4).
Da das elektrische Dreiwegeventil 19 umgeschaltet wird, um den Kältemittelkreislauf zum Verbinden der Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit der einen Kältemitteleinströmöffnung der dritten Dreiwegeverbindung 13c zu verbinden, strömt das aus dem Außenwärmetauscher 18 strömende Kältemittel über die dritte Dreiwegeverbindung 13c in den Akkumulator 21 und wird in Gas und Flüssigkeit getrennt. Wie in dem Fall der Kühlbetriebsart wird das abgeschiedene gasphasige Kältemittel (Punkt aO₄ in 4) von der Ansaugöffnung 11d des Kompressors 11 angesaugt und wird in der Heizbetriebsart erneut komprimiert.
Wie vorstehend beschrieben, kann in der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform die Menge der Wärme, die das von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c des Kompressors 11 ausgestoßene Kältemittel beinhaltet, zur Zeit der Heizbetriebsart in dem Innenkondensator 12 an die beförderte Luft abgestrahlt werden, und dadurch kann die beförderte Luft, die geheizt wurde, in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden. Auf diese Weise kann die Heizung des Fahrzeugraums realisiert werden.
Zu dieser Zeit wird das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizte Kältemittel in Gas und Flüssigkeit abgeschieden. Das abgeschiedene flüssigphasige Kältemittel wird in dem Außenwärmetauscher 18 verdampft, um Wärme aus der Außenluft aufzunehmen, während das abgeschiedene gasphasige Kältemittel von dem Kompressor 11 (insbesondere dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c) von der Mitteldrucköffnung 11e angesaugt wird.
Selbst unter einer Betriebsbedingung, in der das Kältemittel nicht ausreichend Wärme aus der Außenluft aufnehmen kann, wie in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft niedrig ist, kann die beförderte Luft folglich durch das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizte Kältemittel ausreichend geheizt werden.
Als nächstes wird die Kühlbetriebsart beschrieben. Die Kühlbetriebsart wird begannen, wenn mit dem Auswahlschalter in einem Zustand, in dem der Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage eingeschaltet (EIN) ist, die Kühlbetriebsart ausgewählt wird. Wenn die Kühlbetriebsart begannen wird, schaltet die Klimatisierungssteuerungsvorrichtung die Betriebszustände der ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, der Öffnungs-/Schließventils 17 und des elektrischen Dreiwegeventils 19, die die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung aufbauen, wie in 3 gezeigt.
Insbesondere werden die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b in einen vollständig geschlossenen Zustand gebracht, und das Öffnungs-/Schließventil 17 wird geöffnet, und das elektrische Dreiwegeventil 19 wird auf den Kältemittelkreislauf geschaltet, der die Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit der Einlassseite des dritten elektrischen Expansionsventils 15c verbindet. Ferner wird das dritte elektrische Expansionsventil 15c in einen Drosselzustand gebracht, in dem der Druck des Kältemittels verringert und es expandiert wird, das heißt, die Öffnungsfläche des Drosselkanals wird auf eine vorgegebene Öffnung festgelegt. Dies lässt das Kältemittel in der durch durchgezogene Pfeile in 2 angezeigten Weise strömen.
In der Kühlbetriebsart führt die Klimatisierungssteuerungsvorrichtung wie im Fall der Heizbetriebsart eine Steuerroutine zum Lesen des Erfassungssignals und des Bediensignals → Berechnen der Zielausblastemperatur TAO → Bestimmen der Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuerungsinstrumenten → Ausgeben der Steuerspannung und des Steuersignals in einer spezifizierten Steuerperiode wiederholt durch, bis erforderlich ist, dass der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 beendet wird.
Zu dieser Zeit strömt in dem Wärmepumpenkreisauf 10, wie in 5 gezeigt, das Hochdruckkältemittel (Punkt a₅ in 5), das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßen wird, in den Innenkondensator 12 und strahlt Wärme ab (Punkt a₅ → Punkt b1₅ in 5). Auf diese Weise wird von der kühlen Luft, die von dem Gebläse 32 befördert und von dem Innenverdampfer 20 gekühlt wird, die kühle Luft, die den Innenkondensator 12 durchläuft, geheizt.
Da in der Kühlbetriebsart die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b ganz geschlossen sind, und das Öffnungs-/Schließventil 17 geöffnet ist, strömt das aus dem Innenkondensator 12 strömende Hochdruckkältemittel in der Abfolge der ersten Dreiwegeverbindung 13a → des Öffnungs-/Schließventils 17 → der zweiten Dreiwegeverbindung 13b und strömt in den Außenwärmetauscher 18. Das in den Außenwärmetauscher 18 strömende Kältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, wodurch es weiter gekühlt wird und folglich seine Enthalpie verringert wird (Punkt b1₅ → Punkt b2₅ in 5).
Da das elektrische Dreiwegeventil 19 auf den Kältemittelkreislauf geschaltet wird, in dem die Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit der Einlassseite des dritten elektrischen Expansionsventils 15c verbunden ist und das dritte elektrische Expansionsventil 15c in einen gedrosselten Zustand gebracht wird, wird der Druck des aus dem Außenwärmetauscher 18 strömenden Kältemittels verringert, und es wird in das Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt b2₅ → Punkt g₅ in 5).
Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem dritten elektrischen Expansionsventil 15c verringert wurde und das expandiert wurde, strömt in den Innenverdampfer 20 und nimmt Wärme aus der beförderten Luft auf, die von dem Gebläse 32 befördert wird, wodurch es verdampft wird, und dadurch wird die beförderte Luft gekühlt. Das aus dem Innenverdampfer 20 strömende Kältemittel strömt über die dritte Dreiwegeverbindung 13c in den Akkumulator 21 und wird in Gas und Flüssigkeit abgeschieden. Das abgeschiedene gasphasige Kältemittel (Punkt aO₅ in 5) wird von der Ansaugöffnung 11d des Kompressors 11 angesaugt und wird erneut komprimiert.
Wie vorstehend beschrieben, kann in der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform zur Zeit der Kühlbetriebsart durch Kühlen der beförderten Luft durch den Innenverdampfer 20 und durch Regulieren der Öffnung der Luftmischklappe 34 die von dem Innenverdampfer 20 gekühlte kühle Luft von dem Innenkondensator 12 erneut geheizt werden und die klimatisierte Luft, die auf die von dem Insassen gewünschte Temperatur gebracht wird, kann in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden. Dies kann die Kühlung des Inneren des Fahrzeugraums realisieren.
Ferner kann gemäß dem Kreislaufaufbau des Wärmepumpenkreislaufs 10 zur Zeit der Kühlbetriebsart die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Innenverdampfer 20 verringert werden, um die beförderte Luft zu entfeuchten, und die Temperatur der entfeuchteten beförderten Luft kann von dem Innenkondensator 12 auf eine gewünschte Temperatur erhöht werden. Mit anderen Worten kann die Entfeuchtung des inneren des Fahrzeugraums auch durch genau den gleichen Kreislaufaufbau realisiert werden wie in der Kühlbetriebsart.
Ferner wird das Kältemittel in der vorliegenden Ausführungsform zur Zeit der Kühlbetriebsart nicht durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizt, so dass es nicht passiert, dass das geheizte gasphasige Kältemittel von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in den zweiten Kompressionsmechanismus 11c gesaugt wird. Folglich ist es möglich, zu vermeiden, dass die Temperatur des von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßenen Kältemittels unnötig erhöht wird und folglich eine Verringerung der Menge an Wärme (Kältekapazität), die das Kältemittel aus der beförderten Luft in dem Innenverdampfer 20 aufnimmt, zu verhindern. Noch ferner wird die Kompression des Kältemittels in dem Kompressor 11 in zwei Stufen durchgeführt, und folglich kann ein Kompressionsverhältnis klein gemacht werden, so dass der Wirkungsgrad des Kompressors 11 erhöht werden kann und folglich die erforderliche Leistung zum Antreiben des Kompressors 11 verringert werden kann.
Als ein Ergebnis kann der COP (Leistungskoeffizient) des Wärmepumpenkreislaufs 10 zur Zeit der Kühlbetriebsart, wie in 6 gezeigt, im Vergleich zu der herkömmlichen Technologie verbessert werden. In dieser Hinsicht ist 6 ein Diagramm, um den COP des Wärmepumpenkreislaufs 10 der vorliegenden Ausführungsform mit dem COP des Wärmepumpenkreislaufs der herkömmlichen Technologie zu vergleichen.
Ferner bedeutet ein in 6 gezeigtes COP-Verhältnis das Verhältnis des COP des Wärmepumpenkreislaufs 10 der vorliegenden Ausführungsform zu dem COP des Wärmepumpenkreislaufs in der herkömmlichen Technologie. Noch ferner sind die Betriebsbedingungen in 6 wie folgt: In der Heizbetriebsart ist die Temperatur der Außenluft –20°C, die Heizkapazität ist 3,1 kW und die Menge der Abwärme des Motors EG ist 0,5 kW, während in der Kühlbetriebsart die Temperatur der Außenluft 40°C ist und die Kühlkapazität 3,0 kW ist.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf 7 bis 9 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel für einen vereinfachten Kreislaufaufbau eines Wärmepumpenkreislaufs 10 beschrieben. In dem vereinfachten Kreislaufaufbau wird, wie durch das schematische Aufbaudiagramm in 7, 8 gezeigt, die erste Dreiwegeverbindung 13a der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform als ein Verzweigungsabschnitt verwendet, der die Strömung des aus dem Innenkondensator 12 strömenden Kältemittel verzweigt und der ein verzweigtes Kältemittel zu dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a strömen lässt und die andere verzweigte Kältemittelströmung aus dem Außenwärmetauscher 18 strömen lässt.
In 7, 8 ist die Strömung des Kältemittels in der Heizbetriebsart und der Kühlbetriebsart jeweils durch durchgezogene Pfeile gezeigt. Ferner werden in 7, 8 die Teile, die gleich oder äquivalent denen in der ersten Ausführungsform sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dies gilt ebenfalls für die folgenden Zeichnungen.
Insbesondere ist in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der zweiten Ausführungsform die Auslassseite des kältemittelseitigen Kanals 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 direkt mit der Mitteldrucköffnung 11c des Kompressors 11 verbunden. Folglich sind in der zweiten Ausführungsform der Gas-Flüssigkeitsabscheider 16, der das aus dem kältemittelseitigen Kanal 14a strömende Kältemittel in Gas und Flüssigkeit abscheidet, und die zweite Dreiwegeverbindung 13b, die mit dem Auslass des flüssigphasigen Kältemittels des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 verbunden ist, in Bezug auf die Struktur des Wärmepumpenkreislaufs 10 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform beseitigt.
Ferner ist in der zweiten Ausführungsform ein Umleitungsdurchgang 22 bereitgestellt, von dem ein Ende mit einem Abschnitt zwischen der Kältemittelausströmöffnung der ersten Dreiwegeverbindung 13a und der Einlassseite des Öffnungs-/Schließventils 17 verbunden ist und das andere Ende mit einem Abschnitt zwischen der Auslassseite des Öffnungs-/Schließventils 17 und der Einlassseite des Außenwärmetauschers 18 verbunden ist, so dass Kältemittel das Öffnungs-/Schließventil 17 über den Umleitungsdurchgang 22 umgeht. Der Umleitungsdurchgang 22 ist mit dem zweiten elektrischen Expansionsventil 15b versehen. Der andere Aufbau und Betrieb des Wärmepumpenkreislaufs 10 der zweiten Ausführungsform sind ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
Wenn folglich die Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform zur Zeit der Heizbetriebsart betrieben wird, schaltet die Klimatisierungssteuerungsvorrichtung wie im Fall der ersten Ausführungsform die Betriebszustände der ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, des Öffnungs-/Schließventils 17 und des elektrischen Dreiwegeventils 19 des Wärmepumpenkreislaufs 10 wie in 3 gezeigt. Dies lässt das Kältemittel wie durch durchgezogene Pfeile gezeigt strömen.
Wie durch das Mollier-Diagramm in 9 gezeigt, strahlt das Hochdruckkältemittel (Punkt a₉ in 9), das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßen wird, Wärme in den Innenkondensator 12 ab (Punkt a₉ → b₉ in 9) und strömt in die erste Dreiwegeverbindung 13a. Zu dieser Zeit ist das Öffnungs-/Schließventil 17 geschlossen, und die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b werden in den Drosselzustand gebracht, so dass die Strömung des Kältemittels durch die erste Dreiwegeverbindung 13a verzweigt wird.
Das eine von der ersten Dreiwegeverbindung 13a verzweigte Kältemittel strömt in das erste elektrische Expansionsventil 15a, und sein Druck wird verringert und es wird auf das Mitteldruckkältemittel expandiert (Punkt b₉ → c₉ in 9) und wird von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizt, wodurch seine Enthalpie erhöht wird (Punkt c₉ → d₉ in 9). Das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizte Kältemittel strömt in die Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11.
Das in die Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 strömende Kältemittel wird mit dem Kältemittel (Punkt a1₉ in 9) vermischt, das von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b in dem Kompressor 11 ausgestoßen wird (Punkt a2₉ in 9) und wird von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11 angesaugt.
Das andere von der ersten Dreiwegeverbindung 13a verzweigte Kältemittel strömt in das zweite elektrische Expansionsventil 15b, und sein Druck wird verringert und es wird auf das Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt b₉ → Punkt g₉ in 9) und nimmt Wärme aus der Außenluft in dem Außenwärmetauscher 18 auf, wodurch es verdampft wird (Punkt g₉ → Punkt a0₉ in 9). Zu dieser Zeit ist es erwünscht, dass der Drosselöffnungsgrad des ersten elektrischen Expansionsventils 15a in einer derartigen Weise reguliert wird, dass das in die Mitteldrucköffnung 11e strömende Kältemittel auf einen vorgegebenen Überhitzungsgrad gebracht wird. Folglich kann der Wärmepumpenkreislauf 10 zusätzlich mit einer Überhitzungsgrad-Erfassungseinrichtung versehen sein, um den Überhitzungsgrad des in die Mitteldrucköffnung 11e strömenden Kältemittels zu erfassen.
Das aus dem Außenwärmetauscher 18 strömende Kältemittel wird wie im Fall der ersten Ausführungsform von der Ansaugöffnung 11d des Kompressors 11 über die dritte Dreiwegeverbindung 13c und den Akkumulator 21 angesaugt und erneut komprimiert. Folglich kann in der Kühlbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform die Wärmemenge, die in dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c des Kompressors 11 ausgestoßenen Kältemittel beinhaltet ist, in dem Innenkondensator 12 an die beförderte Luft abgestrahlt werden und dadurch kann wie im Fall der ersten Ausführungsform die Heizung des Fahrzeugraums realisiert werden.
Zu dieser Zeit wird die Strömung des aus dem Innenkondensator 12 strömenden Kältemittels durch die erste Dreiwegeverbindung 13a verzweigt, und ein Kältemittel wird von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizt und dann durch die Mitteldrucköffnung 11e von dem Kompressor 11 (insbesondere dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c) eingesaugt, während das andere Kältemittel in dem Außenwärmetauscher 18 verdampft wird, wodurch seine Wärme von der Außenluft aufgenommen wird.
Folglich kann selbst unter einer Betriebsbedingung, in der das Kältemittel in dem Außenwärmetauscher 18 nicht ausreichend Wärme aus der Außenluft aufnehmen kann, wie in dem Fall, in dem die Temperatur der Außenluft niedrig ist, die beförderte Luft durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 ausreichend geheizt werden.
Andererseits wird der Wärmepumpenkreislauf 10, wie in 8 gezeigt, zur Zeit der Kühlbetriebsart auf einen Kältemittelkreislauf geschaltet, der in der Abfolge der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 → des Innenkondensators 12 → (der ersten Dreiwegeverbindung 13a →) des Öffnungs-/Schließventils 17 → des Außenwärmetauschers 18 → (des elektrischen Dreiwegeventils 19) → des dritten elektrischen Expansionsventils 15c → des Innenverdampfers 20 → (der dritten Dreiwegeverbindung 13c) → des Akkumulators 21 → der Ansaugöffnung 11d des Kompressors 11 zirkuliert.
Folglich ist der Zustand des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs 10 zur Zeit der Kühlbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform der gleiche wie in dem in 6 der ersten Ausführungsform gezeigten Mollier-Diagramm, so dass genau wie im Fall der ersten Ausführungsform die Kühlung des Inneren des Fahrzeugraums realisiert werden kann.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform die Kältemittelströmung zur Zeit der Kühlbetriebsart nicht von der ersten Dreiwegeverbindung verzweigt, so dass es nicht passiert, dass das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizte Kältemittel von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c angesaugt wird. Folglich ist es möglich, zu vermeiden, dass die Temperatur des von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßenen Kältemittels unnötig steigt und somit eine Verringerung der Wärmemenge (Kältekapazität), die das Kältemittel aus der beförderten Luft in dem Innenverdampfer 20 aufnimmt, zu verhindern.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann, wie nachstehend beschrieben, vielfältig modifiziert werden.

(1) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem das dritte elektrische Expansionsventil 15c als die dritte Druckverringerungsvorrichtung verwendet wird, die den Druck des Hochdruckkältemittels verringert, um das Hochdruckkältemittel zur Zeit des Kühlbetriebs zu expandieren und das Hochdruckkältemittel dadurch zu dem Niederdruckkältemittel zu machen. Jedoch ist die dritte Druckverringerungsvorrichtung nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel ist es nicht erforderlich, dass die dritte Druckverringerungsvorrichtung eine vollständige Schließfunktion hat, so dass ein Expansionsventil vom Temperaturtyp als die dritte Druckverringerungsvorrichtung verwendet werden kann.

Als dieses Expansionsventil vom Temperaturtyp kann ein Ventil zum Regulieren einer Ventilöffnung (des Kältemitteldurchsatzes) durch einen mechanischen Mechanismus in der folgenden Weise verwendet werden. Das heißt, das Ventil hat einen Temperaturabtastteil in dem Kältemittelkanal auf der Auslassseite des Innenverdampfers 20 angeordnet und erfasst den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des Innenverdampfers 20 auf der Basis der Temperatur und des Drucks des Kältemittels auf der Auslassseite des Innenverdampfers 20 zur Zeit der Kühlbetriebsart. Das Ventil reguliert die Ventilöffnung (den Kältemitteldurchsatz) durch den mechanischen Mechanismus in einer derartigen Weise, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des Innenwärmetauschers auf einen vorgegebenen Wert gebracht wird.
Ferner kann als die dritte Druckverringerungsvorrichtung ein Ejektor verwendet werden, der eine Funktion als eine Kältemitteldruckverringerungsvorrichtung zur Verringerung des Drucks des Kältemittels ausführt und der das Kältemittel durch den Betrieb des Ansaugens einer mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßenen Kältemittelströmung zirkuliert.
Insbesondere ist der Ejektor aus einem Düsenteil, der den Druck des Kältemittels verringert, und einem Körperteil, der eine Kältemittelansaugöffnung und einen Diffusorabschnitt darin ausgebildet hat, aufgebaut, wobei die Kältemittelansaugöffnung das Kältemittel durch die Strömung des von dem Düsenteil mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßenen Kältemittels ansaugt, wobei der Diffusorabschnitt in dem Bereich des Durchgangs eines vermischten Kältemittels allmählich vergrößert ist, um die kinetische Energie des vermischten Kältemittels in die Druckenergie umzuwandeln, wobei das vermischte Kältemittel eine Mischung des ausgestoßenen Kältemittels und des angesaugten Kältemittels ist.
Als dieser Düsenteil kann ein fester Düsenteil, in dem die Fläche eines Drosseldurchgangs fest ist, oder ein variabler Düsenteil, in dem die Fläche eines Kältemitteldurchgangs variiert werden kann, verwendet werden. Der variable Düsenteil ist aus einem Nadelventil und einem elektrisch betätigten Aktuator aufgebaut, wobei das Nadelventil in dem Düsenteil angeordnet ist und die Fläche des Kältemitteldurchgangs des Düsenteils reguliert, wobei der elektrisch betriebene Aktuator aus einem Schrittmotor zum Verschieben des Nadelventils in der Axialrichtung des Düsenteils ausgebildet ist.
Wie zum Beispiel in dem Fall, in dem ein Ejektor 151 als die dritte Druckverringerungsvorrichtung des Wärmepumpenkreislaufs 10 der ersten Ausführungsform verwendet wird, ist, wie durch das schematische Aufbaudiagramm in 10 gezeigt, ein Verzweigungsabschnitt 152 zum Verzweigen der Kältemittelströmung zwischen dem elektrischen Dreiwegeventil 19 und der Kältemitteleinströmöffnung des Ejektors 151 angeordnet, und das eine verzweigte Kältemittel wird in den Ejektor 151 strömen gelassen. Ferner ist der Innenverdampfer 20 mit der Kältemittelausströmöffnung des Ejektors 151 verbunden.
Andererseits kann das andere verzweigte Kältemittel über eine Druckverringerungsvorrichtung 153, wie etwa eine feste Drossel, in einen zweiten Verdampfer 20a strömen gelassen werden, und der Kältemittelauslass des zweiten Innenverdampfers 20a kann mit der Kältemittelansaugöffnung des Ejektors 151 verbunden sein. Ferner kann in der Innenklimatisierungseinheit 30 der Innenverdampfer 20 auf der stromaufwärtigen Seite der Strömung der Luft des zweiten Innenverdampfers 20a angeordnet sein. In 10 ist die Strömung des Kältemittels zur Zeit der Kühlbetriebsart gezeigt.
Dies kann die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Innenverdampfer 20 höher als die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem zweiten Innenverdampfer 20a zur Zeit der Kühlbetriebsart machen, indem der Betrieb in dem Diffusorteil des Ejektors 151 gefördert wird.
Folglich kann die Differenz zwischen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Innenverdampfer 20 und dem zweiten Innenverdampfer 20a sichergestellt werden, und die Temperatur der in den Fahrzeugraum beförderten Luft kann sichergestellt werden, und dadurch kann die beförderte Luft wirkungsvoll gekühlt werden. Ferner kann der Ansaugdruck des Kompressors 11 durch den Druckverstärkungsbetrieb in dem Diffusorteil erhöht werden, um dadurch die Antriebsleistung des Kompressors 11 zu verringern, so dass der COP des Wärmepumpenkreislaufs 10 zur Zeit der Kühlbetriebsart verbessert werden kann. Natürlich kann der Ejektor als die dritte Druckverringerungsvorrichtung des Wärmepumpenkreislaufs 10 der zweiten Ausführu

(2) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der elektrisch betriebene Kompressor vom zweistufigen Verstärkungstyp, in dem die ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c von dem gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden, als der Kompressor 11 verwendet. Jedoch ist die Art des Kompressors nicht auf diesen Typ beschränkt. Unnötig zu sagen, dass ein elektrisch betriebener Kompressor vom zweistufigen Verstärkungstyp verwendet werden kann, in dem zwei (erste und zweite) Kompressionsmechanismen 11b, 11c mit fester Verdrängung von verschiedenen Elektromotoren angetrieben werden. Ferner brauchen die ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c nicht in dem gleichen Gehäuse 11a untergebracht sein, sondern die zwei verschiedenen Kompressoren können in einer Reihe angeordnet sein.
(3) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung aus den ersten und zweiten elektrischen Expansionsventilen 15a, 15b, dem Öffnungs-/Schließventil 17 und dem elektrischen Dreiwegeventil 19 aufgebaut, aber die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung ist nicht auf dieses beschränkt.

Zum Beispiel ist es in der ersten Ausführungsform auch möglich, die erste Dreiwegeverbindung 13a zu beseitigen und ein elektrisches Dreiwegeventil zu verwenden, das geschaltet wird, um zur Zeit der Heizbetriebsart den Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem die Auslassseite des Innenkondensators 12 mit der Einlassseite des ersten elektrischen Expansionsventils 15a verbunden ist, und das geschaltet wird, um zur Zeit der Kühlbetriebsart den Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem der Innenkondensator 12 mit der einen Kältemitteleinströmöffnung der zweiten Dreiwegeverbindung 13b verbunden ist.
Ferner werden in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b mit der vollständigen Schließfunktion als die ersten und zweiten Druckverringerungsvorrichtungen verwendet, und dadurch haben die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b auch die Funktion der Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung. Unnötig zu sagen, dass die elektrischen Expansionsventile, die nicht die vollständige Schließfunktion haben, als die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b verwendet werden können und die Öffnungs-/Schließventile auf der stromaufwärtigen oder der stromabwärtigen Seite der ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b angeordnet sein können.

(4) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Kühlmittel des Motors EG als die externe Wärmequelle verwendet, aber die externe Wärmequelle ist nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel in dem Fall, in dem der Wärmepumpenkreislauf 10 auf die Fahrzeugklimaanlage angewendet wird, kann das Abgas, das von dem Motor-EG abgegeben wird, als die externe Wärmequelle verwendet werden, oder das Kühlmittel zum Kühlen elektrischer Komponenten, wie etwa eines Inverters und eines Elektromotors, die in dem Fahrzeug montiert sind, kann als die externe Wärmequelle verwendet werden. In diesem Fall bauen die Öffnungs-/Schließventile die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung auf.
(5) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform war ein Beispiel, in dem das gewöhnliche Fluorkohlenstoff-basierte Kältemittel als das Kältemittel verwendet wird, aber die Art des Kältemittels ist nicht auf dieses beschränkt. Ein natürliches Kältemittel, wie etwa Kohlendioxid, und ein Kohlenwasserstoff-basiertes Kältemittel können als das Kältemittel verwendet werden. Ferner kann der Wärmepumpenkreislauf 10 einen überkritischen Kältekreislauf aufbauen, in dem der Druck des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels höher als der überkritische Druck des Kältemittels wird.
(6) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform war ein Beispiel, in dem der Wärmepumpenkreislauf 10 der vorliegenden Erfindung auf die Fahrzeugklimaanlage angewendet wird, aber die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf eine ortsfeste Klimaanlage, ein Niedertemperaturlager, eine Kühl-/Heizvorrichtung für einen Verkaufsautomaten und ähnliches angewendet werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, muss bemerkt werden, dass für Fachleute der Technik vielfältige Änderungen und Modifikationen offensichtlich werden. Es versteht sich, dass derartige Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11-223406 A [0002]

Claims

Wärmepumpenkreislauf, der umfasst: einen ersten Kompressionsmechanismus (11b), der geeignet ist, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen; einen zweiten Kompressionsmechanismus (11c), der geeignet ist, das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen; einen ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) zum Austauschen von Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll; einen zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Fluid, um das Kältemittel zu einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausströmen zu lassen; einen Außenwärmetauscher (18) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft; eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle, eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, das in die Heizeinrichtung (14) strömende Kältemittel zu dekomprimieren; eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das in den Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel zu dekomprimieren; eine dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c), die geeignet ist, das in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömende Kältemittel zu dekomprimieren; einen Gas-Flüssigkeitsabscheider (16) zum Abscheiden von Gas und Flüssigkeit des aus der Heizeinrichtung strömenden Kältemittels und um ein abgeschiedenes gasphasiges Kältemittel aus einer Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausströmen zu lassen und um ein abgeschiedenes flüssigphasiges Kältemittel zu der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) ausströmen zu lassen; und eine Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) zum Umschalten zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Kühlbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart, wobei die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) in der Kühlbetriebsart das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel in den Außenwärmetauscher (18) strömen lässt und das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel über die dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c) in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömen lässt, und wobei die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) in der Heizbetriebsart das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel über die erste Druckverringerungsvorrichtung (15a) in die Heizeinrichtung (14) strömen lässt und das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel in eine Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömen lässt.
Wärmepumpenkreislauf, der umfasst: einen ersten Kompressionsmechanismus (11b), der geeignet ist, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen; einen zweiten Kompressionsmechanismus (11c), der geeignet ist, das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen; einen ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) zum Austauschen von Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll; einen zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Fluid, um das Kältemittel zu einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausströmen zu lassen; einen Außenwärmetauscher (18) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft; eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des Kältemittels, das zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt werden soll, unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle; eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, das in die Heizeinrichtung (14) strömende Kältemittel zu dekomprimieren; eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das in den Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel zu dekomprimieren; eine dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c), die geeignet ist, das in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömende Kältemittel zu dekomprimieren; einen Verzweigungsabschnitt (13a), der geeignet ist, eine Strömung des Kältemittels, die aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömt, in einen ersten Strom des Kältemittels, das in Richtung der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) strömt, und einen zweiten Strom des Kältemittels, das in Richtung des Außenwärmetauschers (18) strömt, zu verzweigen; und eine Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) zum Umschalten zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Kühlbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart, wobei die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) in der Kühlbetriebsart das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel in den Außenwärmetauscher (18) strömen lässt, ohne die Strömung des Kältemittels an dem Verzweigungsabschnitt (13a) zu verzweigen, und das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel über die dritte Druckverringerungsvorrichtung (15c) in den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher (20) strömen lässt, wobei die Kältemittelströmungs-Umschalteinrichtung (15a, 15b, 17, 19) in der Heizbetriebsart das an dem Verzweigungsabschnitt (13a) verzweigte Kältemittel des ersten Stroms über die erste Druckverringerungsvorrichtung (15a) in die Heizeinrichtung (14) strömen lässt und das an dem Verzweigungsabschnitt (13a) verzweigte Kältemittel des zweiten Stroms über die zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b) in den Außenwärmetauscher (18) strömen lässt und das aus dem Außenwärmetauscher (18) strömende Kältemittel in eine Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömen lässt.
Wärmepumpenkreislauf gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Fluid Luft ist, die in einen zu klimatisierenden Raum befördert werden soll, und wobei der zweite nutzungsseitige Wärmetauscher (20) in einer Strömungsrichtung der Luft in Bezug auf den ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) auf einer stromaufwärtigen Seite angeordnet ist.
Wärmepumpenkreislauf gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, der für eine Fahrzeugklimaanlage geeignet ist, wobei das Fluid Luft ist, die einen Fahrzeugraum befördert werden soll, und wobei die externe Wärmequelle ein Kühlmittel zum Kühlen eines Verbrennungsmotors (EG) ist, der eine Antriebskraft zum Fahren eines Fahrzeugs ausgibt.
Wärmepumpenkreislauf gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, der für eine Fahrzeugklimaanlage geeignet ist, wobei das Fluid Luft ist, die einen Fahrzeugraum befördert werden soll, und wobei die externe Wärmequelle ein Abgas ist, das von einem Verbrennungsmotor (EG) ausströmt, der eine Antriebskraft zum Fahren eines Fahrzeugs ausgibt.
Wärmepumpenkreislauf gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, der für eine Fahrzeugklimaanlage geeignet ist, wobei das Fluid Luft ist, die einen Fahrzeugraum befördert werden soll, und wobei die externe Wärmequelle ein Kühlmittel zum Kühlen einer an einem Fahrzeug montierten elektrischen Komponente ist.