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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung betrifft ein Fahrzeugwärmepumpensystem zur Verwendung bei milden Umgebungstemperaturen.
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HINTERGRUND
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Bei herkömmlichen Heiz-, Belüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Systemen sind zwei separate Fluidkreisläufe vorhanden: ein Kältemittelfluidkreislauf zum Kühlen der Kabine sowie einen Kühlmittelfluidkreislauf zum Erwärmen der Kabine. Der Kühlkreislauf umwälzt ein Kältemittel, das eine Verbindung sein kann, wie R-134a oder dergleichen. Der Heizkreislauf umwälzt ein Fluid, das allgemein ein Gemisch aus Ethylenglykol und Wasser sein kann. Derartige HVAC-Systeme können reversible Kältemittelwärmepumpensysteme aufweisen, bei denen die Kältemittelströmung durch Kältemittelventile gesteuert wird, wodurch der Betrieb des Wärmepumpensystems sowohl in dem Kabinenheizmodus als auch dem Kabinenkühlmodus durch Umkehr der Funktion der beiden Wärmetauscher zugelassen ist.
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In dem Kabinenkühlmodus strömt Kältemittel von dem Kompressor durch einen äußeren Wärmetauscher, der als ein Kondensator wirkt, in ein Expansionsventil und durch einen inneren Wärmetauscher, der als ein Verdampfer wirkt. Wärme wird von der Luft, die über den inneren Wärmetauscher (Verdampfer) geblasen wird, entzogen, wodurch gekühlte Luft für den Fahrgastraum bereitgestellt wird.
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In dem Kabinenheizmodus wirkt der Kältemittelwärmetauscher, der außerhalb des Fahrgastraumes (äußerer Wärmetauscher) angeordnet ist, als ein Verdampfer. Der Kältemittelwärmetauscher innerhalb des Fahrgastraumes (innerer Wärmetauscher) wirkt als ein Kondensator. Das Kältemittel strömt von dem Kompressor durch den inneren Wärmetauscher, der als ein Kondensator wirkt, in ein Aufnehmer- und Öffnungsrohr oder einen anderen Typ von Expansionsvorrichtung und durch einen äußeren Wärmetauscher, der als ein Verdampfer wirkt. Wärme von dem Kältemittel wird von der über den inneren Wärmetauscher strömenden Luft absorbiert, die in den Fahrgastraum geblasen wird, um Wärme bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Fahrzeugwärmepumpensystem zur Steuerung der Temperatur des Fahrgastraumes und der Fahrzeugbatterie zur Verwendung bei milden Umgebungstemperaturen vorgesehen. Das Wärmepumpensystem kann zwei Betriebsmoden aufweisen: einen Kühlmodus sowie einen Heizmodus, das im Betrieb ein Kältemittel umwälzen kann. Das Kältemittel ist allgemein entlang eines Heizkreislaufs im Heizmodus und eines Kühlkreislaufs im Kühlmodus gerichtet. Das Kältemittel kann entlang eines von dem jeweiligen Heizkreislauf oder Kühlkreislauf und durch eine Mehrzahl von Komponenten geführt sein, um den Fahrgastraum zu kühlen oder zu erwärmen und die Fahrzeugbatterie zu kühlen.
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Das Fahrzeugwärmepumpensystem kann einen Kompressor, einen AC-Kondensator, einen Wärmepumpenkondensator, einen Kabinenverdampfer, einen Kühler eines wiederaufladbaren Energiespeichersystems (RESS von engl.: ”rechargeable energy storage system”), der als ein Wärmepumpenverdampfer wirkt, einen Aufnehmer-Trockner, eine Mehrzahl von Expansionsvorrichtungen und eine Mehrzahl von Strömungssteuerventilen aufweisen.
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Das Fahrzeugwärmepumpensystem kann in zwei Betriebsmoden arbeiten, nämlich einem Heizmodus und einem Kühlmodus, und zwar unabhängig oder simultan. Während des Heizmodus verwendet das System einen Wärmepumpenkondensator innerhalb des HVAC-Moduls oder innerhalb des Fahrzeugmotorraums und den RESS-Kühler als den Wärmepumpenverdampfer. Zusätzlich kann der Heizkreislauf einen Kabinenverdampfer aufweisen, der derart ausgestaltet sein kann, an den Fahrgastraum übertragene Luft zu kühlen und zu entfeuchten. Im Kühlmodus verwendet das System einen unabhängigen AC-Kondensator außerhalb des HVAC-Moduls und einen Kabinenverdampfer.
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Es ist daher nicht notwendig, dass bei Änderung der Betriebsmoden die Umkehr der Kältemittelströmung erforderlich ist. Ohne die Anforderung zur Umkehr des Systems bleibt die Position der Niederdruckseite des Systems, die zwischen einer der Mehrzahl von Expansionsvorrichtungen und dem Kompressor definiert ist, in allen Betriebsmoden konstant, wodurch der Bedarf nach einer Enteisung eines äußeren Wärmetauschers im Heizmodus reduziert oder beseitigt und eine ununterbrochene Heizung des Fahrgastraumes zugelassen wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Arten und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist ein schematisches Diagramm einer ersten Ausgestaltung einer ersten Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems, das in einem Heizmodus arbeitet;
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1B ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems, das in einem Heizmodus arbeitet;
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2A ist ein schematisches Diagramm einer dritten Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems, das in einem Kühlmodus arbeitet;
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2B ist ein schematisches Diagramm einer vierten Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems, das in einem Kühlmodus arbeitet;
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3 ist ein schematisches Diagramm einer fünften Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems; und
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4 ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems, wobei der Wärmepumpenkondensator ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Kühlmittel ist, der in dem Fahrzeugmotorraum angeordnet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung und die Figuren beziehen sich auf beispielhafte Ausführungsformen und sind lediglich illustrativer Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Gebräuche zu beschränken. In den Figuren sind einige Komponenten mit standardisierten oder grundsätzlichen Symbolen gezeigt. Diese Symbole sind nur repräsentativ und illustrativ und dienen in keiner Weise der Beschränkung auf irgendeine spezifische Ausgestaltung, die gezeigt ist, auf Kombinationen zwischen den verschiedenen Ausgestaltungen, die gezeigt sind, oder auf die Ansprüche. Alle Beschreibungen von Komponenten sind mit offenem Ende zu verstehen und jegliche Beispiele von Komponenten sind nicht erschöpfend.
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Bezug nehmend auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Ansichten entsprechen, ist ein Fahrzeugwärmepumpensystem 100, 200 zur Steuerung der Temperatur eines Fahrzeug-Fahrgastraumes 122 und einer Fahrzeugbatterie 115 zur Verwendung bei kühlen und milden Umgebungstemperaturen vorgesehen und in einer Vielzahl von Ausgestaltungen und Betriebsmoden in den 1A–B, 2A–B, 3 und 4 gezeigt.
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Das Wärmepumpensystem 100 kann in zwei Moden arbeiten: einem Kühlmodus, wie in den 2A–B, 3 und 4 gezeigt ist, und einem Heizmodus, wie in den 1A–B, 3 und 4 gezeigt ist. Bei Betrieb in sowohl dem jeweiligen Heizmodus als auch Kühlmodus wälzt das Wärmepumpensystem 100 ein Kältemittel um. Das Kältemittel kann eines aus R-134a, R-1234yf, R-744, R-152a oder dergleichen sein. In einem Heizmodus kann das Kältemittel durch eine Mehrzahl von Komponenten entlang des Heizkreislaufs 125 geführt werden, um einen Fahrzeug-Fahrgastraum 122 zu erwärmen und zu entfeuchten und/oder eine Fahrzeugbatterie 115 zu kühlen. In dem Kühlmodus kann das Kältemittel durch eine Mehrzahl von Komponenten entlang des Kühlkreislaufs 124 geführt werden, um den Fahrzeug-Fahrgastraum 122 zu kühlen und zu entfeuchten und/oder die Fahrzeugbatterie 115 zu kühlen.
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Der Heizkreislauf 125, wie allgemein in 1A gezeigt ist, kann einen Kompressor 102 mit einem Kompressoreinlass 126 und einem Kompressorauslass 127; zumindest einen oberseitigen Kältemitteldrucksensor 117; ein erstes Strömungssteuerventil 114; ein zweites Strömungssteuerventil 106; ein drittes Strömungssteuerventil 104; einen Wärmepumpenkondensator 111a; einen Aufnehmer-Trockner 105; eine erste Expansionsvorrichtung 108; eine zweite Expansionsvorrichtung 107; einen RESS-Kühler 110, der als ein Wärmepumpenverdampfer funktioniert; einen Kabinenverdampfer 113; zumindest einen unterseitigen Kältemitteldrucksensor 116; und zumindest ein Steuermodul 123 aufweisen.
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Der Heizkreislauf 125 besitzt eine getrennte Hochdruckseite und Niederdruckseite. Die Hochdruckseite, bei der das Kältemittel in einem kondensierten Hochdruckzustand ist, ist zwischen einem Kompressorauslass 127 und jeder der jeweiligen Expansionsvorrichtungen 107, 108 definiert. Die Niederdruckseite des Systems, bei der das Kältemittel in einem expandierten Niederdruckzustand ist, ist zwischen jeder der jeweiligen Expansionsvorrichtungen 107, 108 und dem Kompressoreinlass 126 definiert.
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Der Kompressor 102 kann durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben werden, welcher von der Art mit einzelner oder variabler Drehzahl sein kann. Der Kompressor 102 kann auch eine Pumpe sein, die durch einen Riemen angetrieben wird, der mit der Maschinenkurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Kompressor 102 kann einen Kompressoreinlass 126 und einen Kompressorauslass 127 aufweisen. Der Kompressor 102 kann derart ausgestaltet sein, Kältemittelgas an der Niederdruckseite des Systems an dem Kompressoreinlass 126 aufzunehmen und das Kältemittelgas in einen Hochdruckzustand mit Druck zu beaufschlagen. Der Kompressor 102 kann ferner derart ausgestaltet sein, komprimiertes Kältemittelgas an den Kompressorauslass 127 auszustoßen, wobei es auf der Hochdruckseite des Systems austritt.
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Der zumindest eine unterseitige Kältemitteldrucksensor 116 kann an der Niederdruckseite des Kompressors 102 nahe dem Kompressoreinlass 126 positioniert sein. Der zumindest eine oberseitige Kältemitteldrucksensor 117 kann an der Hochdruckseite des Kompressors 102 nahe dem Kompressorauslass 127 positioniert sein.
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Der Heizkreislauf 125 kann zusätzlich ein erstes Strömungssteuerventil 114 aufweisen, das vollständig offen sein kann, wenn das Wärmepumpensystem 100 in einem Heizmodus arbeitet. Das erste Strömungssteuerventil 114 kann in dem Heizmodus vollständig offen sein und derart ausgestaltet sein, Kältemittel an den Wärmepumpenkondensator 111a zu lenken und selektiv zu verteilen. Das dritte Strömungssteuerventil 104 kann in dem Heizmodus vollständig geschlossen sein. Das zweite Strömungssteuerventil 106 kann in dem Heizmodus vollständig offen sein, falls eine Entfeuchtung des Fahrgastraumes 122 erforderlich ist; das zweite Strömungssteuerventil 106 kann in dem Heizmodus vollständig geschlossen sein, falls keine Entfeuchtung des Fahrgastraumes 122 erforderlich ist.
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Der Wärmepumpenkondensator kann ein Wärmetauscher 111a von Kältemittel auf Luft sein, der in dem HVAC-Modul 121 angeordnet ist, wie in den 1A–B gezeigt ist. Alternativ dazu kann der Wärmepumpenkondensator ein Wärmetauscher 111c von Kältemittel auf Kühlmittel sein, der in dem Fahrzeugmotorraum 152 angeordnet ist, wie in 4 gezeigt ist. Der Wärmepumpenkondensator 111a, 111c kann einen Kondensatoreinlass 128 und einen Kondensatorauslass 129 aufweisen. der Wärmepumpenkondensator 111a, 111c kann derart ausgestaltet sein, druckbeaufschlagtes Kältemittelgas an dem Kondensatoreinlass 128 aufzunehmen, und kann Wärme von dem druckbeaufschlagten Kältemittelgas, wenn dieses durch den Kondensator 111a, 111c gelangt, in dem Ausmaß entziehen, dass das druckbeaufschlagte Kältemittelgas auf einen Punkt gekühlt wird, bei dem es einen flüssigen Zustand zurückerlangt. Die von dem Kältemittel entzogene Wärme kann an die Luft getauscht werden, die über den Wärmepumpenkondensator 111a strömt. Die erhitzte Luft kann an den Fahrgastraum 122 geführt werden. Das gekühlte flüssige Kältemittel kann von dem Wärmepumpenkondensator 111a, 111c an dem Wärmepumpenkondensatorauslass 129 ausgestoßen werden.
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Der Aufnehmer-Trockner 105 kann einen Aufnehmer-Trocknereinlass 134 und einen Aufnehmer-Trocknerauslass 135 aufnehmen. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann ferner eine Mehrzahl von Trocknungsmitteln (nicht gezeigt) aufweisen, um Feuchtigkeit von dem System 100 anzuziehen und zu entfernen. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann die Hochdruck-Kältemittelflüssigkeit an dem Aufnehmer-Trocknereinlass 134 aufnehmen und die Hochdruck-Kältemittelflüssigkeit von dem Aufnehmer-Trocknerauslass 135 ausstoßen.
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Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann eine Expansion des unter hohem Druck stehenden, flüssigen Kältemittels zulassen, wobei der Druck in dem System 100 reduziert wird. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann Kältemittel an den RESS-Kühler 110 bei einem signifikant reduzierten Druck führen und selektiv verteilen. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann ein Thermostat- oder Wärmeexpansionsventil sein und kann derart ausgestaltet sein, einen konstanten Verdampferüberhitzungszustand zu halten, wenn das Kältemittel in den RESS-Kühler 110 eintritt, der als Wärmepumpenverdampfer wirkt. Das Thermostat- oder Wärmeexpansionsventil kann ein herkömmliches, mechanisch angetriebenes Wärmeexpansionsventil sein, dem keine elektronischen Vorrichtungen zugeordnet sind, wie in den 1A bis 1B gezeigt ist, oder das Wärmeexpansionsventil kann ein elektronisch betriebenes Wärmeexpansionsventil sein, wie in den 2A–B, 3 und 4 gezeigt ist. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann bei einer der Ausgestaltungen, die in den 1A–B, 2A–B, 3 und 4 gezeigt sind, entweder elektronisch oder mechanisch sein. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann die Temperatur des den RESS-Kühler 110 verlassenden Kältemittels überwachen, wie mit einem Sensor oder einer Kugel/einem Kolben, und kann die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustauschs dadurch verbessern, dass zusätzliches oder weniger Kältemittel in den RESS-Kühler 110 gelassen wird.
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Der RESS-Kühler 110 kann außerhalb des HVAC-Moduls 121 angeordnet sein. Der RESS-Kühler 110 kann als ein Wärmepumpenverdampfer funktionieren, der Windungen (nicht gezeigt) oder dergleichen aufweisen kann, um Wärme von der Batterie 115 an das gekühlte Kältemittel zu dissipieren. Der RESS-Kühler 110 kann Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 lenken.
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Wenn eine Entfeuchtung des Fahrgastraumes 122 erforderlich ist, kann der Heizkreislauf 125 auch Kältemittel entlang des Strömungspfades 150 umwälzen, wie in 1A gezeigt ist. In einem solchen Fall kann der Heizkreislauf 125 auch einen Kabinenverdampfer 113, ein zweites Strömungssteuerventil 106 und eine zweite Expansionsvorrichtung 107 aufweisen. Zusätzlich kann das zweite Strömungssteuerventil 106 während des Heizmodus vollständig offen sein, wenn eine Entfeuchtung des Fahrgastraumes 122 gewünscht ist. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann derart ausgestaltet sein, Kältemittel von dem Aufnehmer-Trockner 105 durch das zweite Strömungssteuerventil 106 aufzunehmen, und kann ferner derart ausgestaltet sein, eine Expansion des Hochdruckkältemittels zuzulassen, was den Druck in dem System 100 reduziert.
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Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann Kältemittel zu dem Kabinenverdampfer 113 bei einem signifikant reduzierten Druck steuern und selektiv verteilen. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann ein Thermostat- oder Wärmeexpansionsventil sein und ist derart ausgestaltet, einen konstanten Verdampferüberhitzungszustand zu halten, wenn das Kältemittel in den Kabinenverdampfer 113 eintritt. Das Thermostat- oder Wärmeexpansionsventil kann ein herkömmliches, mechanisch angetriebenes Wärmeexpansionsventil sein, dem keine elektronischen Vorrichtungen zugeordnet sind, wie in den 2A–B gezeigt ist, oder das Wärmeexpansionsventil kann ein elektrisch angetriebenes Wärmeexpansionsventil sein, wie in den 1A–B, 3 und 4 gezeigt ist. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann in einer der Ausgestaltungen, die in den 1A–B, 2A–B, 3 und 4 gezeigt sind, entweder elektronisch oder mechanisch sein. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann die Temperatur des Kältemittels, das den Kabinenverdampfer 113 verlässt, überwachen, wie mit einem Sensor oder einer Kugel/einem Kolben, und kann die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustausches dadurch verbessern, dass zusätzlich oder weniger Kältemittel in den Kabinenverdampfer 113 gelassen wird.
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Der Kabinenverdampfer 113 kann in dem HVAC-Modul 121 angeordnet sein. Der Kabinenverdampfer 113 kann Windungen (nicht gezeigt) aufweisen. Der Kabinenverdampfer 113 kann derart ausgestaltet sein, die über die Windungen (nicht gezeigt) und in den Fahrgastraum 122 strömende Luft zu kühlen und zu entfeuchten. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner einen Lüfter (nicht gezeigt) aufweisen, um Luft über die Windungen zu lenken, die mit Kältemittel imprägniert sind, und die Richtung der Luft in den Verdampfer 122 zu erleichtern. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 zu lenken.
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Der Kühlkreislauf 124, der allgemein in den 2A–B gezeigt ist, kann einen Kompressor 102 mit einem Kompressoreinlass 126 und einem Kompressorauslass 127; zumindest einen oberseitigen Kältemitteldrucksensor 117; einen AC-Kondensator 103; ein erstes Strömungssteuerventil 114; ein zweites Strömungssteuerventil 106, ein drittes Strömungssteuerventil 104; einen Aufnehmer-Trockner 105; eine erste Expansionsvorrichtung 108; einen RESS-Kühler 110, der als ein Wärmepumpenverdampfer funktioniert; eine zweite Expansionsvorrichtung 107; einen Kabinenverdampfer 113; zumindest einen unterseitigen Kältemitteldrucksensor 116; und zumindest ein Steuermodul 123 aufweisen.
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Der Kühlkreislauf 124 besitzt eine separate Hochdruckseite und Niederdruckseite. Die Hochdruckseite, bei der das Kältemittel in einem kondensierten Hochdruckzustand ist, ist zwischen einem Kompressorauslass 127 und jeder der jeweiligen Expansionsvorrichtungen 107, 108 definiert. Die Niederdruckseite des Systems, bei der das Kältemittel in einem expandierten Niederdruckzustand ist, ist zwischen jeder der jeweiligen Expansionsvorrichtungen 107, 108 und dem Kompressoreinlass 126 definiert.
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Der Kompressor 102 kann durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben werden, der vom Typ mit einzelner oder variabler Drehzahl sein kann. Der Kompressor 102 kann auch eine Pumpe sein, die durch einen Riemen angetrieben wird, der mit der Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Kompressor 102 kann einen Kompressoreinlass 126 und einen Kompressorauslass 127 aufweisen. Der Kompressor 102 kann ein Kältemittelgas an der Niederdruckseite des Systems an dem Kompressoreinlass 126 aufnehmen und das Kältemittelgas in einen Hochdruckzustand mit Druck beaufschlagen. Der Kompressor 102 kann komprimiertes Kältemittelgas an den Kompressorauslass 127 lenken, das an der Hochdruckseite des Systems 100 austritt.
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Der zumindest eine unterseitige Kältemitteldrucksensor 116 kann an der Niederdruckseite des Kompressors 102 nahe dem Kompressoreinlass 126 positioniert sein. Der zumindest eine oberseitige Kältemitteldrucksensor 117 kann an der Hochdruckseite des Kompressors 102 nahe dem Kompressorauslass 127 positioniert sein.
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In dem Kühlmodus kann das erste Strömungssteuerventil 114 vollständig geschlossen sein. Jedes von dem jeweiligen zweiten Strömungssteuerventil 106 und dritten Strömungssteuerventil 104 kann in dem Kühlmodus vollständig offen sein und kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel aufzunehmen und auszustoßen.
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Der AC-Kondensator 103 kann außerhalb des HVAC-Moduls 121 angeordnet sein. Der AC-Kondensator 103 kann einen AC-Kondensatoreinlass 130 und einen AC-Kondensatorauslass 131 aufweisen. Der AC-Kondensator 103 kann druckbeaufschlagtes Kältemittelgas an dem Kondensatoreinlass 130 aufnehmen und das druckbeaufschlagte Kältemittelgas, wenn es durch den AC-Kondensator 103 strömt, in dem Ausmaß kühlen und kondensieren, dass das druckbeaufschlagte Kältemittelgas bis zu einem Punkt gekühlt und kondensiert wird, an dem es seinen flüssigen Zustand zurückerlangt. Der AC-Kondensatorauslass 131 kann derart ausgestaltet sein, gekühltes flüssiges Kältemittel auszustoßen.
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Der Aufnehmer-Trockner 105 kann einen Aufnehmer-Trocknereinlass 134 und einen Aufnehmer-Trocknerauslass 135 aufweisen. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann ferner eine Mehrzahl von Trocknungsmitteln (nicht gezeigt) aufweisen, um Feuchtigkeit von dem System 100 anzuziehen und zu entfernen. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann die Hochdruck-Kältemittelflüssigkeit an dem Aufnehmer-Trocknereinlass 134 aufnehmen und die Hochdruck-Kältemittelflüssigkeit von dem Aufnehmer-Trocknerauslass 135 an eine von der ersten Expansionsvorrichtung 108 und der zweiten Expansionsvorrichtung 107 ausstoßen.
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Die erste und zweite Expansionsvorrichtung 108, 107 können eine Expansion des unter hohem Druck befindlichen flüssigen Kältemittels ermöglichen, was den Druck des Kältemittels reduziert, wenn dieses die erste und zweite Expansionsvorrichtung 108, 107 verlässt. Die erste und zweite Expansionsvorrichtung 108, 107 können ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel an jeden von dem jeweiligen RESS-Kühler 110, der als ein Wärmepumpenverdampfer funktioniert, und Kabinenverdampfer 113 bei einem signifikant reduzierten Druck zu steuern und selektiv zu verteilen. Die erste und zweite Expansionsvorrichtung 108, 107 können Thermostat- oder Wärmeexpansionsventile sein und können derart ausgestaltet sein, einen konstanten Verdampferüberhitzungszustand zu halten, wenn das Kältemittel in einen von dem RESS-Kühler 110, der als ein Wärmepumpenverdampfer wirkt, und den Kabinenverdampfer 113 eintritt. Jede von der jeweiligen ersten Expansionsvorrichtung 108 und der zweiten Expansionsvorrichtung 107 kann entweder elektronisch oder mechanisch in einer der Ausgestaltungen sein, die in den 1A–B, 2A–B, 3 und 4 gezeigt sind. Die erste und zweite Expansionsvorrichtung 108, 107 können die Temperatur des Kältemittels, das entweder den RESS-Kühler 110 oder den Kabinenverdampfer 113 verlässt, überwachen, wie mit einem Sensor oder einer Kugel/einem Kolben, und kann die Leistungsfähigkeit des Wärmeaustauschs dadurch verbessern, dass zusätzliches oder weniger Kältemittel in den RESS-Kühler 110 oder Kabinenverdampfer 113 gelassen wird.
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Der RESS-Kühler 110 kann Windungen (nicht gezeigt) oder dergleichen aufweisen, um Wärme von der Batterie 115 an das gekühlte Kältemittel zu dissipieren. Der RESS-Kühler 110 kann Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 lenken.
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Der Kabinenverdampfer 113 kann in dem HVAC-Modul 121 angeordnet sein. Der Kabinenverdampfer 113 kann Windungen (nicht gezeigt) aufweisen, die dazu dienen können, eine Kältemittelströmung über die Windungen (nicht gezeigt) zuzulassen. Der Kabinenverdampfer 113 kann derart ausgestaltet sein, die über die Windungen (nicht gezeigt) und in den Fahrgastraum 122 strömende Luft zu kühlen und zu entfeuchten. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner einen Lüfter (nicht gezeigt) aufweisen, um Luft über die Windungen zu lenken, die mit Kältemittel imprägniert sind, und die Richtung der Luft in den Fahrgastraum 122 zu unterstützen. Der Kabinenverdampfer 113 kann derart ausgestaltet sein, Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 zu lenken.
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Wie in den 1A–B, 2A–B, 3 und 4 gezeigt ist, kann jeder des jeweiligen Heizkreislaufs 125 und Kühlkreislaufs 124 zumindest ein Steuermodul 123 aufweisen, das elektrisch mit zumindest einer elektrischen Verbindung 136 verbunden und derart ausgestaltet sein kann, das Wärmepumpensystem 100 in einer Vielzahl von Betriebsmoden zu überwachen und zu steuern. Das zumindest eine Steuermodul 123 kann derart ausgestaltet sein, mit dem Motor (nicht gezeigt) zu kommunizieren, der den Kompressor 102 antreiben kann. Das zumindest eine Steuermodul 123 kann ferner derart ausgestaltet sein, mit der ersten und zweiten Expansionsvorrichtung 108, 107; der Mehrzahl von Strömungssteuerventilen 104, 106, 114, 120; den Drucksensoren 116, 117; und anderen Subsystemen durch die zumindest eine elektrische Verbindung 136 zu kommunizieren.
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Illustrative Beispiele des Fahrzeugwärmepumpensystems 100, 200 sind in den 1A–B, 2A–B, 3 und 4 gezeigt. Jede der Ausführungsformen zeigt ein Fahrzeugwärmepumpensystem 100, 200, das zum Betrieb in sowohl dem Heizmodus als auch dem Kühlmodus ohne die Notwendigkeit zur Umkehr des Systems 100, 200 bei einem Wechsel des Betriebsmodus in der Lage ist. Zusätzlich erlaubt jede Ausführungsform einen Betrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs in sowohl in einem Hybridmodus als auch einem Elektrofahrzeugmodus (EV-Modus) bei Umgebungstemperaturen von zumindest so wenig wie etwa 4°C.
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Die 1A–B zeigen eine erste Ausgestaltung und eine zweite Ausgestaltung einer ersten Ausführungsform des Wärmepumpensystems 100, das in dem Heizmodus arbeitet. Bei der ersten Ausgestaltung, die in 1A gezeigt ist, wird Niederdruckkältemittelgas über einen unterseitigen Drucksensor 116 zu einem Kompressor 102 geführt. Der Kompressor 102 kann derart ausgestaltet sein, das Niederdruckkältemittelgas an dem Kompressoreinlass 126 aufzunehmen. Der Kompressor 102 kann das Kältemittelgas komprimieren, ein Hochdruckkältemittelgas erzeugen und das Hochdruckkältemittelgas an dem Kompressorauslass 127 ausstoßen.
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Das Hochdruckkältemittelgas kann von dem Kompressorauslass 127 ausgestoßen und über einen oberseitigen Drucksensor 117 an das erste Strömungssteuerventil 114 gelenkt werden. Das erste Strömungssteuerventil 114 kann in dem Heizmodus vollständig offen sein und kann derart ausgestaltet sein, das Hochdruckkältemittelgas an den Wärmepumpenkondensator 111a zu lenken und selektiv zu verteilen.
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Der Wärmepumpenkondensator 111a kann ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Luft sein und kann in dem HVAC-Modul 121 untergebracht sein. Der Wärmepumpenkondensator 111a kann derart ausgestaltet sein, das Hochdruckkältemittelgas von dem ersten Strömungssteuerventil 114 an dem Einlass 128 des Wärmepumpenkondensators aufzunehmen. Der Wärmepumpenkondensator 111a kann zusätzlich derart ausgestaltet sein, das druckbeaufschlagte Kältemittelgas, wenn es durch den Wärmepumpenkondensator 111a strömt, in dem Ausmaß zu kühlen und zu kondensieren, dass das Kältemittelgas wieder eine flüssige Form zurückerlangt. Die von dem Kältemittel entzogene Wärme kann an die Luft getauscht werden, die über den Wärmepumpenkondensator 111a strömt. Die erhitzte Luft kann an den Fahrgastraum 122 gelenkt werden. Das gekühlte flüssige Kältemittel kann von dem Auslass 129 des Wärmepumpenkondensators ausgestoßen und an den Aufnehmer-Trockner 105 gelenkt werden.
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Der Aufnehmer-Trockner 105 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel an dem Aufnehmer-Trocknereinlass 134 von dem Wärmepumpenkondensator 111a aufzunehmen. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann ferner derart ausgelegt sein, Feuchtigkeit von dem System 100 durch die Verwendung einer Mehrzahl von Trocknungsmitteln (nicht gezeigt) zu entfernen, die die zusätzliche Feuchtigkeit von dem Kältemittel anziehen und entfernen können, das zu dem Kabinenverdampfer 113 oder dem RESS-Kühler 110, der als ein Wärmepumpenverdampfer wirkt, geführt wird. Nachdem die überschüssige Feuchtigkeit von dem System 100 entzogen ist, kann die Kältemittelflüssigkeit von dem Aufnehmer-Trocknerauslass 135 ausgestoßen und an zumindest eine von der ersten Expansionsvorrichtung 108 oder der zweiten Expansionsvorrichtung 107 gelenkt werden.
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Wenn keine Kabinenentfeuchtung erforderlich ist, kann das zweite Strömungssteuerventil 106 vollständig geschlossen sein, und das gesamte Kältemittel, das von dem Aufnehmer-Trockner 105 ausgestoßen wird, kann an die erste Expansionsvorrichtung 108 geführt werden. Wenn eine Kabinenentfeuchtung erforderlich ist, kann das zweite Strömungssteuerventil 106 vollständig offen sein und das von dem Aufnehmer-Trockner 105 ausgestoßene Kältemittel kann an eine von der ersten Expansionsvorrichtung 108 und der zweiten Expansionsvorrichtung 107 geführt und selektiv verteilt werden.
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Das unter hohem Druck befindliche flüssige Kältemittel kann von dem Aufnehmer-Trockner 105 an die erste Expansionsvorrichtung 108 geführt werden. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann derart ausgestaltet sein, Kältemittel aufzunehmen, und kann ferner derart ausgestaltet sein, eine Druckminderung und Expansion des flüssigen Kältemittels zu ermöglichen. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel an den RESS-Kühler 110 zu führen und selektiv zu verteilen, der als ein Wärmepumpenverdampfer wirken kann.
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Der RESS-Kühler 110, der als ein Wärmepumpenverdampfer wirkt, kann derart ausgestaltet sein, das gekühlte flüssige Kältemittel von der ersten Expansionsvorrichtung 108 aufzunehmen. Der RESS-Kühler 110 kann ferner derart ausgestaltet sein, überschüssige Wärme von der Batterie 115 an das Kältemittel zu dissipieren und das Kältemittel über den zumindest einen unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 auszustoßen.
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Das unter hohem Druck befindliche flüssige Kältemittel kann auch von dem Aufnehmer-Trockner 105 an die zweite Expansionsvorrichtung 107 gelenkt werden. Das Kältemittel, das an die zweite Expansionsvorrichtung 107 gelenkt wird, kann entlang des Strömungspfades 150 strömen und kann zunächst durch das zweite Strömungssteuerventil 106 gelangen, das vollständig offen sein kann, wenn eine Kabinenentfeuchtung erforderlich ist. Das zweite Strömungssteuerventil 106 kann derart ausgestaltet sein, Kältemittel an die zweite Expansionsvorrichtung 107 zu lenken und selektiv zu verteilen. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel aufzunehmen und eine Druckminderung und Expansion des flüssigen Kältemittels zuzulassen. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel an den Kabinenverdampfer 113 zu lenken und selektiv zu verteilen.
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Der Kabinenverdampfer 113 kann derart ausgestaltet sein, das gekühlte flüssige Kältemittel von der zweiten Expansionsvorrichtung 107 aufzunehmen. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner derart ausgestaltet sein, die über den Kabinenverdampfer 113 und in den Fahrgastraum 122 strömende Luft zu kühlen und zu entfeuchten. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner derart ausgestaltet sein, das Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 auszustoßen.
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In der zweiten Ausgestaltung, wie in 1B gezeigt ist, kann das dritte Strömungssteuerventil 104 umpositioniert und zwischen dem Kompressor 102 und dem AC-Kondensator 103 platziert werden, um einer Ansammlung von Kältemittel in dem AC-Kondensator 103 entgegenzuwirken.
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Die 2A–B zeigen eine dritte Ausgestaltung und eine vierte Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des Wärmepumpensystems 100, das in einem Kühlmodus arbeitet. Bei der dritten Ausgestaltung der ersten Ausführungsform, die in 2A gezeigt ist, kann der Kompressor 102 derart ausgestaltet sein, Niederdruckkältemittelgas an dem Kompressoreinlass 126 aufzunehmen, nachdem das Niederdruckkältemittelgas einen unterseitigen Drucksensor 116 passiert hat. Der Kompressor 102 kann das Kältemittelgas komprimieren, wobei ein unter hohem Druck befindliches Kältemittelgas erzeugt wird. Der Kompressor 102 kann ferner derart ausgestaltet sein, das unter hohem Druck befindliche Kältemittelgas an den Kompressorauslass 127 auszustoßen.
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Das unter hohem Druck befindliche Kältemittelgas kann von dem Kompressorauslass 127 über einen oberseitigen Drucksensor 117 geführt und an einen AC-Kondensator 103 geführt werden. Der AC-Kondensator 103 kann derart ausgestaltet sein, das unter hohem Druck befindliche Kältemittelgas an einem AC-Kondensatoreinlass 130 aufzunehmen. Der AC-Kondensator 103 kann zusätzlich derart ausgestaltet sein, das unter hohem Druck befindliche Kältemittelgas in dem Ausmaß zu kühlen und zu kondensieren, dass das Kältemittel seine flüssige Form wiedererlangt. Das gekühlte flüssige Kältemittel kann von dem AC-Kondensatorauslass 131 ausgestoßen und an das dritte Strömungssteuerventil 104 geführt werden. Das dritte Strömungssteuerventil 104 kann derart ausgestaltet sein, das unter hohem Druck befindliche Kältemittelgas an den Aufnehmer-Trockner 105 zu lenken und selektiv zu verteilen.
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Der Aufnehmer-Trockner 105 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel an dem Einlass 134 des Aufnehmer-Trockners aufzunehmen. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann ferner derart ausgestaltet sein, Feuchtigkeit von dem System durch die Verwendung einer Mehrzahl von Trocknungsmitteln (nicht gezeigt) zu entfernen, die Feuchtigkeit anziehen und entfernen können, bevor das Kältemittel an einen von dem Kabinenverdampfer 113 und dem RESS-Kühler 110 geführt wird. Nachdem die überschüssige Feuchtigkeit von dem System entzogen ist, kann die Kältemittelflüssigkeit von dem Auslass 135 des Aufnehmer-Trockners ausgestoßen und an eines von dem zweiten Strömungssteuerventil 106 und der ersten Expansionsvorrichtung 108 geführt und selektiv verteilt werden. Das selektive Führen durch das zumindest eine Steuermodul 123 kann auf dem notwendigen Gleichgewicht zwischen dem Kühlen des Fahrgastraumes 122 und dem Kühlen der Batterie 115 basieren.
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Wenn nur eine Kühlung in dem Fahrgastraum 122 gewünscht ist, wird das gesamte Kältemittel an das zweite Strömungssteuerventil 106, das vollständig offen ist, und an die zweite Expansionsvorrichtung 107 geführt. Wenn eine Kühlung nur für die Batterie 115 gewünscht ist, wird das gesamte Kältemittel an die erste Expansionsvorrichtung 108 geführt, da das zweite Strömungssteuerventil 106 vollständig geschlossen ist. Wenn sowohl der Fahrgastraum 122 als auch die Batterie 115 eine Kühlung erfordern, wird das Kältemittel an jede von der jeweiligen ersten Expansionsvorrichtung 108 und der zweiten Expansionsvorrichtung 107 geführt und selektiv verteilt.
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Unter hohem Druck stehendes flüssiges Kältemittel, das an die zweite Expansionsvorrichtung 107 geführt ist, kann zunächst durch das zweite Strömungssteuerventil 106 gelangen, das in dem Kühlmodus vollständig offen sein kann. Das zweite Strömungssteuerventil 106 kann derart ausgestaltet sein, Kältemittel an die zweite Expansionsvorrichtung 107 zu führen, selektiv zu verteilen und zu dosieren. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel aufzunehmen und eine Druckminderung und Expansion des flüssigen Kältemittels zuzulassen. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann Kältemittel an den Kabinenverdampfer 113 führen und selektiv verteilen.
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Der Kabinenverdampfer 113 kann derart ausgestaltet sein, das gekühlte flüssige Kältemittel von der zweiten Expansionsvorrichtung 107 aufzunehmen. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner derart ausgestaltet sein, die Luft, die über den Kabinenverdampfer 113 und in den Fahrgastraum 122 strömt, zu kühlen und zu entfeuchten. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner derart ausgestaltet sein, das Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 auszustoßen und zu führen.
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Wenn neben einer Kühlung des Fahrgastraumes 122 eine Kühlung der Batterie 115 notwendig ist, kann das unter hohem Druck stehende flüssige Kältemittel auch von dem Aufnehmer-Trockner 105 zu der ersten Expansionsvorrichtung 108 in dem Kühlmodus geführt werden. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel von dem Aufnehmer-Trockner 105 aufzunehmen und eine Druckminderung und Expansion des flüssigen Kältemittels zu ermöglichen. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel an den RESS-Kühler 110 zu führen und selektiv zu verteilen.
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Der RESS-Kühler 110 kann als ein Wärmepumpenverdampfer wirken. Der RESS-Kühler 110 kann derart ausgestaltet sein, das gekühlte flüssige Kältemittel von der ersten Expansionsvorrichtung 108 aufzunehmen. Der RESS-Kühler 110 kann ferner derart ausgestaltet sein, überschüssige Wärme von der Batterie 115 an das Kältemittel zu dissipieren und das Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 auszustoßen und zu führen.
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Bei der vierten Ausgestaltung der ersten Ausführungsform, wie in 2B gezeigt ist, kann das dritte Strömungssteuerventil 104 zwischen dem Kompressor 102 und dem AC-Kondensator 103 umpositioniert werden, um einer Ansammlung von Kältemittel in dem AC-Kondensator 103 entgegenzuwirken. Bei der vierten Ausgestaltung kann das dritte Strömungssteuerventil 104 derart ausgestaltet sein, unter hohem Druck stehendes Kältemittelgas von dem Kompressorauslass 127 aufzunehmen. Das dritte Strömungssteuerventil 104 kann vollständig offen sein und kann ferner derart ausgestaltet sein, eine Kältemittelströmung an den AC-Kondensator 103 zu führen, selektiv zu verteilen und zu dosieren.
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3 zeigt die fünfte Ausgestaltung der ersten beispielhaften Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems 100, die sowohl in dem Heizmodus als auch in dem Kühlmodus anwendbar ist. Bei der fünften Ausgestaltung, wie in 3 gezeigt ist, können das erste Strömungssteuerventil 114 und das dritte Strömungssteuerventil 104 durch ein Dreiwege-Strömungssteuerventil 120 mit zwei Positionen ersetzt werden. Dieses Dreiwegesteuerventil 120 mit zwei Positionen kann als das Strömungssteuerventil 114 zwischen dem Kompressor 102 und dem Wärmepumpenkondensator 111a dienen, das in dem Heizmodus vollständig offen sein kann, und als das Strömungssteuerventil 104 zwischen dem Kompressor 102 und dem AC-Kondensator 103 dienen, das in dem Kühlmodus vollständig offen sein kann.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Fahrzeugwärmepumpensystems 200, das in sowohl einem Heizmodus als auch einem Kühlmodus anwendbar ist. in der zweiten Ausführungsform funktioniert der Kühlkreislauf 124 auf dieselbe Weise wie die Kühlkreisläufe 124, die in Bezug auf die dritte und vierte Ausgestaltung der ersten Ausführungsform beschrieben sind, die in den 2A–B und 3 gezeigt ist.
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Der Heizkreislauf 125 der zweiten Ausführungsform kann im Wesentlichen denselben Aufbau enthalten, wie mit Bezug auf die oben beschriebene erste Ausführungsform beschrieben ist. Jedoch kann der Wärmepumpenkondensator 111c ein Wärmetauscher von Kältemittel auf Kühlmittel anstatt ein Wärmetauscher 111a von Kältemittel auf Luft sein. Ferner kann bei der dritten beispielhaften Ausführungsform der Wärmepumpenkondensator 111c von Kältemittel auf Kühlmittel in dem Fahrzeugmotorraum 152 anstatt in dem HVAC-Modul 121 angeordnet sein.
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Der Wärmepumpenkondensator 111c von Kältemittel auf Kühlmittel kann einen Kältemittelhohlraum 140 und einen Kühlmittelhohlraum 137 aufweisen. Der Kältemittelhohlraum 140 kann einen Kältemitteleinlass 146 und einen Kältemittelauslass 148 aufweisen. Der Kühlmittelhohlraum 137 kann einen Kühlmitteleinlass 138 und einen Kühlmittelauslass 139 aufweisen.
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Der Wärmepumpenkondensator 111c von Kältemittel auf Kühlmittel kann derart ausgestaltet sein, druckbeaufschlagtes Kältemittelgas an dem Kältemitteleinlass 146 aufzunehmen, und kann Wärme von dem druckbeaufschlagten Gas, wenn es durch den Kältemittelhohlraum 140 strömt, in dem Ausmaß entziehen, dass das druckbeaufschlagte Kältemittelgas bis zu einem Punkt gekühlt und kondensiert wird, bei dem es einen flüssigen Zustand rückerlangt. Die Wärme, die von dem Kältemittel entzogen wird, wenn es durch den Kältemittelhohlraum 140 strömt, kann an das durch den Kühlmittelhohlraum 137 strömende Kühlmittel übertragen werden.
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Das erwärmte Kühlmittel, das durch den Kühlmittelhohlraum 137 strömt, kann von dem Kühlmittelauslass 139 ausgestoßen und durch einen Kühlmittelheizerkern 112 geführt werden. Der Kühlmittelheizerkern 112 kann in dem HVAC-Modul 121 untergebracht sein. Wärme kann dann von dem durch den Kühlmittelheizerkern 112 strömenden Kühlmittel auf die über den Kühlmittelheizerkern 112 strömende Luft übertragen werden. Die erhitzte Luft kann über den Kühlmittelheizerkern 112 an den Fahrgastraum 122 geführt werden.
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In Fahrzeugen, die Fahrzeuge mit rein elektrischem Vortrieb sind, kann das Fahrzeugwärmepumpensystem 200 ferner umfassen: eine elektrische Kühlmittelpumpe 144. In solchen Systemen kann das Kühlmittel von dem Kühlmittelheizerkern 112 ausgestoßen und an die elektrische Kühlmittelpumpe 144 geführt werden. Die elektrische Kühlmittelpumpe 144 kann derart ausgestaltet sein, Kühlmittel von dem Kühlmittelheizerkern 112 aufzunehmen und Kühlmittel an den Kühlmittelhohlraum 137 auszustoßen. Der Kühlmittelhohlraum 137 kann derart ausgestaltet sein, Kühlmittel von der elektrischen Kühlmittelpumpe 144 an dem Einlass 138 des Kühlmittelhohlraums 138 aufzunehmen.
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Bei Fahrzeugen mit verbessertem Vortrieb kann das Fahrzeugwärmepumpensystem 200 ferner eine elektrische Kühlmittelpumpe 144; eine Heizquelle 143, wie eine Brennkraftmaschine, einen Brennstoffzellenstapel, einen brennstoffbetriebenen Heizer, eine thermische Speichervorrichtung oder dergleichen; und ein Kühlmittelventil 142 aufweisen. In solchen Systemen kann Kühlmittel von dem Kühlmittelheizerkern 112 ausgestoßen und an das Kühlmittelventil 142 geführt werden. Das Kühlmittelventil 142 kann ein Dreiwegeventil mit zwei Positionen sein und kann derart ausgestaltet sein, eine Kühlmittelströmung von dem Heizerkern 112 zu der Kühlmittelpumpe 144 zu führen, wenn die Heizquelle 143 zu kalt zum Betrieb ist. Wenn die Heizquelle 143 ausreichend erwärmt ist, kann das Kühlmittelventil 142 ferner derart ausgestaltet sein, eine Kühlmittelströmung von dem Kühlmittelheizerkern 112 auf die Heizquelle 143 zu lenken, die Kühlmittel an die Kühlmittelpumpe 144 ausstoßen kann.
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Das gekühlte flüssige Kältemittel kann von dem Auslass 148 des Wärmepumpenkondensators ausgestoßen und an den Aufnehmer-Trockner 105 geführt werden. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel an dem Aufnehmer-Trocknereinlass 134 aufzunehmen. Der Aufnehmer-Trockner 105 kann ferner derart ausgestaltet sein, Feuchtigkeit von dem System durch die Verwendung einer Mehrzahl von Trocknungsmitteln (nicht gezeigt) zu entfernen, die zusätzliche Feuchtigkeit von dem Kältemittel anziehen und entfernen können. Nachdem die überschüssige Feuchtigkeit von dem System 100 entzogen ist, kann die Kältemittelflüssigkeit von dem Aufnehmer-Trocknerauslass 135 ausgestoßen und an zumindest eine der jeweiligen ersten Expansionsvorrichtung 108 oder der zweiten Expansionsvorrichtung 107 geführt werden.
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Wenn keine Kabinenentfeuchtung erforderlich ist, kann das gesamte Kältemittel, das von dem Aufnehmer-Trockner 105 ausgestoßen wird, an die erste Expansionsvorrichtung 108 geführt werden, da das zweite Strömungssteuerventil 106 vollständig geschlossen ist. Wenn eine Kabinenentfeuchtung erforderlich ist, kann das Kältemittel, das von dem Aufnehmer-Trockner 105 ausgestoßen wird, an eine von der ersten Expansionsvorrichtung 108 und der zweiten Expansionsvorrichtung 107 durch das vollständig offene zweite Steuerventil 106 geführt und selektiv verteilt werden.
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Das unter hohem Druck stehende flüssige Kältemittel, das an die zweite Expansionsvorrichtung 107 geführt wird, kann entlang des Strömungspfads 150 strömen und kann zunächst durch das zweite Strömungssteuerventil 106 gelangen. Das zweite Strömungssteuerventil 106 kann in dem Heizmodus vollständig offen sein, wenn eine Entfeuchtung des Fahrgastraumes 122 notwendig ist. Das zweite Strömungssteuerventil 106 kann derart ausgestaltet sein, Kältemittel an die zweite Expansionsvorrichtung 107 zu lenken und selektiv zu verteilen. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel aufzunehmen und eine Druckminderung und Expansion des flüssigen Kältemittels zuzulassen. Die zweite Expansionsvorrichtung 107 kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel an den Kabinenverdampfer 113 zu führen und selektiv zu verteilen.
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Der Kabinenverdampfer 113 kann derart ausgestaltet sein, das gekühlte flüssige Kältemittel von der zweiten Expansionsvorrichtung 107 aufzunehmen. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner derart ausgestaltet sein, die über den Verdampfer 113 und in den Fahrgastraum 122 strömende Luft zu kühlen und zu entfeuchten. Der Kabinenverdampfer 113 kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 auszustoßen und zu führen.
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Kältemittel kann auch von dem Aufnehmer-Trockner 105 an die erste Expansionsvorrichtung 108 geführt werden. Die erste Expansionsvorrichtung 108 kann derart ausgestaltet sein, das flüssige Kältemittel aufzunehmen und eine Druckminderung und eine Expansion des flüssigen Kältemittels zuzulassen. Die erste Expansionsvorrichtung kann ferner derart ausgestaltet sein, Kältemittel an den RESS-Kühler 110 zu führen und selektiv zu verteilen.
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Der RESS-Kühler 110 kann als ein Wärmepumpenverdampfer wirken und kann derart ausgestaltet sein, das gekühlte flüssige Kältemittel von der ersten Expansionsvorrichtung 108 aufzunehmen. Der RESS-Kühler 110 kann ferner derart ausgestaltet sein, überschüssige Wärme von der Batterie 115 an das Kältemittel zu dissipieren und das Kältemittel über den unterseitigen Drucksensor 116 und zurück zu dem Kompressor 102 auszustoßen und zu führen.
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Das Wärmepumpensystem 100 für milde Umgebung behält einen unabhängigen Heizkreislauf 125 und einen unabhängigen Kühlkreislauf 124 bei. Daher erfordert das System 100 keine Umkehr bei einem Wechsel des Betriebsmodus. Jeder der Wärmetauscher funktioniert stets als ein Verdampfer 110, 113 oder funktioniert stets als ein Kondensator 103, 111a, 111c anstatt als herkömmliche Wärmetauscher, die zwischen einer Verdampferfunktion und einer Kondensatorfunktion bei einer Änderung des Betriebsmodus schalten. Demgemäß bleibt die Position der Niederdruckseite des Systems in allen Betriebsmoden konstant. Die Niederdruckseite des Systems ist stets zwischen jeder der jeweiligen Expansionsvorrichtungen 107, 108 und dem Kompressoreinlass 126 definiert. Zusätzlich wird die Niederdruckseite des Wärmepumpensystems nicht direkt mit Umgebungsluft gekühlt. Eine derartige Ausgestaltung des Fahrzeugwärmepumpensystems 100, 200 erlaubt ein Heizen des Fahrgastraumes 122 in dem EV-Modus bei milden und kalten Umgebungstemperaturen ohne Unterbrechung, da keine Enteisung des RESS-Kühlers 110 während des Heizmodus erforderlich ist. Ein derartiges System 100, 200 bewahrt auch Einbauraum unter der Motorhaube 152, der in Hybrid- oder Elektrofahrzeugmodellen knapp sein kann.
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Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, jedoch ist der Schutzumfang der Erfindung ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Moden und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Erfindung detailliert beschrieben worden sind, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, vorhanden.
