DE102011110549A1

DE102011110549A1 - Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung

Info

Publication number: DE102011110549A1
Application number: DE201110110549
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Murase; Masami Sanuki; Yoshiaki Harakawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2031-08-13
Also published as: CN102374687B; JP2012042114A; CN102374687A; DE102011110549B4; JP5556499B2

Abstract

In einer Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung mit einem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) und einem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) wird ein Mitteldruckkältemittel, das von einem Mitteldruck-Expansionsventil (15a) dekomprimiert wird, durch einen Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) zu einer Ansaugseite eines hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120). eingeleitet, ein Niederdruckkältemitteldurchgang (22) ist bereitgestellt, um eine Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) zu verbinden; und ein Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt (14a, 22a, 22b) ist aufgebaut, um wenigstens zwischen einem ersten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) geöffnet ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang (22) geschlossen ist, und einem zweiten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) geschlossen ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang (22) geöffnet ist, umzuschalten. Außerdem hat der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus (120) eine Ausstoßkapazität (V2), die kleiner als eine Ausstoßkapazität (V1) des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung mit einem Kompressor, der einen niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus und einen hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus hat.
Das Patentdokument 1 ( JP 4-80545A ) beschreibt in Bezug auf eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung, die einen Kompressor hat, der den Druck von Kältemittel in mehreren Stufen erhöhen kann. Der Kompressor umfasst einen niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus, der aufgebaut ist, um Niederdruckkältemittel auf einen mittleren Druck zu komprimieren und das komprimierte Mitteldruckkältemittel auszustoßen, und einen hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus, der aufgebaut ist, um das Mitteldruckkältemittel aus dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus auf einen hohen Druck zu komprimieren und das komprimierte Hochdruckkältemittel nach außerhalb des Kompressors auszustoßen.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung des Patentdokuments 1 wird für eine Klimaanlage verwendet und ist neben dem Kompressor ferner mit einem Kältemittelstrahler, einem Mitteldruck-Expansionsventil, etc. versehen. Der Strahler wird verwendet, um einen Wärmeaustausch zwischen Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das aus dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, und Luft, die in einen Raum geblasen werden soll, durchzuführen. Das Mitteldruck-Expansionsventil wird verwendet, um einen Teil des von dem Strahler ausgestoßenen Hochdruckkältemittels auf einen mittleren Druck zu dekomprimieren.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung ist aufgebaut, um einen sparsamen Kältemittelkreislauf zu bilden, in dem der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus eine Mischung aus Mitteldruckkältemittel, das von dem Mitteldruck-Expansionsventil dekomprimiert wird, und dem Mitteldruckkältemittel, das von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus dekomprimiert wird, einsaugt.
In dem sparsamen Kältemittelkreislauf wird das vermischte Kältemittel mit einer relativ niedrigen Temperatur in den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus gesaugt, wodurch der Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus verbessert wird. Außerdem kann eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßkältemittelruck und dem Ansaugkältemitteldruck in den beiden Kompressionsmechanismen verringert werden, wodurch der Kompressionswirkungsgrad in den beiden Kompressionsmechanismen verbessert wird.
Folglich kann der Leistungskoeffizient bzw. COP in dem sparsamen Kältemittelkreislauf im Vergleich zu einem normalen Kältemittelkreislauf, in dem der Druck des Kältemittels unter Verwendung eines einzigen Kompressionsmechanismus erhöht, wird, verbessert werden. In der vorliegenden Offenbarung ist der Kompressionswirkungsgrad durch ein Verhältnis der von dem Kompressionsmechanismus ausgegebenen Arbeitslast zu der Arbeitslast, die erforderlich ist, um den Kompressionsmechanismus anzutreiben, definiert.
In dem sparsamen Kältemittelkreislauf wird eine notwendige Kältemittelströmungsmenge, die darin zirkulieren muss, entsprechend einer Abnahme einer Klimatisierungslast (z. B. Heizkapazität) verringert. Wenn in diesem Fall die Drehzahl des Kompressors verringert wird, wird der Kompressionswirkungsgrad in den beiden Kompressionsmechanismen verringert, wodurch der COP im Vergleich zu dem in dem normalen Kältemittelkreislauf, in dem das Kältemittel unter Verwendung eines einzigen Kompressionsmechanismus verringert wird, verringert wird.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung des Patentdokuments 1 ist aufgebaut, um entsprechend einer Außenlufttemperatur oder einer Temperatur von Luft, die von dem Kältemittelstrahler geheizt wird, zwischen dem sparsamen Kältemittelkreislauf und dem normalen Kältemittelkreislauf umgeschaltet zu werden, um den COP zu verbessern. Jedoch ist es selbst in diesem Fall schwierig, den COP unter einer Betriebsbedingung, in der die Drehzahl des Kompressionsmechanismus entsprechend einer Abnahme der notwendigen Kältemittelströmungsmenge verringert wird, ausreichend zu verbessern.
16 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Kompressionswirkungsgrads in Bezug auf eine Drehzahl eines Elektromotors eines Kompressors zeigt, wenn der Kompressor von dem Elektromotor angetrieben wird. In diesem Fall entspricht die Arbeitslast, die benötigt wird, um den Kompressionsmechanismus anzutreiben, die in der Berechnung des Kompressionswirkungsgrads verwendet wird, einer elektrischen Leistung, die an den Elektromotor geliefert wird.
In 16 gibt A(MAX) eine Drehzahl des Elektromotors an, bei welcher der Kompressionswirkungsgrad maximal wird, und B(LOW) gibt einen. Drehzahlbereich des Elektromotors an, in dem der Kompressionswirkungsgrad verringert ist. Die Charakteristiken sind in den Kompressionsmechanismen, wie etwa einem Rollkolben-, einem Hubkolben-, einem Drehschiebertyp, die gleichen.
Außerdem wird in der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung des Patentdokuments 1 die Ausstoßströmungsmenge (Massenstrom) jedes Kompressionsmechanismus bei der gleichen Drehzahl des Elektromotors gleich. Wenn der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus die gleiche Ausstoßkapazität haben, wird die notwendige Kältemittelströmungsmenge nicht geändert, selbst wenn der Kältemittelkreislauf von dem sparsamen Kältemittelkreislauf auf den normalen Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird, und dadurch ist es unnötig, die Drehzahl des Kompressionsmechanismus zu ändern.
Das heißt, selbst wenn der Kältemittelkreislauf von dem sparsamen Kältemittelkreislauf auf den normalen Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird, wird die Drehzahl des Kompressionsmechanismus nicht geändert, und der Kältemittelkreislauf wird immer noch mit einem niedrigen Kompressionswirkungsgrad in dem Kompressor betrieben. Folglich ist es in der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung des Patentdokuments 1 schwierig, den COP unter einer Betriebsbedingung, in der die notwendige Kältemittelströmungsmenge verringert ist und die Drehzahl des Kompressionsmechanismus erhöht ist, zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wird angesichts der vorstehenden Angelegenheiten gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung bereitzustellen, die den Leistungskoeffizienten (COP) in einem Kältemittelkreislauf ausreichend verbessern kann, ohne dass er von einer Änderung einer notwendigen Kältemittelströmungsmenge, die in dem Kältemittelkreislauf zirkuliert, abhängt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung: einen Kompressor, der einen niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus umfasst, der aufgebaut ist, um Kältemittel auf einen mittleren Druck zu komprimieren, und einen hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus, der aufgebaut ist, um das aus dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus ausgestoßene Kältemittel auf einen hohen Druck zu komprimieren; einen Strahler, der angeordnet ist, um das von dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus des Kompressors ausgestoßene Hochdruckkältemittel zu kühlen; ein Mitteldruck-Expansionsventil, das angeordnet ist, um das aus dem Strahler strömende Kältemittel auf einen mittleren Druck zu dekomprimieren; ein Niederdruck-Expansionsventil, das angeordnet ist, um das aus dem Strahler strömende Kältemittel auf einen niedrigen Druck zu dekomprimieren; einen Verdampfer, der angeordnet ist, um das von dem Niederdruck-Expansionsventil dekomprimierte Niederdruckkältemittel zu verdampfen und zu bewirken, dass das verdampfte Kältemittel in Richtung einer Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus strömt; einen Mitteldruckkältemitteldurchgang, durch den das von dem Mitteldruck-Expansionsventil dekomprimierte Mitteldruckkältemittel in eine Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus eingeleitet wird; einen Niederdruckkältemitteldurchgang, der bereitgestellt ist, um eine Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus zu verbinden; und einen Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnnitt, der aufgebaut ist, um wenigstens zwischen einem ersten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang geöffnet ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang geschlossen ist, und einem zweiten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang geschlossen ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang geöffnet ist, umzuschalten. Außerdem hat der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus eine Ausstoßkapazität, die kleiner als eine Ausstoßkapazität des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus ist.
Folglich ist es in der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung möglich, einen sparsamen Kältemittelkreislauf aufzubauen, wenn auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet ist, und den Kältemitteldruck unter Verwendung des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus zu erhöhen, ohne eine Kältemittelausstoßkapazität des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus zu verwenden, wenn auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet ist Da außerdem die Ausstoßkapazität des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus kleiner als die Ausstoßkapazität des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus festgelegt ist, ist es möglich, die Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus zu erhöhen, während die Kältemittelzirkulationsmenge beibehalten wird, selbst wenn die Heizbetriebsart von dem ersten Kältemittelkreislauf auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird. Folglich kann der Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus verbessert werden, indem die Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus erhöht wird, und dadurch kann der COP in der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung effektiv verbessert werden, ohne von einer Änderung einer notwendigen Kältemittelströmungsmenge, die in dem Kältemittelkreislauf zirkuliert, abhängig zu sein.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung kann ferner einen Kältemittelkreislaufsteuerabschnitt umfassen, der aufgebaut ist, um den Betrieb des Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitts zu steuern. In diesem Fall bewirkt der Kältemittelkreislaufsteuerabschnitt, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, wenn eine in dem Kreislauf erforderliche Kühlkapazität oder eine Heizkapazität gleich oder höher als eine erste Standardkapazität ist, und bewirkt, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, wenn die Kühlkapazität oder die Heizkapazität, die in dem Kreislauf benötigt werden, gleich oder kleiner als eine zweiten Standardkapazität sind, die kleiner als die erste Standardkapazität ist. Zum Beispiel kann die Kühlkapazität oder die Heizkapazität, die in dem Kreislauf erforderlich ist, basierend auf einem Ausstoßdruck des Kältemittels, das aus dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, einem Ansaugdruck des Kältemittels, das zu dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus gesaugt wird, einer Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßkältemitteldruck und dem Ansaugkältemitteldruck und einer Außenlufttemperatur etc. berechnet werden.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung kann ferner mit einem Antriebsabschnitt, der aufgebaut ist, um sowohl den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus als auch den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus anzutreiben, und einem Antriebssteuerabschnitt, der konfiguriert ist, um den Betrieb des Antriebsabschnitts zu steuern, versehen sein. In diesem Fall kann der Antriebssteuerabschnitt eine Drehzahl des Antriebssteuerabschnitts entsprechend einer Erhöhung der Kühlkapazität oder der Heizkapazität, die in dem Kreislauf benötigt wird, erhöhen. Außerdem kann der Kältemittelkreislaufsteuerabschnitt bewirken, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt auf den ersten Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird, wenn die Drehzahl des Antriebsabschnitts gleich oder höher als eine erste Standarddrehzahl ist, und kann bewirken, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt auf den zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird, wenn die Drehzahl des Antriebsabschnitts gleich oder kleiner als eine zweite Standarddrehzahl ist, die kleiner als die erste Standardrehzahl ist. Außerdem kann ein Kupplungselement zwischen dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus und dem Elektromotor angeordnet sein, um fähig zu sein, eine Leistungsübertragung von dem Elektromotor auf den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus zu unterbrechen. In diesem Fall unterbricht das Kupplungselement die Leistungsübertragung von dem Elektromotor auf den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus, wenn der erste Kältemittelkreislauf festgelegt ist, und führt die Leistungsübertragung von dem Elektromotor an den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus aus, wenn der zweite Kältemittelkreislauf festgelegt ist.
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung kann der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt aufgebaut sein, um zwischen dem ersten Kältemittelkreislauf, dem zweiten Kältemittelkreislauf und einem dritten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang geschlossen ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang geschlossen ist, umzuschalten. Alternativ/Außerdem kann der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt durch ein Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil, das verwendet wird, um den Mitteldruckkältemitteldurchgang zu öffnen und zu schließen, und ein Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil aufgebaut sein, das verwendet wird, um den Niederdruckkältemitteldurchgang zu öffnen oder zu schließen. Alternativ kann der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt durch ein Dreiwegeventil aufgebaut sein, das an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Mitteldruckkältemitteldurchgang und dem Niederdruckkältemitteldurchgang angeordnet ist, um wenigstens zwischen einem Kältemitteldurchgang, der eine Kältemittelauslassseite des Mitteldruck-Expansionsventils und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus verbindet, und einem Kältemitteldurchgang, der die Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus verbindet, umgeschaltet zu werden.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, die unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird, in der gleiche Teile durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet sind, deutlicher und wobei:
1 ein Schemadiagramm ist, das eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung zeigt, wenn ein erster Kältemittelkreislauf gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung auf eine Heizbetriebsart geschaltet ist;
2 ein Schemadiagramm ist, das die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung zeigt, wenn ein dritter Kältemittelkreislauf gemäß der ersten Ausführungsform auf die Heizbetriebsart geschaltet ist;
3 ein Schemadiagramm ist, das die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung zeigt, wenn ein zweiter Kältemittelkreislauf gemäß der ersten Ausführungsform auf die Heizbetriebsart geschaltet ist;
4 ein Schemadiagramm ist, das die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung zeigt, wenn ein Kältemittelkreislauf gemäß der ersten Ausführungsform auf eine Kühlbetriebsart festgelegt ist;
5 eine axiale Schnittansicht ist, die einen Kompressor zeigt, der an die Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß der ersten Ausführungsform angepasst ist;
6A eine entlang der Linie A-A in 5 genommene Querschnittansicht ist, und 6B eine entlang der Linie B-B in 5 genommene Querschnittansicht ist;
7 ein Diagramm ist, das Änderungen des COP in Bezug auf ein Ausstoßkapazitätsverhältnis (V2/V1) einer Ausstoßkapazität (V2) eines hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus zu einer Ausstoßkapazität (V1) eines niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus zeigt;
8 ein Mollier-Diagramm ist, das Kältemittelzustände zeigt, wenn der erste Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß der ersten Ausführungsform geschaltet wird;
9 ein Mollier-Diagramm ist, das Kältemittelzustände zeigt, wenn der dritte Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß der ersten Ausführungsform geschaltet wird;
10 ein Mollier-Diagramm ist, das Kältemittelzustände zeigt, wenn der zweite Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß der ersten Ausführungsform geschaltet wird;
11 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem COP und einer in der Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß der ersten Ausführungsform benötigten Heizkapazität im Vergleich zu einem bisherigen Stand der Technik zeigt;
12 ein Schemadiagramm ist, das eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung zeigt, wenn ein erster Kältemittelkreislauf gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Heizbetriebsart geschaltet wird;
13 ein Schemadiagramm ist, das einen Zweistufen-Druckerhöhungskompressor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Schemadiagramm ist, das eine Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung zeigt, wenn ein erster Kältemittelkreislauf gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Heizbetriebsart geschaltet ist;
15A ein Diagramm ist, das eine Iso-Wirkungsgradlinie gemäß einer Drehzahl eines hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus und eines notwendigen Drehmoments zeigt, und 15B ein Diagramm ist, das eine Änderung des Kompressionswirkungsgrads in Bezug auf die Drehzahl zeigt; und
16 ein Diagramm ist, das Beziehungen zwischen einer Drehzahl und einem Kompressionswirkungsgrad eines Kompressionsmechanismus zeigt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf begleitende Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf 1 bis 11 beschrieben. in der ersten Ausführungsform wird eine Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der Erfindung typischerweise auf eine Fahrzeugklimaanlage 1 für ein Elektrofahrzeug angewendet, das eine Antriebskraft für das Fahren eines Fahrzeugs von einem Elektromotor für das Fahren des Fahrzeugs erhält. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung ist geeignet, Luft, die in einen Fahrzeugraum geblasen werden soll, der ein Raum ist, der in der Fahrzeugklimaanlage 1 klimatisiert werden soll, zu heizen oder zu kühlen.
Die Kreislaufstruktur der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform ist aufgebaut, um zwischen einer Heizbetriebsart und einer Kühlbetriebsart umgeschaltet zu werden. In der Heizbetriebsart kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung, wie in 1 bis 3 gezeigt, betrieben werden, so dass Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, unter Verwendung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung geheizt wird. Im Gegensatz dazu wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung in der Kühlbetriebsart, wie in 4 gezeigt, betrieben, so dass die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, unter Verwendung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung gekühlt wird. In der Heizbetriebsart strömt Kältemittel, wie in durchgezogenen Pfeilen in 1 bis 3 gezeigt, durch die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung, um zwischen einem ersten Kältemittelkreislauf, einem zweiten Kältemittelkreislauf und einem dritten Kältemittelkreislauf umgeschaltet zu werden. Außerdem strömt das Kältemittel in der Kühlbetriebsart wie in durchgezogenen Pfeilen in 4 gezeigt, durch die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung.
Zum Beispiel kann in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung ein Freon-basiertes Kältemittel verwendet werden. In diesem Fall wird in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung ein unterkritischer Kältemittelkreislauf aufgebaut. In der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung wird ein Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite niedriger als der kritische Druck des Kältemittels. Außerdem wird ein Kältemaschinenöl in das Kältemittel gemischt, um einen Kompressor 100 zu schmieren, so dass das Kältemaschinenöl in dem Kältemittelkreislauf zusammen mit dem Kältemittel zirkuliert wird.
Der Kompressor 100 ist im Inneren einer Motorhaube (Kühlerhaube) des Fahrzeugs angeordnet, und führt das Ansaugen, die Kompression und den Ausstoß von Kältemittel (Fluid) in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung durch. Der Kompressor 100 ist ein elektrischer Zweistufen-Druckerhöhungskompressor, der ein Gehäuse 140, das eine Außenschale definiert, in dem Gehäuse 140 angeordnete niederdruckseitige und hochdruckseitige Kompressionsmechanismen 110, 120 und einen in dem Gehäuse 140 angeordneten Elektromotor 130 zum Antreiben und Drehen sowohl des niederdruckseitigen als auch des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110, 120 umfasst.
Außerdem ist das Gehäuse 140 des Kompressors 100 versehen mit: einer Ansaugöffnung 144, von der Niederdruckkältemittel zu dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 gesaugt wird, einer Mitteldrucköffnung 145, von der ein Mitteldruckkältemittel von außerhalb des Gehäuses 140 in das Innere des Gehäuses 140 gesaugt wird, und einer Ausstoßöffnung 146, von der Hochdruckkältemittel aus dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 nach außerhalb des Gehäuses 140 ausgestoßen wird. Als nächstes wird die Struktur des Kompressors 100 später im Detail beschrieben.
Eine Kältemitteleinlassseite des Innenkondensators 12 ist mit der Ausstoßöffnung 146 des Kompressors 100 verbunden. Der Innenkondensator 12 ist in einem Klimaanlagengehäuse 31 der Innenklimatisierungseinheit 30 der Fahrzeugklimaanlage 1 angeordnet und wird als ein Heizwärmetauscher (Kältemittelstrahler) verwendet, in dem darin strömendes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 des Kompressors 100 ausgestoßen wird, mit Luft nach dem Durchlaufen eines Innenverdampfers 20 Wärme austauscht.
Ein Dreiwegeverbindungselement 13 ist mit einer Kältemittelauslassseite des Innenkondensators 12 verbunden, um ein aus dem Innenkondensator 12 strömendes Hochdruckkältemittel zu verzweigen. Zum Beispiel hat das erste Dreiwegeverbindungselement 13a drei Öffnungen, die als ein Kältemitteleinlass und zwei Kältemittelauslässe verwendet werden. Das Dreiwegeverbindungselement 13a kann durch Verbinden mehrerer Rohrleitungen aufgebaut sein oder kann durch Bereitstellen mehrerer Kältemitteldurchgänge in einem Metallblockelement oder einem Harzblockelement aufgebaut sein.
Ein Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungselements 13a ist über ein Mitteldruck-Expansionsventil 15a mit einer Kältemitteleinlassseite eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 gekoppelt. Der andere Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungselements 13a ist über ein Öffnung-/Schließventil 17 mit einem Kältemitteleinlass eines zweiten Dreiwegeverbindungselements 13b verbunden.
Das Mitteldruck-Expansionsventil 15a ist eine variable Drossel zum Dekomprimieren und Expandieren von Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, zu einem Mitteldruckkältemittel. Insbesondere ist das Mitteldruck-Expansionsventil 15a derart aufgebaut, dass es einen Ventilkörper mit einem variablen Drosselöffnungsgrad und einen Schrittmotor zum Ändern des Drosselöffnungsgrads des Ventilkörpers hat. Der Betrieb des Mitteldruck-Expansionsventils 15a wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der später beschriebenen Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Das Mitteldruck-Expansionsventil 15a ist aufgebaut, um den Drosseldurchgang vollkommen zu schließe, wodurch die Strömung des Kältemittels, das aus dem einen Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungselement 13a zu der Kältemitteleinlassseite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 strömt, verschlossen wird. Folglich wird das Mitteldruck-Expansionsventil 15a in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung als ein Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt verwendet. Das erste elektrische Expansionsventil 15a wird als ein Betriebsart-Umschaltabschnitt verendet, der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung zwischen einem Kältemitteldurchgang der Kühlbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart umschaltet.
In dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 wird das aus dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a strömende Kältemittel in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden, und überschüssiges flüssiges Kältemittel in dem Kreislauf wird darin gelagert. Ein Gaskältemittelauslass des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 ist über einen Mitteldruckkältemitteldurchgang mit der Mitteldrucköffnung 145 des Kompressors 100 verbunden, und ein Auslass für flüssiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 ist über ein Niederdruck-Expansionsventil 15b mit der anderen Kältemitteleinlassöffnung des zweiten Dreiwegeverbindungselements 13b verbunden.
Ein Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a ist in dem Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 angeordnet, um den Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 zu öffnen oder zu schließen. Zum Beispiel ist das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a ein elektromagnetisches Ventil zum Öffnen und Schließen des Mitteldruckkältemitteldurchgangs 14, und der Betrieb des Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventils 14a wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der später beschriebenen Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird. Das Mittelduck-Öffnungs-/Schließventil 14a wird auch als ein Rückschlagventil verwendet, um nur die Strömung des Kältemittels, das aus dem Gaskältemittelauslass des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 strömt, zu der Mitteldrucköffnung 145 des Kompressors 100 zuzulassen.
Folglich kann es verhindern, dass das Kältemittel umgekehrt von der Mitteldrucköffnung 145 des Kompressors 100 zu dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömt, wenn das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a geöffnet ist. Alternativ kann das mitteldruckseitige Öffnungs-/Schließventil 14a aufgebaut sein, ohne die Funktion eines Rückschlagventils zu haben, und ein Rückschlagventil kann in dem Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 angeordnet sein. In diesem Fall kann das Rückschlagventil integral mit dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 oder dem Kompressor 100 ausgebildet sein oder kann getrennt ausgebildet sein.
Folglich wird das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a als ein Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt verwendet, der fähig ist, die Kältemittelströmung in dem Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 zu sperren. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a verwendet, um auf einen der ersten bis dritten Kältemittelkreisläufe in der Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung zu schalten. Der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt ist derart aufgebaut, dass er eine Funktion hat, die sich von einer Betriebsart-Umschalteinrichtung zum Umschalten einer Betriebsart zwischen der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart unterscheidet.
Das Niederdruck-Expansionsventil 15b ist eine variable Drossel zum Dekomprimieren und Expandieren eines flüssigen Mitteldruckkältemittels, das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschieden wird und aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömt, zu einem Niederdruckkältemittel. Die grundlegende Struktur des Niederdruck-Expansionsventils 15b ist ähnlich dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a. Der Betrieb des Niederdruck-Expansionsventils 15b wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der später beschriebenen Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Das Niederdruck-Expansionsventil 15b kann den Drosselöffnungsdurchgang ganz schließen, um die Strömung des Kältemittels in der Kältemittelrohrleitung von dem Kältemittelauslass für flüssiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu dem anderen Kältemitteleinlass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 13b zu sperren. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Niederdruck-Expansionsventil 15b ähnlich dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a als eine Betriebsart-Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen einem Kältemitteldruckgang der Kühlbetriebsart und einem Kältemitteldurchgang der Heizbetriebsart in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung verwendet.
Ein Öffnungs-/Schließventil 17 ist mit dem anderen Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungselements 13a verbunden und ist ein elektromagnetisches Ventil, das basierend auf einem Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird. Die Klimatisierungssteuerung steuert einen Öffnungs- oder Schließzustand des Öffnungs-/Schließventils 17, wodurch der Kältemitteldurchgang in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung umgeschaltet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Öffnungs-/Schließventil 17 zusammen mit dem Mitteldruck-Expansionsventil 15 und dem Niederdruck-Expansionsventil 15b als der Betriebsart-Umschaltabschnitt verwendet.
Die grundlegende Struktur des zweiten Dreiwegeverbindungselements 13b ist ähnlich der des ersten Dreiwegeverbindungselements 13a. Das zweite Dreiwegeverbindungselement 13b ist mit zwei Kältemitteleinlässen und einem Kältemittelauslass in den drei Öffnungen des Dreiwegeverbindungselements versehen. Der Kältemittelauslass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 13b ist mit dem Außenwärmetauscher 18 verbunden, in dem das darin strömende Kältemittel mit von einem Gebläseventilator geblasener Außenluft Wärme austauscht.
Der Außenwärmetauscher 18 wird als ein Verdampfer verwendet, in dem Niederdruckkältemittel, das in dem Niederdruck-Expansionsventil 15b dekomprimiert wird, verdampft wird, so dass es in der Heizbetriebsart eine Wärmeaufnahmewirkung hat, und wird als ein Kältemittelstrahler verwendet, in dem Hochdruckkältemittel in der Kühlbetriebsart Wärme an Außenluft abstrahlt. Der Außenwärmetauscher 18 ist innerhalb der Motorhaube des Fahrzeugs angeordnet.
Ein elektrisches Dreiwegeventil 19 ist mit einer Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 18 verbunden. Das elektrische Dreiwegeventil 19 wird zusammen mit den Mitteldruck- und Niederdruck-Expansionsventilen 15a, 15b und dem Öffnungs-/Schließventil 17 als ein Betriebsart-Umschaltabschnitt verwendet. Der Betrieb des elektrischen Dreiwegeventils 19 wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Zum Beispiel wird das elektrische Dreiwegeventil 19 umgeschaltet, um einen Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 18 zur Zeit der Heizbetriebsart mit dem einen Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 13c verbunden ist, und wird umgeschaltet, um einen Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 18 zur Zeit der Kühlbetriebsart mit einer Einlassseite eines Kühlexpansionsventils 15c verbunden ist.
Die grundlegende Struktur des dritten Dreiwegeverbindungselements 13c ist ähnlich dem ersten Dreiwegeverbindungselement 13a. Das dritte Dreiwegeverbindungselement 13c ist mit zwei Kältemitteleinlässen und einem Kältemittelauslass in den drei Öffnungen des Dreiwegeverbindungselements versehen. Die grundlegende Struktur des Kühlexpansionsventils 15c ist ähnlich der in dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a und dem Niederdruck-Expansionsventil 15b.
Eine Kältemittelauslassseite des Kühlexpansionsventils 15c ist mit einer Kältemitteleinlassseite des Innenverdampfers 20 verbunden. Der Innenverdampfer 20 ist in dem Klimaanlagengehäuse 31 der Innenklimatisierungseinheit 30 auf einer luftströmungsaufwärtigen Seite des Innenkondensators 12 angeordnet. Der Innenverdampfer 20 wird in der Kühlbetriebsart als ein Kühlwärmetauscher zum Kühlen von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft, die in den Fahrzeugraum gebissen werden soll, verwendet.
Eine Kältemittelauslassseite des Innenverdampfers 20 ist mit dem anderen Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 13c verbunden, und der Kältemittelauslass des dritten Dreiwegeverbindungselements 13c ist mit der Kältemitteleinlassseite des Akkumulators 21 verbunden. Der Akkumulator 21 ist ein niederdruckseitiger Gas-Flüssigkeitsabscheider, in dem das darin strömende Kältemittel in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden wird und überschüssiges Kältemittel darin gelagert wird. Die Ansaugöffnung 144 des Kompressors 100 ist mit einem Gaskältemittelauslass des Akkumulators 21 verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Niederdruckkältemitteldurchgang 22 bereitgestellt, um den Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 an einer Position zwischen dem Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und der Mitteldrucköffnung 145 des Kompressors 100 mit einem Kältemitteldurchgang von dem Gaskältemittelauslass des Akkumulators 21 zu der Ansaugöffnung 144 des Kompressors 100 zu verbinden. Der Niederdruckkältemitteldurchgang 22 wird dazu gebracht, die Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 miteinander zu verbinden. Folglich können die Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 über den Niederdruckkältemitteldurchgang 22 miteinander verbunden werden.
Ein Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil 22a ist in dem Niederdruckkältemitteldurchgang 22 angeordnet. Das Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil 22a hat eine Struktur ähnlich der des Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventils 14a. Zum Beispiel ist das Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil 22a ein elektromagnetisches Ventil zum Öffnen und Schließen des Niederdruckkältemitteldurchgangs 22, und der Betrieb des Niederdruck-Öffnungs-/Schließventils 22a wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der später beschriebenen Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil 22a ähnlich dem Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a als der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt verwendet, der einen Kältemittelkreislauf (Kreislaufstruktur) aus den ersten bis dritten Kältemittelkreisläufen in der Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung umschaltet.
Als nächstes wird die Innenklimatisierungseinheit 30 beschrieben. Die Innenklimatisierungseinheit 30 befindet sich im Inneren einer Instrumententafel (d. h. Armaturenbrett), die in dem vordersten Abschnitt in dem Fahrzeugraum positioniert ist. Die Innenklimatisierungseinheit 30 umfasst das Klimaanlagengehäuse 31, das eine Außenschale bildet und den Luftdurchgang darin definiert. In dem Klimaanlagengehäuse 31 ist ein Gebläse 32 angeordnet, um über den Luftdurchgang Luft in den Fahrzeugraum zu blasen. Das Gebläse 32, der Innenkondensator 12 und der Innenverdampfer 20 und ähnliche sind in dem Klimaanlagengehäuse 31 angeordnet.
Eine Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 ist in der Luftströmungsrichtung auf der strömungsaufwärtigsten Seite des Klimaanlagengehäuses 31 angeordnet, um wahlweise Innenluft (d. h. Luft im Inneren des Fahrzeugraums) oder/und Außenluft (d. h. Luft außerhalb des Fahrzeugraums) einzuleiten. Die Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 umfasst eine Innen-/Außenluft-Umschaltklappe, die Öffnungsflächen einer Innenlufteinleitungsöffnung, von der Innenluft in das Klimaanlagengehäuse 31 eingeleitet wird, und einer Außenlufteinleitungsöffnung, von der Außenluft in das Klimaanlagengehäuse 31 eingeleitet wird, kontinuierlich einstellt, um dadurch ein Strömungsverhältnis zwischen einer Innenlufteinleitungsmenge und einer Außenlufteinleitungsmenge kontinuierlich zu ändern.
Das Gebläse 32 ist auf einer luftströmungsabwärtigen Seite der Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 in dem Klimaanalgengehäuse 31 angeordnet, um über die Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 eingesaugte Luft in Richtung des Inneren des Fahrzeugraums zu blasen. Das Gebläse 32 ist ein elektrisches Gebläse, das zum Beispiel einen Vielflügel-Zentrifugalventilator und einen Elektromotor hat. In diesem Fall wird der Vielflügel-Zentrifugalventilator von dem Elektromotor angetrieben, und die Drehzahl (Luftblasmenge) des Elektromotors wird von einer Steuerspannung gesteuert, die von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Der Innenverdampfer 20 und der Innenkondensator 12 sind in dem Klimaanlagengehäuse 31 auf einer strömungsabwärtigen Seite des Gebläses 32 in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung von Luft, die durch den Luftdurchgang in dem Klimaanlagengehäuse 31 strömt, angeordnet. Das heißt, der Innenverdampfer 20 ist in der Luftströmungsrichtung von Luft, die in Richtung des Fahrzeugraums strömt, strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet.
Eine Luftmischklappe 34 ist auf einer luftströmungsabwärtigen Seite des Innenverdampfers 20 und einer luftströmungsaufwärtigen Seite des Innenkondensators 12 angeordnet, um ein Verhältnis einer Strömungsmenge von Luft, die den Innenkondensator 12 durchläuft, und einer Luftströmungsmenge von Luft, die den Innenkondensator 12 umgeht, einzustellen. Ein Mischraum 35 ist in dem Klimaanlagengehäuse 31 auf einer luftströmungsabwärtigen Seite des Innenkondensators 12 bereitgestellt, so dass Luft, die den Innenkondensator 12 durchläuft, und Luft, die den Innenkondensator 12 umgeht, in dem Mischraum 35 vermischt werden, wodurch klimatisierte Luft mit einer gewünschten Temperatur erhalten wird.
Außerdem ist das Klimaanlagengehäuse 31 auf der luftströmungsabwärtigsten Seite mit mehreren (nicht gezeigten) Luftauslässen versehen, aus denen klimatisierte Luft des Mischraums 35 in den Fahrzeugraum geblasen wird, der ein Raum ist, der klimatisiert werden soll. Die Luftauslässe sind zum Beispiel ein Gesichtsluftauslass, durch den klimatisierte Luft in Richtung einer Oberseite eines Fahrgasts in dem Fahrzeugraum geblasen wird, ein Fußluftauslass, durch den klimatisierte Luft in Richtung des Fußbereichs des Fahrgasts in dem Fahrzeugraum geblasen wird, und ein Entfrosterluftauslass, durch den klimatisierte Luft in Richtung einer Innenoberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs geblasen wird.
Die Luftmischklappe 34 stellt das Verhältnis der Strömungsmenge von Luft, die den Innenkondensator 12 durchläuft, und der Strömungsmenge von Luft, die den Innenkondensator 12 umgeht, ein, um die Temperatur von in dem Mischraum 35 gemischter klimatisierter Luft einzustellen und die Temperatur von klimatisierter Luft, die aus den jeweiligen Luftauslässen geblasen wird, einzustellen. Die Luftmischklappe 34 wird von einem Servomotor angetrieben, der von einem Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Der Gesichtsluftauslass, der Fußluftauslass und der Entfrosterluftauslass werden von einem Klappenelement selektiv geöffnet und geschlossen. Zum Beispiel befindet sich eine Gesichtsklappe strömungsaufwärtig von dem Gesichtsluftauslass, um eine Öffnungsfläche des Gesichtsluftauslasses einzustellen, eine Fußklappe befindet sich strömungsaufwärtig von dem Fußluftauslass, um eine Öffnungsfläche des Fußluftauslasses einzustellen, und eine Entfrosterklappe befindet sich strömungsaufwärtig von dem Entfrosterluftauslass, um eine Öffnungsfläche des Entfrosterluftauslasses einzustellen.
Das heißt, die Gesichtsklappe, die Fußklappe und die Entfrosterklappe sind aufgebaut, um ein Luftauslassbetriebsart-Umschaltelement zu bilden, und sind betriebsfähig miteinander verbunden, um über einen Verbindungsmechanismus von einem elektrischen Aktuator angetrieben zu werden, um eine Luftauslassbetriebsart festzulegen. Der elektrische Aktuator ist zum Beispiel ein Servomotor, der von einem Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird.
Als nächstes wird der Aufbau des Kompressors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezug auf 5, 6A und 6B im Detail beschrieben. 5 ist eine axiale Schnittansicht des Kompressors 100, und die Oben-Untenrichtung von 5 entspricht der Oben-Untenrichtung des Kompressors 100, wenn er in einem Fahrzeug montiert ist. 6A ist eine entlang der Linie A-A in 5 genommene Querschnittansicht, und 6B ist eine entlang der Linie B-B in 5 genommene Querschnittansicht.
Der Kompressor 100 umfasst den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110, der aus einem Kompressionsmechanismus mit fester Verdrängung, wie etwa einem Rollkolbenkompressionsmechanismus, gefertigt ist, den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120, einen Elektromotor 130 zum Antreiben der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 und das Gehäuse 140, das eine Außenschale des Kompressors 100 bildet und einen Innenraum 150 dann definiert. Der Elektromotor 130 ist ein Antriebselement zum Antreiben und Drehen der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120.
Das Gehäuse 140 umfasst ein zylindrisches Element 141, das sich in der Horizontalrichtung erstreckt, ein niederdruckseitiges Abdeckelement 142, das bereitgestellt ist, um einen Öffnungsabschnitt des zylindrischen Elements 141 auf der Seite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 zu schließen, und ein hochdruckseitiges Abdeckelement 143, das bereitgestellt ist, um einen anderen Öffnungsabschnitt des zylindrischen Elements 141 auf der Seite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 zu verschließen. Des zylindrische Element 141, das niederdruckseitige Abdeckelement 142 und das hochdruckseitige Abdeckelement 143 des Gehäuses 140 sind durch Verbindungsmittel, wie etwa Schweißen, integral miteinander verbunden, wodurch der Innenraum 150 in dem Gehäuse 140 luftdicht ausgebildet ist.
Ein Durchgangsloch ist in einer Außenumfangsoberfläche des zylindrischen Elements 141 bereitgestellt, um das Innere und Äußere des zylindrischen Elements 141 zu durchdringen. Die Mitteldrucköffnung 145 ist durch das Durchgangsloch ausgebildet, so dass das Mitteldruckgaskältemittel von einer Seite des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 außerhalb des Gehäuses 140 zu dem Innenraum 150 des Gehäuses 140 strömt. Folglich kommt der Innenraum 150 in einen Mitteldruckkältemittelzustand. Der Inverter 160 ist an einer Außenoberfläche des niederdruckseitigen Abdeckelements 142 des Gehäuses 140 angebracht, um elektrische Leistung an den Elektromotor 130 zu liefern.
Außerdem gibt der Inverter 160 eine Wechselspannung mit einer Frequenz entsprechend einem von der Klimatisierungssteuerung ausgegebenen Steuersignal an den Elektromotor 130 aus. Folglich wird die Drehzahl des Elektromotors 130 des Kompressors 100 durch die von dem Inverter 160 ausgegebene Frequenz gesteuert. Eine Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 100 wird durch die Drehzahlsteuerung des Elektromotors aufgrund der Frequenzsteuerung geändert.
Zum Beispiel ist der Inverter 160 an dem Gehäuse 140 angebracht, so dass eine Endoberfläche des Inverters 160 die Außenoberfläche des niederdruckseitigen Abdeckelements 142 des Gehäuses 140 vollkommen dicht berührt. Folglich ist es möglich, die Wärmeübertragung zwischen dem Inverter 160 und dem Kältemittel in dem Innenraum 150 des Gehäuses 140 effektiv durchzuführen, wodurch der Inverter 160 unter Verwendung des Mitteldruckkältemittels in dem Innenraum 150 des Gehäuses 140 gekühlt wird.
Als nächstes umfasst der Elektromotor 130 zum Beispiel einen Statur 132 und einen Rotor 133. Der Statur 132 ist durch einen aus magnetischem Material gefertigten Statorkern 132a und eine auf den Statorkern 132a gewickelte Statorspule 132b aufgebaut. Der Rotor 133 ist ungefähr zu einer zylindrischen Form ausgebildet, die sich in einer Drehachsenrichtung erstreckt, und ist auf einer Innenumfangsseite des Stators 132 angeordnet.
Der Rotor 133 ist aus einem Permanentmagneten mit einem Durchgangsloch in einem Mittelabschnitt gefertigt, und die Welle 131 ist in das Durchgangsloch in dem Mittelabschnitt des Rotors 133 eingepresst. Die Weile 131 ist eine Drehantriebswelle, die angeordnet ist, um die Drehantriebsleistung von dem Elektromotor 130 an die beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 zu übertragen. Wenn elektrische Leistung an die Statorspule 132b geliefert wird und das magnetische Rotationsfeld erzeugt wird, drehen sich der Rotor 133 und die Welle 131 integral.
Die Welle 131 erstreckt sich in der Drehachsenrichtung, so dass sie eine längere Länge als der Rotor 133 hat. Die Welle 131 wird von einem niederdruckseitigen Lagerabschnitt 134 auf der Seite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 weiter zurückziehbar als der Rotor 133 gelagert und wird von einem hochdruckseitigen Lagerabschnitt 135 auf der Seite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 weiter zurückziehbar als der Rotor 133 gelagert.
Ein niederdruckseitiger exzentrischer Abschnitt 131a, der in Bezug auf die Drehmitte der Welle 131 exzentrisch ist, ist an dem einen Endabschnitt der Welle 131 auf der Seite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 ausgebildet. Ähnlich ist ein hochdruckseitiger exzentrischer Abschnitt 131b, der in Bezug auf die Drehmitte der Welle 131 exzentrisch ist, an dem anderen Endabschnitt der Welle 131 auf der Seite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 ausgebildet.
Der niederdruckseitige exzentrische Abschnitt 131a und der hochdruckseitige exzentrische Abschnitt 131b werden jeweils als Verbindungsabschnitte mit dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 verwendet und sind angeordnet, um die Drehantriebskraft von der Welle 131 auf den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 zu übertragen. Folglich sind in dem Kompressor 100 der vorliegenden Ausführungsform der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 in der Horizontalrichtung an zwei Endseiten der Welle 131 angeordnet, so dass die beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 in der Horizontalrichtung an zwei Endseiten des Elektromotors 130 positioniert sind.
Der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 ist aufgebaut, um ein Niederdruckkältemittel in ein Mitteldruckkältemittel zu komprimieren und das komprimierte Mitteldruckkältemittel auszustoßen. Der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 umfasst einen ungefähr zylindrischen niederdruckseitigen Zylinder 111 mit einer Axialrichtung, die sich in der Horizontalrichtung erstreckt, einen zylindrischen niederdruckseitigen Rotor 112, der auf einer Innenumfangsseite des niederdruckseitigen Zylinders 111 angeordnet ist, einen niederdruckseitigen Flügel 113 und ähnliches. Der niederdruckseitige Flügel 113 unterteilt einen niederdruckseitigen Kompressionsraum 117 zum Komprimieren des Kältemittels zusammen mit dem niederdruckseitigen Zylinder 111 und dem niederdruckseitigen Rotor 112.
Eine niederdruckseitige Lagerplatte 114 ist an dem niederdruckseitigen Zylinder 111 auf einer Seite des Elektromotors 130 angeordnet, und ein niederdruckseitiger Lagerabschnitt 134 ist an einem Mittenabschnitt der niederdruckseitigen Lagerplatte 114 befestigt. Eine niederdruckseitige Ausstoßplatte 115 ist an dem niederdruckseitigen Zylinder 111 auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Elektromotor 130 angeordnet, und eine niederdruckseitige Kältemittelausstoßöffnung 115a ist in der niederdruckseitigen Ausstoßplatte 115 ausgebildet. Folglich ist ein niederdruckseitiger Raum auf einer Innenumfangsseite des niederdruckseitigen Zylinders 111 ausgebildet, so dass ein niederdruckseitiger Rotor 112 in dem niederdruckseitigen Raum aufgenommen ist.
Ein Einsetzloch ist an einem Mittelabschnitt des niederdruckseitigen Rotors 112 bereitgestellt, und der niederdruckseitige exzentrische Abschnitt 131a der Welle 131 ist in das Einsetzloch des niederdruckseitigen Rotors 112 eingesetzt. Der niederdruckseitige exzentrische Abschnitt 131a ist rückziehbar in das Einsetzloch des niederdruckseitigen Rotors 112 eingesetzt, so dass die Welle 131 und der niederdruckseitige Rotor 112 miteinander verbunden sind. Folglich dreht sich der niederdruckseitige Rotor 112 in dem zylindrischen Raum exzentrisch entsprechend der Drehung der Welle 131, während die zylindrische Außenumfangsoberfläche des niederdruckseitigen Zylinders die Innenumfangsoberfläche des niederdruckseitigen Zylinders 111 berührt.
Wie in 6A gezeigt, ist ein Vertiefungsloch, das in einer Radialrichtung vertieft ist, an einer Innenumfangsseite des niederdruckseitigen Zylinders 111 ausgebildet, und die niederdruckseitige Feder 116 und der niederdruckseitige Flügel 113 sind in dem Vertiefungsloch angeordnet. Das Vertiefungsloch wird dazu gebracht, mit dem Innenraum 150 des Gehäuses 140 in Verbindung zu stehen, so dass auf eine hintere Oberfläche des niederdruckseitigen Flügels 113 ein Mitteldruck angewendet wird. Der niederdruckseitige Flügel 113 ist derart aufgebaut, dass er unter Verwendung der Last der niederdruckseitigen Feder 116 und des Gegendrucks eine Außenumfangsoberfläche des niederdruckseitigen Rotors 112 berührt.
Daher wird der niederdruckseitige Kompressionsraum 117 zum Komprimieren des Niederdruckkältemittels durch einen Raum gebildet, der von dem Kontaktabschnitt zwischen dem niederdruckseitigen Zylinder 111 und dem niederdruckseitigen Rotor 112, dem Kontaktabschnitt zwischen dem niederdruckseitigen Flügel 113 und dem niederdruckseitigen Rotor 112, der niederdruckseitigen Lagerplatte 114 und der niederdruckseitigen Ausstoßplatte 115 eingeschlossen wird.
Eine niederdruckseitige Kältemittelansaugöffnung (niederdruckseitige Fluidansaugöffnung) 111a, von der Niederdruckkältemittel in den niederdruckseitigen Kompressionsraum 117 gesaugt wird, ist in einer zylindrischen Seitenoberfläche des niederdruckseitigen Zylinders 111 ausgebildet. Die Kältemittelansaugöffnung 144 des Kompressors 100 ist, wie in 6A gezeigt, über eine Ansaugrohrleitung 118, die einen Kältemittelansaugdurchgang bildet, mit der niederdruckseitigen Kältemittelansaugöffnung 111a verbunden.
Außerdem ist die niederdruckseitige Kältemittelausstoßöffnung 115a, die in der niederdruckseitigen Ausstoßplatte 115 ausgebildet ist, in dem Innenraum 150 in dem Gehäuse 140 offen. Außerdem ist ein niederdruckseitiges Voreilventil 115b in der niederdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 115a angeordnet, um nur die Strömung des Kältemittels, das von der niederdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 115a zu dem Innenraum 150 in dem Gehäuse 140 strömt, zuzulassen.
Folglich bewegt sich in dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 der niederdruckseitige Kompressionsraum 117 gemäß der Drehung der Welle 131, während sein Volumen von der Seite der niederdruckseitigen Kältemittelansaugöffnung 111a zu der Seite der niederdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 115a verringert wird, um das Kältemittel zu komprimieren. Wenn das komprimierte Kältemittel eine höheren als den Ventilöffnungsdruck des niederdruckseitigen Voreilventils 115b hat, wird das Kältemittel von der niederdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 115a in den Innenraum 150 in dem Gehäuse 110 ausgestoßen.
Der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 komprimiert ein Mitteldruckkältemittel in dem Innenraum 150 auf ein Hochdruckkältemittel und stößt das komprimierte Hochdruckkältemittel aus. Die grundlegende Struktur des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 ist ähnlich der des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110. Folglich umfasst der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 ähnlich dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 einen hochdruckseitigen Zylinder 121, einen hochdruckseitigen Rotor 122, einen hochdruckseitigen Flügel 123, eine hochdruckseitige Lagerplatte 124, eine hochdruckseitige Ausstoßplatte 125, eine hochdruckseitige Feder 126 und ähnliches.
Außerdem ist eine hochdruckseitige Kältemittelansaugöffnung (hochdruckseitige Fluidansaugöffnung) 121a, durch die das Mitteldruckkältemittel in den hochdruckseitigen Kompressionsraum 127 gesaugt wird, derart in der zylindrischen Seitenoberfläche des hochdruckseitigen Zylinders 121 bereitgestellt, dass sie in den Innenraum 150 offen ist. Außerdem ist ein hochdruckseitiges Voreilventil 125b in der hochdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 125a angeordnet, die in der hochdruckseitigen Ausstoßplatte 125 ausgebildet ist, um nur die Strömung des Kältemittels, das von der hochdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 125a zu der Ausstoßdurchgangsseite strömt, zuzulassen. Folglich wirkt das hochdruckseitige Voreilventil 125b als ein hochdruckseitiges Rückschlagventil.
Eine hochdruckseitige Kältemittelausstoßöffnung (hochdruckseitige Fluidausstoßöffnung) 125a ist in der hochdruckseitigen Ausstoßplatte 125 ausgebildet. Eine Trennplatte 171 ist im Inneren des Gehäuses 140 ausgebildet, um den Innenraum 150 und einen Ölabscheideraum 170 voneinander zu trennen. Außerdem ist in der Trennplatte 171 ein Ausstoßdurchgang 128 ausgebildet, so dass die Ausstoßöffnung 146 über den Ausstoßdurchgang 128 und den Ölabscheideraum 170 mit der hochdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 125a in Verbindung steht.
Folglich bewegt sich in dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 der hochdruckseitige Kompressionsraum 127 gemäß der Drehung der Welle 131, während sein Volumen von der Seite der hochdruckseitigen Kältemittelansaugöffnung 121a zu der Seite der hochdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 125a verringert wird, um das Kältemittel zu komprimieren. Wenn das komprimierte Kältemittel einen höheren als einen Ventilöffnungsdruck des hochdruckseitigen Voreilventils 125b hat, wird das Kältemittel aus der hochdruckseitigen Kältemittelausstoßöffnung 125a über den Ölabscheideraum 170 und die Ausstoßöffnung 146 nach außerhalb des Kompressors 100 ausgestoßen.
Die Ölabscheidungskammer 170 ist in dem Gehäuse 140 zwischen dem Kältemittelausstoßdurchgang 128 und der Kältemittelausstoßöffnung 146 ausgebildet, um das Kältemaschinenöl von dem Kältemittel, das von dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 ausgestoßen wird, abzuscheiden. Die Ölabscheidungskammer 170 ist ein Kollisionsölabscheider, in dem das von dem Kältemittelausstoßdurchgang 128 ausgestoßene Hochdruckkältemittel mit einem hochdruckseitigen Abdeckelement 143 kollidiert, um die Strömungsgeschwindigkeit des Hochdruckkältemittels zu verringern, und das Kältemaschinenöl mit einer höheren Dichte als das Gaskältemittel fällt nach unten, um darin gelagert zu werden.
Folglich ist die Ausstoßöffnung 146 in dem hochdruckseitigen Abdeckelement 143 des Gehäuses 140 auf einer Oberseite der Öloberfläche des in der Ölabscheidungskammer 170 gelagerten Öls ausgebildet. Außerdem ist eine Öleinleitungsrohrleitung 172 in der Ölabscheidungskammer 170 angeordnet, so dass das in der Ölabscheidungskammer 170 gelagerte Öl über die Öleinleitungsrohrleitung 172 zu den Gleitabschnitten des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 eingeleitet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, ist die innere Radialabmessung des hochdruckseitigen Zylinders 121 ungefähr gleich der inneren Radialabmessung des niederdruckseitigen Zylinders 111 gemacht, und die axialen Abmessungen des hochdruckseitigen Zylinders 121 und des hochdruckseitigen Rotors 122 sind kürzer als die axialen Abmessungen des niederdruckseitigen Zylinders 111 und des niederdruckseitigen Rotors 112 gemacht. Folglich kann die Ausstoßkapazität V2 des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 kleiner als die Ausstoßkapazität V1 des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 gemacht werden.
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung wird niederdruckseitiges Kältemittel in den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 gesaugt, ein Mitteldruckkältemittel strömt von der Mitteldrucköffnung 145 in den Innenraum 150, und eine Mischung aus einem von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 ausgestoßenen Mitteldruckkältemittel und dem aus der Mitteldrucköffnung 145 strömenden Mitteldruckkältemittel wird angesaugt. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung ist aufgebaut, um ein Druckverhältnis des Niederdruckkältemittels, des Mitteldruckkältemittels und des Hochdruckkältemittels einzustellen, wodurch der COP geändert wird.
Insbesondere wird der Druck des Mitteldruckkältemittels eingestellt, um eine Quadratwurzel des Produkts des Drucks des Hochdruckkältemittels und des Drucks des Niederdruckkältemittels zu werden, so dass der COP sich dem Maximalwert nähert.
Da in dem Kompressor 100 der vorliegenden Ausführungsform der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 von dem gemeinsamen Elektromotor 130 angetrieben werden, ist die Drehzahl in beiden, dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120, gleich. Da jedoch in dem Kompressor 100 der vorliegenden Ausführungsform die Ausstoßkapazität V1 des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 geändert sind, ist es möglich, ein Druckverhältnis des Niederdruckkältemittels, des Mitteldruckkältemittels und des Hochdruckkältemittels leicht zu ändern.
Wenn ein Ausstoßkapazitätsverhältnis V2/V1 der Ausstoßkapazität V2 des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 zu der Ausstoßkapazität V1 des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 in einem Bereich von 0,6 bis 0,7 hegt, kann der COP sich gemäß den Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung in einem Normalbetrieb und in einem Hochlastbetrieb jeweils Maximalwerten nähern. Hier ist in dem Normalbetrieb eine notwendige Heizkapazität von Luft, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung erforderlich ist, ein vorgegebener normaler Kapazitätsbereich. Im Gegensatz dazu ist in dem Hochlastbetrieb die notwendige Heizkapazität von Luft, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung erforderlich ist, höher als der vorgegebene normale Kapazitätsbereich.
7 ist ein Diagramm, das Änderungen des COP in Bezug auf ein Ausstoßkapazitätsverhältnis V2/V1 zeigt. In 7 zeigt der hohe COP-Bereich einen Bereich des Ausstoßkapazitätsverhältnisses V2/V1 an, in dem der COP sich dem Maximalwert nähert. Zum Beispiel ist der hohe COP-Bereich derart festgelegt, dass 0,4 ≤ V2/V1 ≤ 0,9. Durch Festlegen von 0,4 ≤ V2/V1 ≤ 0,9 kann der COP sowohl in dem Normalbetrieb als auch dem Hochlastbetrieb hinreichend erhöht werden. Außerdem können die Ausstoßkapazität V1 des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und die Ausstoßkapazität V2 des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 derart festgelegt werden, dass 0,5 ≤ V2/V1 ≤ 0,8. In diesem Verhältnisbereich kann der COP effektiver erhöht werden.
Außerdem ist die Ausstoßkapazität eines Kompressormechanismus eine theoretische Strömungsmenge (Stoß- und Entnahmekapazität), die von einem Kompressionsmechanismus pro Drehung ausgestoßen wird, und sie kann mit der geometrisch berechneten Strömungsmenge angegeben werden.
Als nächstes wird ein elektrischer Steuerabschnitt der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Klimatisierungssteuerung umfasst einen Mikrocomputer und eine periphere Schaltung. Der Mikrocomputer hat eine CPU, einen ROM, RAM, etc. Die Klimatisierungssteuerung führt basierend auf in dem ROM gespeicherten Steuerprogrammen verschiedene Berechnungen und Verfahren durch und führt den Steuerbetrieb verschiedener Einrichtungen, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden sind, durch. Zum Beispiel sind verschiedene Klimatisierungssteuerungseinrichtungen, wie etwa der Kompressor 100, der Betriebsart-Umschaltabschnitt 15a, 15b, 17, 19, der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt 14a, 22a, das Gebläse 32 und ähnliche mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden.
Eine Klimatisierungssensorgruppe ist mit einer Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden. Zum Beispiel umfasst die Klimatisierungssensorgruppe einen Innenluftsensor, der aufgebaut ist, um eine Temperatur des Fahrzeugraums zu erfassen, einen Außenlufttemperatursensor, der aufgebaut ist, um eine Außenlufttemperatur zu erfassen, einen Solarsensor, der aufgebaut ist, um eine Sonnenstrahlungsmenge, die in den Fahrzeugraum eintritt, zu erfassen, einen Verdampfertemperatursensor, der aufgebaut ist, um eine Temperatur (Verdampfungstemperatur) von Luft, die aus dem Innenverdampfer 20 strömt, zu erfassen, einen Ausstoßdrucksensor, der aufgebaut ist, um den Druck des von dem Kompressor 100 ausgestoßenen Hochdruckkältemittels zu erfassen, einen Ansaugdrucksensor zum Erfassen des Ansaugdrucks von Kältemittel, das in den Kompressor 100 gesaugt wird, und ähnliches.
Ferner ist ein (nicht gezeigtes) Bedienfeld, das nahe der Instrumententafel in dem Vorderabschnitt des Fahrzeugraums angeordnet ist, mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden, so dass Bediensignale von verschiedenen Arten von Klimatisierungsbedienschaltern, die auf diesem Bedienfeld bereitgestellt sind, in die Klimatisierungssteuerung eingegeben werden. 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 wahlweisen Umschalten zwischen der Kühlbetriebsart und der Heizbetriebsart bereitgestellt.
Die Klimatisierungssteuerung kann derart aufgebaut sein, dass sie eine Steuereinrichtung hat, die den Betrieb der verschiedenen Klimatisierungssteuerungseinrichtungen steuert. Die Klimatisierungssteuerung ist ferner mit einer Kompressorsteuereinrichtung versehen, die einen Hardwareabschnitt und einen Softwareabschnitt zum Steuern des Elektromotors 130 des Kompressors 100 umfasst (z. B. Inverter 160).
Außerdem ist eine Betriebsartsteuereinrichtung bereitgestellt, um den Betriebsart-Umschaltabschnitt, wie etwa das Mitteldruck-Expansionsventil 15a, das Niederdruck-Expansionsventil 15b, das Öffnungs-/Schließventil 17 und das elektrische Dreiwegeventil 19, zu steuern, und eine Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung ist bereitgestellt, um den Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt, wie etwa das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und das Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil 22a zu steuern. Die Kompressorsteuereinrichtung und/oder die Betriebsartsteuereinrichtung und/oder die Kältemittelkreislauf-Umschalteinrichtung kann/können getrennt von der Klimatisierungssteuerung aufgebaut sein oder kann/können integral mit der Klimatisierungssteuerung aufgebaut sein.
Als nächstes wird der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau beschrieben. In der Fahrzeugklimaanlage 1 ist die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung aufgebaut, um zum Beispiel eine Betriebsart, wie etwa die Heizbetriebsart zum Heizen des Fahrzeugraums und die Kühlbetriebsart zum Kühlen des Fahrzeugraums wahlweise umzuschalten.
Zuerst wird die Heizbetriebsart beschrieben. Die Heizbetriebsart wird begonnen, wenn von dem Auswahlschalter in dem Zustand, in dem der Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1 eingeschaltet (EIN) ist, die Heizbetriebsart ausgewählt ist. Wenn die Heizbetriebsart gestartet wird, schaltet die Klimatisierungssteuerung die Betriebszustände der Expansionsventile 15a, 15b, des Öffnungs-/Schließventils 17 und des elektrischen Dreiwegeventils 19, die den Betriebsart-Umschaltabschnitt aufbauen, um.
Insbesondere werden beide Expansionsventile 15a, 15b in einen Drosselzustand gebracht, in dem die Durchgangsschnittfläche jedes der Drosseldurchgänge auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad festgelegt ist, das Öffnungs-/Schließventil 17 geschlossen ist und das elektrische Dreiwegeventil 19 auf einen Kältemitteldurchgang geschaltet ist, der die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit dem einen Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 13c verbindet. Das heißt, in der Heizbetriebsart wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung derart betrieben, dass der Innenkondensator 12 als ein Kondensator (Kältemittelstrahler) verwendet wird und der Außenwärmetauscher 18 als ein Kältemittelverdampfer verwendet wird.
In der Heizbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform werden die Betriebszustände des Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventils 14a und des niederdruckseitigen Öffnungs-/Schließventils 22a selektiv entsprechend einer notwendigen Heizkapazität von Luft geschaltet, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird. Folglich kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform während der Heizbetriebsart wahlweise zwischen ersten bis dritten Kältemittelkreisläufen umgeschaltet werden.
(1) Erster Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart
Der erste Kältemittelkreislauf wird auf die Heizbetriebsart festgelegt, wenn die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigte Heizkapazität während einem Normalbetrieb in einen vorgegebenen normalen Kapazitätsbereich kommt oder in eine Kapazität eines Hochlastbetriebs kommt, in dem die benötigte Heizkapazität höher als in dem Normalbetrieb ist. Der erste Kältemittelkreislauf kann auf einen Anfangszustandskreislauf festgelegt werden, in dem der Betrieb der Heizbetriebsart gestartet wird. Zum Beispiel ist die Ausgangsleistung in dem Normalbetrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung etwa in einem Bereich von 2,0 bis 2,5 kW.
Insbesondere, wenn der Betrieb der Heizbetriebsart gestartet wird oder wenn die Heizbetriebsart von dem zweiten oder dritten Kältemittelkreislauf auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, öffnet die Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und schließt das niederdruckseitige Öffnungs-/Schließventil 22a. Folglich ist in dem ersten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömende Mitteldruck-Gaskältemittel fähig, zu dem Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 zu strömen, und der Niederdruckkältemitteldurchgang 22 ist gesperrt.
In diesem Kältemittelkreislaufaufbau liest die Klimatisierungssteuerung die Erfassungssignale der Sensorgruppe für die Klimatisierungssteuerung und die Bediensignale des Bedienfelds. Die Klimatisierungssteuerung berechnet eine Ziellufttemperatur TAO, die eine Zieltemperatur der Luft ist, die in den Fahrzeugraum ausgeblasen wird, auf der Basis der Erfassungssignale und der Bediensignale. Ferner bestimmt die Klimatisierungssteuerung die Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuereinrichtungen, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden sind, auf der Basis der berechneten Ziellufttemperatur 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, in einer derartigen Weise in Bezug auf ein Steuerkennfeld, das vorher in der Klimatisierungssteuerung gespeichert wird, basierend auf der Zieltemperatur TAO bestimmt, dass sie höher ist, wenn die Ziellufttemperatur TAO hoch ist, und niedrig ist, wenn die Ziellufttemperatur TAO mittel ist.
Die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 100 wird durch Steuern des Inverters 160, der mit dem Elektromotor 130 des Kompressors 100 verbunden ist, gesteuert. Der Inverter 160 wird derart gesteuert, dass die Drehzahl des Elektromotors 130 gemäß einer Zunahme der Heizkapazität, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird, erhöht wird.
Zum Beispiel wird das an den Inverter 160 ausgegebene Steuersignal basierend auf der Ziellufttemperatur TAO, einem Kältemitteldruck des aus dem Kompressor 100 ausgestoßenen Hochdruckkältemittels, einem Ansaugdruck des Kältemittels, das in den Kompressor 100 gesaugt wird, und der Außenlufttemperatur unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung gespeicherten Steuerkennfelds bestimmt. Insbesondere wird der Inverter 160 derart gesteuert, dass die Drehzahl des Elektromotors 130 mit einer Zunahme der Ziellufttemperatur TAO, mit einer Zunahme des Ausstoßkältemitteldrucks, mit einer Abnahme des Ansaugkältemitteldrucks und einer Abnahme der Außenlufttemperatur erhöht wird.
Das Steuersignal, das an den Servomotor der Luftmischklappe 34 ausgegeben werden soll, wird auf die folgende Weise unter Verwendung der Ziellufttemperatur TAO, des Erfassungswerts der Temperatur der Luft, die von dem Innenverdampfer 20 ausgeblasen wird, und des Erfassungswerts der Temperatur des von dem Kompressor 100 ausgestoßenen Kältemittel ausgegeben. Das heißt, das an den Servomotor der Luftmischklappe 34 ausgegebene Steuersignal wird in einer derartigen Weise bestimmt, dass die Temperatur der in den Fahrzeugraum abgeblasenen Luft die von einem Insassen gewünschte Temperatur wird, die mit dem 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 in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmte Steuersignal werden an die verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuereinrichtungen ausgegeben. Danach wird in einer Steuerperiode, bis erforderlich ist, dass der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage beendet wird, eine Steuerroutine zum Lesen der vorstehend beschriebenen Erfassungssignale und Bediensignale → Berechnen der Ziellufttemperatur TAO → Bestimmen der Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuereinrichtungen → Ausgeben der Steuerspannung und des Steuersignals wiederholt durchgeführt.
Zu dieser Zeit strömt in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung, wie in 8 gezeigt, das von der Ausstoßöffnung 146 des Kompressors 100 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a2₈ in 8) in den Innenkondensator 12 und strahlt Wärme ab (Punkt a2₈ → Punkt b₈ in 8). Folglich wird die von dem Gebläse 32 beförderte Luft, die den Innenverdampfer 20 durchlaufen hat, von dem Innenkondensator 12 geheizt, wodurch der Fahrzeugraum geheizt wird.
Da das Öffnungs-/Schließventil 17 in dem ersten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart geschlossen ist, strömt das aus dem Innenkondensator 12 strömende Kältemittel in das Mitteldruck-Expansionsventil 15a und sein Druck wird verringert und es wird auf ein Mitteldruckkältemittel expandiert (Punkt b₈ → Punkt c₈ in 8). Das aus dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a strömende Kältemittel wird von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gas und Flüssigkeit abgeschieden (Punkt c₈ → Punkt d₈ und Punkt c₈ → Punkt e₈ in 8).
Das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene Gaskältemittel strömt von der Mitteldrucköffnung 145 des Kompressors 100 in den Kompressor 100 und wird mit dem Kältemittel (Punkt a1₈ in 8) vereinigt, das von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 in dem Kompressor 100 ausgestoßen wird (Punkt a1₈ in 8) und wird von dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 eingesaugt Andererseits strömt das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene flüssige Kältemittel in das Niederdruck-Expansionsventil 15b, und sein Druck wird verringert und es wird in das Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt e₈ → Punkt f₈ in 8).
Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem Niederdruck-Expansionsventil 15b verringert wird und von ihm expandiert wird, strömt über das zweite Dreiwegeverbindungselement 13b in den Innenwärmetauscher 18. Das Niederdruckkältemittel, das in den Innenwärmetauscher 18 strömt, nimmt Wärme aus der Außenluft auf, wodurch sie verdampft wird (Punkt f₈ → Punkt h₈ in 8).
Da das elektrische Dreiwegeventil 19 umgeschaltet wird, um den ersten Kältemittelkreislauf zum Verbinden der Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit einem Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 13c festzulegen, strömt das aus dem Außenwärmetauscher 18 strömende Kältemittel über das dritte Dreiwegeverbindungselement 13c in den Akkumulator 21 und wird in dem Akkumulator 21 in Gas und Flüssigkeit abgeschieden. Das in dem Akkumulator 21 abgeschiedene Gaskältemittel (Punkt h₈ in 8) wird von der Ansaugöffnung 144 des Kompressors 100 angesaugt und wird erneut komprimiert.
Das in den Akkumulator 21 strömende Kältemittel wird basierend auf der Änderung der Heizkapazität, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung erforderlich ist, in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung in einem stabilen Zustand betrieben wird, sind ein Zustand des in den Akkumulator 21 strömenden Kältemittels und ein Zustand des aus dem Akkumulator 21 strömenden Kältemittels gleich. 8 zeigt einen stabilen Zustand in dem ersten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, der erste Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart festgelegt wird, kann die Wärmemenge, die von dem Kältemittel aufgenommen ist, das aus dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 des Kompressors 100 ausgestoßen wird, in dem Innenkondensator 12 an die Luft abgestrahlt werden, und dadurch kann die Luft, die in dem Innenkondensator 12 geheizt wurde, in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden. Auf diese Weise kann das Heizen des Fahrzeugraums realisiert werden.
Der erste Kältemittelkreislauf ist als ein sparsamer Kältemittelkreislauf aufgebaut, in dem der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 ein von dem Niederdruck-Expansionsventil 15b dekomprimiertes Niederdruckkältemittel ansaugt und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 eine Mischung aus Mitteldruckkältemittel, das von dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a dekomprimiert wird, und Mitteldruckkältemittel, das in dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 dekomprimiert wird, ansaugt.
Folglich wird in dem ersten Kältemittelkreislauf, der in dem sparsamen Kältemittelkreislauf verwendet wird, das Mischkältemittel mit einer relativ niedrigen Temperatur in den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 gesaugt, wodurch der Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 verbessert wird. Außerdem kann eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßkältemitteldruck und dem Ansaugkältemitteldruck in den beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 verringert werden, wodurch der Kompressionswirkungsgrad in beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 verbessert werden kann. Daher kann der COP der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung verbessert werden.
(2) Dritter Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart
Zum Beispiel kann die notwendige Heizkapazität Von Luft, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung erforderlich ist, durch den integrierten Wert der Kältemittelströmungsmenge, die durch den Innenkondensator 12 strömt, über eine Enthalpiedifferenz zwischen der Enthalpie des Kältemittels auf der Einlassseite des Innenkondensators 12 und der Enthalpie des Kältemittels auf der Auslassseite des Innenkondensators 12 berechnet werden.
Folglich wird in einem Niederlastbetrieb, in dem die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigte Heizkapazität niedriger als die in dem Normalbetrieb benötigte Heizkapazität ist, die notwendige Kältemittelströmungsmenge, die in dem Kältemittelkreislauf zirkuliert wird, verringert. Folglich wird in dem Niederlastbetrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung die Drehzahl des Elektromotors 130 entsprechend der notwendigen Kältemittelströmungsmenge verringert.
Wenn die Drehzahl des Elektromotors 130 verringert wird, wird der Kompressionswirkungsgrad in beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 verringert. Wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung in diesem Fall auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, der als der sparsame Kältemittelkreislauf verwendet wird, kann es schwierig sein, den COP der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung zu verbessern, wenn die Heizkapazität von Luft, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird, verringert ist.
Wenn in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigte Heizkapazität gleich oder niedriger als eine dritte Standardkapazität ist, während der erste Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart durchgeführt wird, wird bestimmt, dass die Heizbetriebsart in einem Niederlastbetrieb ist, und dadurch wird der dritte Kältemittelkreislauf von dem ersten Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart umgeschaltet. Hier wird der dritte Kältemittelkreislauf verwendet, um den Niederlastbetrieb durchzuführen. Zum Beispiel ist die Ausgangslast in dem Niederlastbetrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung etwa in einem Bereich von 1,5–2,0 kW.
Die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigte Heizkapazität kann unter Verwendung des Kältemitteldrucks des von dem Kompressor 100 ausgestoßenen Hochdruckkältemittels, des Ansaugdrucks des Kältemittels, das in den Kompressor 100 gesaugt werden soll, der Außenlufttemperatur und ähnlichem berechnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Drehzahl des Elektromotors 130 basierend auf dem Kältemitteldruck des von dem Kompressor 100 ausgestoßenen Hochdruckkältemittels, dem Ansaugdruck von Kältemittel, das in den Kompressor 100 gesaugt werden soll, der Außentemperatur und ähnlichem bestimmt.
Wenn in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform die Drehzahl der Kompressionsmechanismen 110, 120 gleich oder niedriger als eine dritte Standarddrehzahl ist, während der erste Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart ausgeführt wird, wird bestimmt, dass die Heizbetriebsart in einem Niederlastbetrieb ist, und dadurch wird in der Heizbetriebsart von dem ersten Kältemittelkreislauf auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet. Die dritte Standarddrehzahl kann in dem ersten Kältemittelkreislauf des Normalbetriebs auf einen kleineren Wert als eine vorgegebene Drehzahl festgelegt werden.
Insbesondere, wenn die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, schließt die Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und schließt das niederdruckseitige Öffnungs-/Schließventil 22a. Folglich sind in dem dritten Kältemittelkreislauf sowohl der Mitteldruck-Durchgang 14 als auch der Niederdruck-Kältemitteldurchgang 22 gesperrt.
In diesem Aufbau des dritten Kältemittelkreislaufs der Heizbetriebsart liest die Klimatisierungssteuerung die Erfassungssignale der Sensorgruppe für die Klimatisierung und die Bediensignale des Bedienfelds ähnlich wie in dem ersten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart. Ferner bestimmt die Klimatisierungssteuerung die Bedienzustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuereinrichtungen, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden sind, basierend auf der berechneten Ziellufttemperatur TAO und den Erfassungssignalen der Sensorgruppe.
Wenn der dritte Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart festgelegt wird, wird die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 100 gesteuert, indem der mit dem Elektromotor 130 des Kompressors 100 verbundene Inverter 160 gesteuert wird. In dem dritten Kältemittelkreislauf wird der Inverter 160 derart gesteuert, dass die Drehzahl des Elektromotors 130 entsprechend einer Zunahme der Heizkapazität, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird, weiter erhöht wird als in dem ersten Kältemittelkreislauf.
Als nächstes wird ein weiter als die Drehzahl des ersten Kältemittelkreislaufs erhöhter Betrag der Drehzahl des Elektromotors 130 in dem dritten Kältemittelkreislauf beschrieben. Wenn der Heizbetrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, saugt der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 nur das von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 ausgestoßene Mitteldruckkältemittel ein, weil der Mittelkältemitteldurchgang 14 gesperrt ist. Das von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 ausgestoßene Mitteldruckkältemittel hat eine niedrigere Dichte als das Mischkältemittel, das in den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 eingesaugt wird, wenn auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet ist.
Wenn folglich in einem Fall, in dem die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung von dem ersten Kältemittelkreislauf auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, die Drehzahl des Elektromotors 130 des Kompressors 100 nicht erhöht wird, ist es für den Kompressor 100 unmöglich, die notwendige Kältemittelströmungsmenge (d. h. notwendige Kältemittelzirkulationsmenge) auszustoßen.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung von dem ersten Kältemittelkreislauf auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, wird die Drehzahl erhöht, so dass die notwendige Kältemittelströmungsmenge aus dem Kompressor 100 ausgestoßen werden kann. Wenn auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, sind die Betriebszustände der anderen Klimatisierungssteuereinrichtungen und die anderen Steuerzustände ähnlich denen in einem Fall, in dem auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet ist.
9 zeigt die Kältemittelzustände der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung, wenn in der Heizbetriebsart auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet wird. Wie in 9 gezeigt, strömt das Hochdruckkältemittel (Punkt a2₉ in 9), das aus der Ausstoßöffnung 146 des Kompressors 100 ausgestoßen wird, in den Innenkondensator 12 und strahlt Wärme an Luft ab (Punkt a2₉ → Punkt b₉ in 9). Folglich wird die von dem Gebläse 32 beförderte Luft, die den Innenverdampfer 20 durchlaufen hat, geheizt, während sie den Innenkondensator 12 durchläuft, wodurch die Luft geheizt wird, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll.
Da das Öffnungs-/Schließventil 17 in dem ersten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart geschlossen ist, strömt das aus dem Innenkondensator 12 strömende Kältemittel in das Mitteldruck-Expansionsventil 15a, und sein Druck wird verringert und es wird auf ein Mitteldruckkältemittel expandiert (Punkt b₉ → Punkt c₉ in 9). Das aus dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a strömende Kältemittel strömt in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 16. Wenn der Betrieb des dritten Kältemittelkreislaufs in der Heizbetriebsart stabil wird, ist der Zustand des Kältemittels, das in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömt, ungefähr gleich dem Zustand des Kältemittels, das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömt. 9 zeigt einen stabilen Zustand des dritten Kältemittelkreislaufs der Heizbetriebsart in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung.
Da das mitteldruckseitige Öffnungs-/Schließventil 14a in dem dritten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart geschlossen ist, strömt das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömende Kältemittel in das Niederdruck-Expansionsventil 15b und sein Druck wird verringert und es wird auf ein Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt c₉ → Punkt f₉ in 9), ohne in das Niederdruck-Expansionsventil 16b zu strömen. Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck verringert ist und das von dem Niederdruck-Expansionsventil 15b expandiert wird, strömt über das zweite Dreiwegeverbindungselement 13b in den Außenwärmetauscher 18 und wird durch Aufnehmen von Wärme aus der Außenluft verdampft (Punkt f₉ → Punkt h₉ in 9).
Das aus dem Außenwärmetauscher 18 strömende Kältemittel strömt in den Akkumulator 21 und wird in dem Akkumulator 21 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Das abgeschiedene Gaskältemittel wird in die Ansaugöffnung 144 des Kompressors 100 gesaugt. Das von der Ansaugöffnung 144 des Kompressors 100 gesaugte Kältemittel wird in dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 unter Druck gesetzt und wird zu dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 gesaugt (Punkt h₉ → Punkt aO₉ in 9), ohne mit dem Kältemittel von der Mitteldrucköffnung 145 vereinigt zu werden. Dann wird das von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 ausgestoßene Mitteldruckkältemittel in dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 weiter komprimiert (Punkt aO₉ → Punkt a2₉ in 9).
Wenn der dritte Kältemittelkreislauf, wie vorstehend beschrieben, auf die Heizbetriebsart geschaltet wird, kann die Wärmemenge, die von dem Kältemittel aufgenommen ist, das von dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 des Kompressors 100 ausgestoßen wird, an die Luft in dem Innenkondensator 12 abgestrahlt werden, und dadurch kann die Luft, die in dem Innenkondensator geheizt wird, in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden, um den Fahrzeugraum zu heizen. Auf diese Weise kann das Heizen des Fahrzeugraums in dem dritten Kältemittelkreislauf realisiert werden.
In dem dritten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart kann die Drehzahl der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 erhöht werden, wodurch verhindert wird, dass der Kompressionswirkungsgrad verringert wird. Außerdem kann eine Druckdifferenz zwischen dem Ausstoßkältemitteldruck und dem Ansaugkältemitteldruck in den beiden Kompressionsmechanismen verringert werden, wodurch der Kompressionswirkungsgrad in den beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 effektiv verbessert wird. Daher kann der COP der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung verbessert werden.
Wenn in einem Fall, in dem der dritte Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform festgelegt ist, die Drehzahl der Kompressionsmechanismen 110, 120 gleich oder größer als die erste Standarddrehzahl ist, die höher als die dritte Standarddrehzahl ist, wird der erste Kältemittelkreislauf von dem dritten Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart geschaltet. Hier wird die erste Standarddrehzahl basierend auf der ersten Standardkapazität festgelegt, die der Untergrenze der normalen Heizkapazität in der Normalbetriebsart entspricht. In diesem Fall wird der erste Kältemittelkreislauf umgeschaltet und in der Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung ausgeführt. Die erste Standarddrehzahl kann auf einen Wert festgelegt werden, der höher als die dritte Standarddrehzahl ist, und die erste Standardkapazität kann auf einen höheren Wert als die dritte Standardkapazität festgelegt werden.
(3) Zweiter Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart
Auf einen zweiten Kältemittelkreislauf wird von dem dritten Kältemittelkreislauf in den Heizbetrieb umgeschaltet, wenn die Heizkapazität von Luft, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung erforderlich ist, in einem extremen Niederlastzustand weiter verringert ist. Das heißt, der zweite Kältemittelkreislauf wird in einem Fall umgeschaltet, in dem der Kompressionswirkungsgrad der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 weiter verringert wird, und dadurch wird es schwierig, den COP der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung zu verbessern.
In der vorliegenden Ausführungsform wird in einem extremen Niederlastbetrieb, in dem die Heizkapazität, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird, gleich oder niedriger als eine zweite Standardkapazität ist, die niedriger als die dritte Standardkapazität ist, während der dritte Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart ausgeführt wird, in der Heizbetriebsart von dem dritten Kältemittelkreislauf auf zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet. Zum Beispiel ist die Ausgangsleistung in dem extremen Niederlastbetrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung etwa in einem Bereich von 1,0–1,5 kW.
Wenn die Drehzahl der Kompressionsmechanismen 110, 120 in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung gleich oder niedriger als eine zweite Standarddrehzahl in der Heizbetriebsart ist, wird bestimmt, dass die Heizbetriebsart ein extremer Niederlastbetrieb ist, und dadurch wird in der Heizbetriebsart von dem dritten Kältemittelkreislauf (oder von dem ersten Kältemittelkreislauf) auf den zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet. Die zweite Standarddrehzahl kann auf einen kleineren Wert als die dritte Standarddrehzahl in dem dritten Kältemittelkreislauf und kleiner als eine erste Standarddrehzahl (Normaldrehzahl) in dem Normalbetrieb festgelegt werden.
Insbesondere wenn die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf den zweiten Kältekreislauf geschaltet wird, schließt die Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und öffnet das niederdruckseitige Öffnungs-/Schließventil 22a. Wie in 3 gezeigt, stehen folglich die Kältemittelansaugseite und die Kältemittelausstoßseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 über den Niederdruckkältemitteldurchgang 22 miteinander in Verbindung, und das Kältemittel wird in dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 unter Druck gesetzt, ohne, dass in dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 eine Ausstoßkapazität besteht.
In diesem Aufbau des zweiten Kältemittelkreislaufs der Heizbetriebsart liest die Klimatisierungssteuerung die Erfassungssignale der Sensorgruppe für die Klimatisierungssteuerung und die Bediensignale des Bedienfelds ähnlich wie in dem ersten oder dritten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart. Ferner bestimmt die Klimatisierungssteuerung die Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuereinrichtungen, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung verbunden sind, auf der Basis der berechneten Ziellufttemperatur TAO und der Erfassungssignale der Sensorgruppe.
Wenn der zweite Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung festgelegt wird, wird das Kältemittel in dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 unter Druck gesetzt, der eine kleinere Ausstoßkapazität als der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 hat, während die Kältemittelausstoßkapazität des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 nicht genutzt wird. Wenn der dritte Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart festgelegt wird, wird die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 100 gesteuert, indem der mit dem Elektromotor 130 des Kompressors 100 verbundene Inverter 160 gesteuert wird. in dem dritten Kältemittelkreislauf wird der Inverter 160 derart gesteuert, dass die Drehzahl des Elektromotors 130 entsprechend einer Zunahme der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Heizkapazität stärker als in dem ersten Kältemittelkreislauf erhöht wird.
Die Drehzahl des Elektromotors 130 wird basierend auf V2/V1 festgelegt, wenn die Heizbetriebsart von dem dritten oder ersten Kältemittelkreislauf auf den zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird oder in einer Phase unmittelbar, bevor auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird. Hier gibt V1 die Ausstoßkapazität des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 an, und V2 gibt die Ausstoßkapazität des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 an. Wenn der zweite Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart festgelegt ist, sind die Betriebszustände der anderen Klimatisierungssteuereinrichtungen und die anderen Steuerzustände ähnlich denen in einem Fall, in dem der erste Kältemittelkreislauf oder der dritte Kältemittelkreislauf festgelegt ist.
10 zeigt die Kältemittelustände der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung, wenn der zweite Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart festgelegt ist. Wie in 10 gezeigt, strömt das von der Ausstoßöffnung 146 des Kompressors 100 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a2₁₀ in 10) in den Innenkondensator 12 und strahlt Wärme an Luft ab (Punkt a2₁₀ → Punkt b₁₀ in 10). Folglich wird die von dem Gebläse 32 beförderte Luft, die den Innenverdampfer 20 durchlaufen hat, geheizt, während sie den Innenkondensator 12 durchläuft, wodurch der Fahrzeugraum geheizt wird.
Da das Öffnungs-/Schließventil 17 in dem zweiten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart geschlossen ist, strömt das aus dem Innenkondensator 12 strömende Kältemittel in das Mitteldruck-Expansionsventil 15a und sein Druck wird verringert und es wird auf ein Mitteldruckkältemittel expandiert (Punkt b₁₀ → Punkt c₁₀ in 10). Das aus dem Mitteldruck-Expansionsventil 15a strömende Kältemittel strömt in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 16. Wenn der Betrieb des zweiten Kältemittelkreislaufs in der Heizbetriebsart stabil wird, ist der Zustand des Kältemittels, das in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömt, ungefähr gleich dem Zustand des Kältemittels, das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömt. 10 zeigt einen stabilen Zustand des zweiten Kältemittelkreislaufs der Heizbetriebsart in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung.
Da das mitteldruckseitige Öffnungs-/Schließventil 14a in dem zweiten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart geschlossen ist, strömt das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömende Kältemittel in das Niederdruck-Expansionsventil 15b und sein Druck wird verringert und es wird auf ein Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt c₁₀ → Punkt f₁₀ in 10), ohne in die Mitteldrucköffnung 145 zu strömen. Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck durch das Niederdruck-Expansionsventil 15b verringert und das expandiert ist, strömt über das zweite Dreiwegeverbindungselement 13b in den Außenwärmetauscher 18 und wird durch Aufnehmen von Wärme aus der Außenluft verdampft (Punkt f₁₀ → Punkt aO₁₀ in 10).
Das aus dem Außenwärmetauscher 18 strömende Kältemittel strömt in den Akkumulator 21 und wird in dem Akkumulator 21 in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Das abgeschiedene Gaskältemittel wird sowohl von der Ansaugöffnung 144 als auch der Mitteldrucköffnung 145 in den Kompressor 100 gesaugt, weil das Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil 22a geöffnet ist.
In diesem Fall stehen die Kältemittelansaugseite und die Kältemittelausstoßseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 über den Niederdruckkältemitteldurchgang 22 miteinander in Verbindung, und dadurch kann die Kältemittelausstoßkapazität in dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 nicht verwendet werden. Das in dem Akkumulator 21 abgeschiedene Gaskältemittel (Punkt aO₁₀ in 10) wird tatsächlich von der Mitteldrucköffnung 145 zu dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 gesaugt und wird in dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 erneut komprimiert (Punkt aO₁₀ → Punkt a2₁₀ in 10).
Wenn, wie vorstehend beschrieben, der zweite Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart festgelegt ist, kann die Wärmemenge, die von dem Kältemittel aufgenommen ist, das von dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 des Kompressors 100 ausgestoßen wird, an die Luft in dem Innenkondensator 12 abgestrahlt werden, und dadurch kann die in dem Innenkondensator 12 geheizte Luft in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden, um den Fahrzeugraum zu heizen. Auf diese Weise kann das Heizen des Fahrzeugraums realisiert werden.
In dem zweiten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart muss die Drehzahl der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 entsprechend einer Verringerung der Heizkapazität, die in der in den Fahrzeugraum geblasenen Luft benötigt wird, verringert werden. Jedoch wird in dem dritten Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart, der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 nicht verwendet, und die Heizkapazität wird nur durch den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 erhalten, und dadurch ist es möglich, die Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 zu erhöhen.
Außerdem wird die Ausstoßkapazität V2 des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 kleiner als die Ausstoßkapazität V1 des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 festgelegt. Wenn folglich die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung von dem dritten oder ersten Kältemittelkreislauf auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, kann die Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 erhöht werden, so dass von dem Kompressor 100 die notwendige Kältemittelströmungsmenge ausgestoßen werden kann. Folglich kann der Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 wie in dem Diagramm von 16, das die Beziehung zwischen der Drehzahl des Kompressionsmechanismus und dem Kompressionswirkungsgrad zeigt, verbessert werden
Wenn in einem Fall, in dem in der Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform der zweite Kältemittelkreislauf festgelegt ist, die Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 gleich oder größer als eine vierte Standarddrehzahl ist, die höher als die zweite Standarddrehzahl ist, wird die Heizbetriebsart von dem zweiten Kältemittelkreislauf auf den dritten Kältemittelkreislauf festgelegt. In diesem Fall wird in der Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet und dieser wird ausgeführt. Die vierte Standarddrehzahl kann auf einen höheren Wert als die zweite Standarddrehzahl und die dritte Standarddrehzahl festgelegt werden.
Als nächstes wird die Kühlbetriebsart beschrieben. Die Kühlbetriebsart wird gestartet, wenn mit dem Auswahlschalter in einem Zustand, in dem der Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1 eingeschaltet ist (EIN), die Kühlbetriebsart ausgewählt wird. Wenn die Kühlbetriebsart gestartet wird, schaltet die Klimatisierungssteuerung die Betriebszustände der Expansionsventile 15a, 15b, des Öffnungs-/Schließventils 17 und des elektrischen Dreiwegeventils 19, welche den Betriebsart-Umschaltabschnitt aufbauen.
Insbesondere werden die Mitteldruck- und die Niederdruck-Expansionsventile 15a, 15b in einen vollständig geschlossenen Zustand gebracht, und das Öffnungs-/Schließventil 17 wird geöffnet, und das elektrische Dreiwegeventil 19 wird auf einen Kühlkältemittelkreislauf geschaltet, der die Auslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit der Einlassseite des Kühlexpansionsventils 15c verbindet. Außerdem wird das Kühlexpansionsventil 15c in einen Drosselzustand gebracht, in dem der Druck des Kältemittels verringert und es expandiert wird, das heißt, der Öffnungsgrad der Schnittfläche des Drosseldurchgangs wird auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad festgelegt. Insbesondere schließt die Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung in der Kühlbetriebsart das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und schließt das niederdruckseitige Öffnungs-/Schließventil 22a.
Folglich strömt das Kältemittel in der Kühlbetriebsart wie in den durchgezogenen Pfeilen in 4. In der Kühlbetriebsart führt die Klimatisierungssteuerung wie in dem Fall der Heizbetriebsart eine Steuerroutine zum Lesen des Erfassungssignals und des Bediensignals → Berechnen der Ziellufttemperatur TAO → Bestimmen der Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuereinrichtungen → wiederholtes Ausgeben der Steuerspannung und des Steuersignals in einer spezifizierten Steuerperiode, bis erforderlich ist, dass der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage gestoppt wird.
Zu dieser Zeit strömt in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung, wie in 4 gezeigt, das von der Ausstoßöffnung 146 des Kompressors 100 ausgestoßene Hochdruckkältemittel in den Innenkondensator 12 und strahlt Wärme an Luft ab. Auf diese Weise durchläuft ein Teil der von dem Gebläse 32 beförderten kühlen Luft, die von dem Innenverdampfer 20 gekühlt wird, den Innenkondensator 12, um geheizt zu werden.
Da die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b in der Kühlbetriebsart ganz geschlossen sind und das Öffnungs-/Schließventil 17 geöffnet ist, strömt das aus dem Innenkondensator 12 strömende Hochdruckkältemittel in dieser Reihenfolge von dem ersten Dreiwegeverbindungselement 13b → dem Öffnungs-/Schließventil 17 → dem zweiten Dreiwegeverbindungselement 13b und strömt in den Außenwärmetauscher 18. Das Kältemittel, das in den Außenwärmetauscher 18 strömt, tauscht Wärme mit der Außenluft aus, wodurch es weiter gekühlt wird und somit seine Enthalpie verringert wird.
Da das elektrische Dreiwegeventil 19 auf den Kühlkreislauf geschaltet wird, in dem die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit der Kältemitteleinlassseite des Kühlexpansionsventils 15c verbunden ist und das Kühlexpansionsventil 15c in einen gedrosselten Zustand gebracht ist, wird der Druck des aus dem Außenwärmetauscher 18 strömenden Kältemittels von dem Kühlexpansionsventil 15c verringert und es wird von ihm auf das Niederdruckkältemittel expandiert.
Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck von dem Kühlexpansionsventil 15c verringert wurde und das von ihm expandiert wurde, strömt in den Innenverdampfer 20 und nimmt Wärme aus der beförderten Luft, die von dem Gebläse 32 befördert wird, auf, um verdampft zu werden, und dadurch wird die beförderte Luft gekühlt. Folglich wird die in das Innere des Fahrzeugraums geblasene Luft gekühlt. Das aus dem Innenverdampfer 20 strömende Kältemittel strömt über das dritte Dreiwegeverbindungselement 13c in den Akkumulator 21 und wird in Gas und Flüssigkeit abgeschieden. Das abgeschiedene gasphasige Kältemittel in dem Akkumulator 21 wird von der Ansaugöffnung 144 des Kompressors 100 eingesaugt und wird erneut komprimiert.
Wie vorstehend beschrieben, kann in der Klimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform zur Zeit der Kühlbetriebsart durch Kühlen der an dem Innenverdampfer 20 beförderten Luft und durch Regulieren des Öffnungsgrads der Luftmischklappe 34 die von dem Innenverdampfer 20 gekühlte Luft von dem Innenkondensator 12 geheizt werden, so dass klimatisierte Luft mit einer von dem Insassen gewünschten Temperatur in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden kann. Dies kann die Kühlung des Inneren des Fahrzeugraums wirkungsvoll realisieren.
Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform wird vorstehend betrieben, und dadurch können die folgenden hervorragenden Ergebnisse erhalten werden.
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform kann der sparsame Kältemittelkreislauf aufgebaut werden, indem der erste Kältemittelkreislauf auf die Heizbetriebsart festgelegt wird. Außerdem können durch Festlegen des dritten Kältemittelkreislaufs der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 hintereinander angeordnet werden, um das Kältemittel in mehreren Stufen (z. B. zwei Stufen) unter Druck zu setzen. Außerdem kann durch Einrichten des zweiten Kältemittelkreislaufs ein einstufiger Kompressionsmechanismus derart aufgebaut werden, dass der Druck des Kältemittels nur in dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 erhöht wird.
Die Heizbetriebsart kann entsprechend einer Abnahme der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Heizkapazität, das heißt, entsprechend einer Abnahme der Drehzahl des Kompressionsmechanismus (Elektromotor 13) in dieser Reihenfolge von dem ersten Kältemittelkreislauf → dem dritten Kältemittelkreislauf → dem zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet werden. Im Gegensatz dazu kann die Heizbetriebsart entsprechend einer Zunahme der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Heizkapazität, das heißt, entsprechend einer Zunahme der Drehzahl des Kompressionsmechanismus in dieser Reihenfolge von dem zweiten Kältemittelkreislauf → dem dritten Kältemittelkreislauf → dem ersten Kältemittelkreislauf umgeschaltet zu werden.
Folglich ist es in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Erfindung möglich, den COP ausreichend zu verbessern, selbst wenn die notwendige Kältemittelströmungsmenge entsprechend einer Änderung der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Heizkapazität verändert wird. Zum Beispiel wird in dem normalen Heizbetrieb oder in dem Hochlastbetrieb, in denen die notwendige Kältemittelströmungsmenge relativ hoch ist, der erste Kältemittelkreislauf als der sparsame Kältemittelkreislauf festgelegt, wodurch der COP wirkungsvoll verbessert wird.
In dem Niederlastbetrieb, in dem die notwendige Kältemittelströmungsmenge kleiner als die in dem Normalbetrieb ist, wird der Druck des Kältemittels in mehreren Stufen (z. B. zwei Stufen) von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 bis zu dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 in dem Kompressor 100 erhöht. In diesem Fall kann durch Erhöhen der Drehzahl der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 der Kompressionswirkungsgrad der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 verbessert werden, wodurch der COP verbessert wird.
Außerdem wird der Druck des Kältemittels in dem extremen Niederlastbetrieb, in dem die notwendige Kältemittelströmungsmenge kleiner als die in dem Niederlastbetrieb ist, nur in dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 erhöht. In diesem Fall kann durch Erhöhen der Drehzahl des einzigen hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 der Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 verbessert werden, wodurch der COP verbessert wird.
Als ein Ergebnis ist es in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform möglich, den COP ausreichend zu verbessern, selbst wenn die notwendige Kältemittelströmungsmenge entsprechend einer Änderung der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Heizkapazität verändert wird.
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform wird die Drehzahl des Elektromotors 130 derart gesteuert, dass sie entsprechend einer Zunahme der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Heizkapazität erhöht wird. Folglich ist es möglich, die Heizbetriebsart leicht umzuschalten, um basierend auf der Drehzahl des Elektromotors 130 wahlweise einen der ersten bis dritten Kältemittelkreisläufe festzulegen, und dadurch kann das Umschalten der ersten bis dritten Kältemittelkreisläufe in der Heizbetriebsart entsprechend der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten notwendigen Heizkapazität leicht durchgeführt werden.
Da in dem Kompressor 100 der vorliegenden Ausführungsform die beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 durch den einzigen Elektromotor 130 angetrieben werden, können die Drehzahlen der beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 leicht geändert werden, wenn der Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart umgeschaltet wird.
Außerdem sind in dem Kompressor 100 der vorliegenden Ausführungsform der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 an zwei Endseiten der Welle 131 in der horizontalen Richtung angeordnet, so dass die beiden Kompressionsmechanismen 110, 120 an zwei Endseiten des Elektromotors 130 in der horizontalen Richtung positioniert sind. Daher kann die gesamte Größe des Kompressors 100 verringert werden, und dadurch kann die Gesamtgröße der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung verringert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung für die Klimaanlage 1 für ein elektrisches Fahrzeug, das keinen Verbrennungsmotor hat, verwendet. In diesem Fall kann keine Abwärme des Motors für das Heizen des Fahrzeugraums verwendet werden, und die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, wird nur unter Verwendung der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung in der Klimaanlage 1 geheizt. Da die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform für ein Elektrofahrzeug verwendet wird, kann folglich das Ergebnis für die Erhöhung des COP ungeachtet der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten notwendigen Heizkapazität wirkungsvoll verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf das sogenannte Hybridauto angewendet werden, das eine Antriebskraft für das Fahren eines Fahrzeugs von einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) und einem Elektromotor für das Fahren erhält. In dem Hybridauto kann der Verbrennungsmotor aus sein, während das Fahrzeug fährt, um den Brennstoffverbrauchswirkungsgrad zu verbessern. Wenn folglich die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung für das Hybridauto verwendet wird, können die vorstehend beschriebenen Ergebnisse erhalten werden. Außerdem kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung für ein normales Auto verwendet werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 12 beschrieben. In der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich die Struktur des Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitts von der der vorstehenden ersten Ausführungsform. Insbesondere wird in der zweiten Ausführungsform, wie in 12 gezeigt, ein elektrisches Dreiwegeventil 22b anstelle des Niederdruck-Öffnungs-/Schließventils 22a und des Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventils 14a verwendet. Das elektrische Dreiwegeventil 22b ist in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 und dem Niederdruckkältemitteldurchgang 22 angeordnet.
In 12 sind Teile, die ähnlich denen der ersten Ausführungsform sind oder diesen entsprechen, durch die gleichen Bezugsnummern bezeichnet. Dies gilt auch in den folgendem Zeichnungen. Wenn die Heizbetriebsart auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet ist, strömt Kältemittel wie in den in 12 gezeigten durchgezogenen Pfeilen durch die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung.
Zum Beispiel ist das Dreiwegeventil 22b ein Drehventil, dessen Betrieb von einem Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung ausgegeben wird. Das Dreiwegeventil 22b wird als der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt verwendet und ist aufgebaut, um ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform in der Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung wahlweise auf einen der ersten bis dritten Kältemittelkreisläufe zu schalten. Das Dreiwegeventil 22b öffnet den Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 und schließt den Niederdruckkältemitteldurchgang 22 in dem ersten Kältemittelkreislauf, das Dreiwegeventil 22b schließt den Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 und öffnet den Niederdruckkältemitteldurchgang 22 in dem zweiten Kältemittelkreislauf, und das Dreiwegeventil 22b schließt sowohl den Mitteldruckkältemitteldurchgang 14 als auch den Niederdruckkältemitteldurchgang 22 in dem dritten Kältemittelkreislauf.
In der zweiten Ausführungsform sind die anderen Strukturen und der Betrieb ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Folglich kann der COP in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung ungeachtet der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten notwendigen Heizkapazität wirkungsvoll verbessert werden. Das heißt, der COP kann ungeachtet der in dem Kältemittelkreislauf zirkulierten Kältemittelströmungsmenge ausreichend verbessert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 13 beschrieben. In der dritten Ausführungsform ist die Struktur des Kompressors 100 in Bezug auf die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform geändert. in dem Kompressor 100 der dritten Ausführungsform ist eine elektromagnetische Kupplung 130a zwischen dem Kompressionsmechanismus 110 und dem Elektromotor 130 bereitgestellt, um fähig zu sein, den elektrischen Strom zu unterbrechen. In 13 ist nur der Kompressor 100 schematisch angezeigt. Jedoch können die anderen Teile der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung ähnlich denen der ersten oder zweiten Ausführungsform sein. Das heißt, der Kompressor 100 der dritten Ausführungsform kann anstelle des Kompressors 100 der ersten oder zweiten Ausführungsform für die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung verwendet werden.
Wenn in der dritten Ausführungsform der erste oder dritte Kältemittelkreislauf festgelegt ist, wird die elektromagnetische Kupplung 130 durch die Klimatisierungssteuerung derart gesteuert, dass der Elektromotor 130 über die elektromagnetische Kupplung 130a mit dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 verbunden wird, um elektrische Leistung an den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 zu übertragen. Wenn im Gegensatz dazu der zweite Kältemittelkreislauf festgelegt ist, wird die elektromagnetische Kupplung 130a durch die Klimatisierungssteuerung gesteuert, um die Übertragung der elektrischen Leistung von dem Elektromotor 130 an den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 zu beenden.
In der dritten Ausführungsform sind die anderen Strukturen und der Betrieb ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Folglich können auch in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Ausführungsform die gleichen Ergebnisse wie in der ersten Ausführungsform erhalten werden. Wenn in der dritten Ausführungsform der zweite Kältemittelkreislauf festgelegt ist, wird die Drehleistung des Elektromotors 130 nicht an den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 übertragen, wodurch der Gleitverlust des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 verringert wird und der COP weiter verbessert wird.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 14 beschrieben. In der vierten Ausführungsform ist die Struktur der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung in Bezug auf die vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen geändert. Wenn die Heizbetriebsart auf den ersten Kältemittelkreislauf geändert wird, strömt Kältemittel wie in den in 14 gezeigten durchgezogenen Pfeilen durch die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung.
In der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vierten Ausführungsform sind das Öffnungs-/Schließventil 17 und das zweite Dreiwegeverbindungselement 13b nicht bereitgestellt, und der Kältemitteleinlass des Außenwärmetauschers 18 ist über das Niederdruck-Expansionsventil 15b mit einem Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungsventils 13a verbunden. Das heißt, das Niederdruck-Expansionsventil 15b ist zwischen dem einen Kältemittelauslass des dritten Dreiwegeverbindungselements 13a und dem Kältemitteleinlass des Außenwärmetauschers 18 angeordnet. Außerdem ist in der vierten Ausführungsform kein Auslassabschnitt für flüssiges Kältemittel in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 bereitgestellt.
In der vierten Ausführungsform werden in der Heizbetriebsart die beiden Expansionsventile 15a, 15b in einen Drosselzustand gebracht, in dem die Durchgangsschnittfläche jedes der Drosseldurchgänge auf einen vorgegebenen Öffnungsgrad festgelegt ist, und das elektrische Dreiwegeventil 19 wird derart geschaltet, das die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 18 mit dem einen Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 13c verbunden ist.
Insbesondere wenn die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, öffnet die Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und schließt das niederdruckseitige Öffnungs-/Schließventil 22a. In der vierten Ausführungsform ist das Niederdruck-Expansionsventil 15b aufgebaut, um einen Teil des aus dem Innenkondensator 12 strömenden Hochdruckkältemittels, das von dem einen Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungselements 13a verzweigt wird, auf ein Niederdruckkältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren.
Insbesondere wenn die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf den dritten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, schließt die Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und schließt das niederdruckseitige Öffnungs-/Schließventil 22a. Daher wird ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der dritte Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart festgelegt. Wenn außerdem die Heizbetriebsart der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung auf den zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird, schließt die Kältemittelkreislaufsteuereinrichtung das Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil 14a und öffnet das Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil 22a. Daher kann der zweite Kältemittelkreislauf in der Heizbetriebsart ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform festgelegt werden.
In der zweiten Ausführungsform sind die anderen Strukturen und der Betrieb ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Selbst wenn in der vierten Ausführungsform das Hochdruckkältemittel in dem ersten Kältemittelkreislauf direkt auf einen niedrigen Druck dekomprimiert und expandiert wird, kann der COP ungeachtet der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten notwendigen Heizkapazität wirkungsvoll verbessert werden. Das heißt, der COP kann ungeachtet der in dem Kältemittelkreislauf zirkulierten Kältemittelströmungsmenge hinreichend verbessert werden.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung kann wie folgt innerhalb eines Bereichs der vorlegenden Erfindung vielfältig geändert werden, ohne auf die Ausführungsform beschränkt zu sein.

(1) Die vorstehenden Ausführungsformen waren ein Beispiel, in dem die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung auf eine Fahrzeugklimaanlage angewendet wird, aber die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung der vorliegenden Erfindung auf eine ortsfeste Klimaanlage, ein Tieftemperaturlager, eine Kühl-/Heizvorrichtung für einen Verkaufsautomaten und ähnliches angewendet werden.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung als ein Wärmepumpenkreislauf verwendet, in dem ein Fluid (z. B. Luft), das Wärme austauschen soll, von dem Innenkondensator 12 geheizt wird. Alternativ kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung als ein Kühler verwendet werden, in dem Hochdruckkältemittel in dem Kondensator 12 an die Atmosphäre abgestrahlt wird und der Wärmetauscher 18 als ein nutzungsseitiger Wärmetauscher verwendet wird. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 kann für eine Klimaanlage verwendet werden, die einen Raum, der klimatisiert werden soll, auf eine extrem niedrige Temperatur kühlen kann.
In diesem Fall kann die Kühlbetriebsart entsprechend einer Abnahme der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Kühlkapazität, das heißt, entsprechend einer Abnahme der Drehzahl des Kompressionsmechanismus in dieser Reihenfolge von dem ersten Kältemittelkreislauf → dem dritten Kältemittelkreislauf → dem zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet werden. Folglich kann der COP selbst in einer Kältemittelkreislaufvorrichtung, in der eine Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckkältemittel und einem Niederdruckkältemittel hoch wird und die verbrauchte elektrische Leistung dazu neigt, höher zu sein, ungeachtet der Kühlkapazität wirkungsvoll verbessert werden.

(2) Außerdem wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen als der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 ein Rollkolbenkompressionsmechanismus verwendet. Jedoch können anstelle des Rollkolbenkompressionsmechanismus ein Spiralkompressionsmechanismus, ein Schieberkompressionsmechanismus, ein Schraubenkompressionsmechanismus verwendet werden. Außerdem können der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 und der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 Kompressionsmechanismen mit fester Verdrängung mit verschiedenen Formen sein oder können in die gleiche Form ausgebildet sein.

In den vorstehend beschriebenen ersten, zweiten und vierten Ausführungsformen ist keine elektromagnetische Kupplung 130a zum Unterbrechen der elektrischen Leistung zwischen dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 und dem Elektromotor 130 bereitgestellt. In diesem Fall kann ein Spiralkompressionsmechanismus als der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 verwendet werden, um die Ausstoßkapazität des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus 110 zu null zu machen.
Die für die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 verwendete elektromagnetische Kupplung 130a kann entfernt werden, wenn der hin- und her gehende Kompressionsmechanismus als der niederdruckseitige Kompressionsmechanismus 110 verwendet wird. in diesem Fall kann eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Bewegung eines Kolbens bereitgestellt werden.

(3) In der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform wird der Gas-Flüssigkeitsabscheider verwendet, um das an dem Mittelduck-Expansionsventil 15a dekomprimierte Mitteldruckkältemittel in das Gaskältemittel und das flüssige Kältemittel abzuscheiden. Jedoch kann der Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 nicht bereitgestellt werden, und ein Mitteldruck-Wärmetauscher kann bereitgestellt werden, um den Wärmeaustausch zwischen dem Mitteldruckkältemittel und dem Hochdruckkältemittel, das aus dem anderen Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungselements 13a strömt, durchzuführen.
(4) in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung entsprechend einer Abnahme der in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigten Heizkapazität, das heißt, entsprechend einer Abnahme der Drehzahl des Kompressionsmechanismus, in dieser Reihenfolge von dem ersten Kältemittelkreislauf → dem dritten Kältemittelkreislauf → dem zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet. Jedoch kann der dritte Kältemittelkreislauf gestrichen werden. in diesem Fall wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung entsprechend einer Abnahme der Heizkapazität oder der Kühlkapazität, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird, zwischen dem ersten Kältemittelkreislauf und dem zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet.

Wenn zum Beispiel die Heizkapazität oder die Kühlkapazität, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird, gleich oder kleiner als die zweite Standardheizkapazität wird, wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung von dem ersten Kältemittelkreislauf direkt auf den zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet. Wenn außerdem die Heizkapazität oder die Kühlkapazität, die in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung benötigt wird, gleich oder größer als die erste Standardkapazität wird, wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung von dem zweiten Kältemittelkreislauf direkt auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet.

(5) Wenn in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Betrieb der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung von dem dritten Kältemittelkreislauf auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, wird die Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 basierend auf dem Ausstoßkapazitätsverhältnis V2/V1 erhöht. Die Drehzahlzunahme des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 wird in 15A und 15B beschrieben.

Die Beziehungen der Drehzahl Nc des Kompressionsmechanismus, einem notwendigen Drehmoment Tr und dem Kompressionswirkungsgrad werden unter Bezug auf 15A und 15B beschrieben. 15A ist ein Diagramm, das eine Isowirkungsgradlinie des Kompressionswirkungsgrads entsprechend der Drehzahl Nc des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 und einem notwendigen Drehmoment Tr zeigt, und 15B ist ein Diagramm, das eine Änderung des Kompressionswirkungsgrads in Bezug auf die Drehzahl Nc des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 zeigt. In 15B gibt die Kurve C die Änderung des Kompressionswirkungsgrads in dem Querschnitt C-C von 15A an, und die Kurve D gibt die Änderung des Kompressionswirkungsgrads in dem Querschnitt D-D von 15A an.
In 15A und 15B zeigt NC eine Linie mit dem notwendigen Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 an, die notwendig ist, um den COP in der Kältemittelkreislaufvorrichtung 10 mit zweistufiger Druckerhöhung zu verbessern.
Der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus 120 wird mit einer Drehzahl betrieben, die höher als die Linie NC mit dem notwendigen Kompressionswirkungsgrad ist, die sich am weitesten links in 15A befindet. In diesem Fall kann, selbst wenn auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, der COP hinreichend verbessert werden.
Außerdem kann ein Erhöhungsteil der Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 wie folgt festgelegt werden, wenn auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird. Zum Beispiel kann die Beziehung der Isowirkungsgradlinie von 15A in der Klimatisierungssteuerung gespeichert werden, und ein notwendiges Drehmoment Tr unmittelbar vor dem Umschalten von dem dritten Kältemittelkreislauf (oder dem ersten Kältemittelkreislauf) auf den zweiten Kältemittelkreislauf kann unter Verwendung von Erfassungssignalen der Sensorgruppe, die unmittelbar vor dem Umschalten von dem dritten Kältemittelkreislauf (oder dem ersten Kältemittelkreislauf) auf den zweiten Kältemittelkreislauf gelesen werden, berechnet werden. Das notwendige Drehmoment Tr kann unter Verwendung der folgenden Formel (1) berechnet werden. Tr = (L × 60)/(2π × Nc) (F1)
Hier gibt L eine notwendige Antriebsleistung des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120, zum Beispiel eine notwendige an den Elektromotor gelieferte elektrische Leistung, an.
Außerdem kann die notwendige Antriebsleistung L des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 basierend auf dem Ausstoßkältemitteldruck Pd des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120, dem Ansaugkältemitteldruck Ps und der Drehzahl Nc unter Verwendung der folgenden Formel (2) berechnet werden. L = f(Pd, Ps, Nc) (F2)
Außerdem wird die von der Formel F2 angegebene Beziehung vorher in der Klimatisierungssteuerung gespeichert.
Folglich kann der Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 unmittelbar vor dem Umschalten von dem dritten Kältemittelkreislauf (oder dem ersten Kältemittelkreislauf) auf den zweiten Kältemittelkreislauf basierend auf dem notwendigen Drehmoment Tr unmittelbar vor dem Umschalten auf den zweiten Kältemittelkreislauf und basierend auf der zweiten Standarddrehzahl unmittelbar vor dem Umschalten von dem dritten Kältemittelkreislauf auf den zweiten Kältemittelkreislauf bestimmt werden. Als ein Beispiel zeigt der Punkt E in 15A den Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus unmittelbar vor dem Umschalten von dem dritten Kältemittelkreislauf auf den zweiten Kältemittelkreislauf an.
Dann wird eine Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 derart bestimmt, dass er fähig ist, den Kompressionswirkungsgrad des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 von dem Punkt E zu dem Punkt F zu übertragen. In diesem Fall kann die Drehzahldifferenz von dem Punkt E zu dem Punkt F als ein Erhöhungsteil der Drehzahl des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus 120 verwendet 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. Derartige Änderungen und Modifikationen verstehen sich als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4-80545 A [0002]

Claims

Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung, die umfasst: einen Kompressor (100), der einen niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) umfasst, der aufgebaut ist, um Kältemittel auf einen mittleren Druck zu komprimieren, und einen hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120), der aufgebaut ist, um das von dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) ausgestoßene Kältemittel auf einen hohen Druck zu komprimieren; einen Strahler (12), der angeordnet ist, um das von dem hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) des Kompressors (100) ausgestoßene Hochdruckkältemittel zu kühlen; ein Mitteldruck-Expansionsventil (15a), das angeordnet ist, um das aus dem Strahler (12) strömende Kältemittel auf einen mittleren Druck zu dekomprimieren; ein Niederdruck-Expansionsventil (15b), das angeordnet ist, um das aus dem Strahler (12) strömende Kältemittel auf einen niedrigen Druck zu dekomprimieren; einen Verdampfer (18), der angeordnet ist, um das von dem Niederdruck-Expansionsventil (15b) dekomprimierte Niederdruckkältemittel zu verdampfen und zu bewirken, dass das verdampfte Kältemittel in Richtung einer Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) strömt; einen Mitteldruckkältemitteldurchgang (14), durch den das von dem Mitteldruck-Expansionsventil (15a) dekomprimierte Mitteldruckkältemittel in eine Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) eingeleitet wird; einen Niederdruckkältemitteldurchgang (22), der bereitgestellt ist, um eine Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) zu verbinden; und einen Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt (14a, 22a, 22b), der aufgebaut ist, um wenigstens zwischen einem ersten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) geöffnet ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang (22) geschlossen ist, und einem zweiten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) geschlossen ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang (22) geöffnet ist, umzuschalten, wobei der hochdruckseitige Kompressionsmechanismus (120) eine Ausstoßkapazität (V2) hat, die kleiner als eine Ausstoßkapazität (V1) des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Kältemittelkreislaufsteuerabschnitt, der aufgebaut ist, um den Betrieb des Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitts (14a, 22a, 22b) zu steuern, wobei der Kältemittelkreislaufsteuerabschnitt bewirkt, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt (14a, 22a, 22b) auf den ersten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, wenn eine in dem Kreislauf erforderliche Kühlkapazität oder eine Heizkapazität gleich oder höher als eine erste Standardkapazität ist, und bewirkt, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt (14a, 22a, 22b) auf den zweiten Kältemittelkreislauf geschaltet wird, wenn die Kühlkapazität oder die Heizkapazität, die in dem Kreislauf benötigt wird, gleich oder kleiner als eine zweiten Standardkapazität ist, die kleiner als die erste Standardkapazität ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung nach Anspruch 2, die ferner umfasst: einen Antriebsabschnitt (130), der aufgebaut ist, um sowohl den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) als auch den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) anzutreiben; und einen Antriebssteuerabschnitt, der konfiguriert ist, um den Betrieb des Antriebsabschnitts (130) zu steuern, wobei der Antriebssteuerabschnitt eine Drehzahl des Antriebssteuerabschnitts entsprechend einer Erhöhung der Kühlkapazität oder der Heizkapazität, die in dem Kreislauf benötigt wird, erhöht, und der Kältemittelkreislaufsteuerabschnitt bewirkt, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt (14a, 22a, 22b) auf den ersten Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird, wenn die Drehzahl des Antriebsabschnitts (130) gleich oder höher als eine erste Standarddrehzahl ist, und bewirkt, dass der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt (14a, 22a, 22b) auf den zweiten Kältemittelkreislauf umgeschaltet wird, wenn die Drehzahl des Antriebsabschnitts (130) gleich oder kleiner als eine zweite Standarddrehzahl ist, die kleiner als die erste Standardrehzahl ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt (14a, 22a, 22b) aufgebaut ist, um zwischen dem ersten Kältemittelkreislauf, dem zweiten Kältemittelkreislauf und einem dritten Kältemittelkreislauf, in dem der Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) geschlossen ist und der Niederdruckkältemitteldurchgang (22) geschlossen ist, umzuschalten.
Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt durch ein Mitteldruck-Öffnungs-/Schließventil (14a), das verwendet wird, um den Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) zu öffnen und zu schließen, und ein Niederdruck-Öffnungs-/Schließventil (22), das verwendet wird, um den Niederdruckkältemitteldurchgang (22) zu öffnen oder zu schließen, aufgebaut ist.
Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kältemittelkreislauf-Umschaltabschnitt durch ein Dreiwegeventil (22b) aufgebaut ist, das an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Mitteldruckkältemitteldurchgang (14) und dem Niederdruckkältemitteldurchgang (22) angeordnet ist, um wenigstens zwischen einem Kältemitteldurchgang, der eine Kältemittelauslassseite des Mitteldruck-Expansionsventils (15a) und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) verbindet, und einem Kältemitteldurchgang, der die Ansaugseite des niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) und die Ansaugseite des hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus (120) verbindet, umzuschalten.
Kältemittelkreislaufvorrichtung mit zweistufiger Druckerhöhung gemäß Anspruch 3, die ferner umfasst: ein Kupplungselement (130a), das zwischen dem niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) und dem Elektromotor (130) angeordnet ist, um fähig zu sein, eine Leistungsübertragung von dem Elektromotor (130) an den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) zu unterbrechen, wobei das Kupplungselement (130a) die Leistungsübertragung von dem Elektromotor (130) an den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) unterbricht, wenn der erste Kältemittelkreislauf festgelegt ist, und die Leistungsübertragung von dem Elektromotor (130) an den niederdruckseitigen Kompressionsmechanismus (110) durchführt, wenn der zweite Kältemittelkreislauf festgelegt ist.