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Verweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldungen Nr. 10-2014-0,013,371 , eingereicht am 6. Februar 2014, und
Nr. 10-2015-0,014,746 , eingereicht am 30. Januar 2015, deren gesamte Offenbarung durch die Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpen-System für ein Fahrzeug und betrifft im Besonderen ein Wärmepumpen-System für ein Fahrzeug, das bewirkt, dass ein Kühlmittel einen äußeren Wärmetauscher umgeht und ein an dem äußeren Wärmetauscher montiertes Gebläse abschaltet, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als eine Einstell-Temperatur und das Fahrzeug in einen Ruhe-Zustand eintritt, wenn es in der Wärmepumpen-Betriebsweise ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Allgemeinen schließt eine Klimaanlage für ein Fahrzeug ein Kühlsystem zum Kühlen des Inneren des Fahrzeugs und ein Heizsystem zum Heizen des Inneren des Fahrzeugs ein. Auf einer Verdampfer-Seite des Kühlmittel-Zyklus wandelt das Kühlsystem Luft um in kalte Luft durch Wärmeaustausch der Luft, die außerhalb eines Verdampfers vorbeiströmt, mit Kühlmittel, das innerhalb des Verdampfers strömt, und kühlt so das Innere des Fahrzeugs. Auf einer Heizkörper-Seite eines Kühlmittel-Zyklus wandelt das Heizsystem Luft in warme Luft um durch Wärmeaustausch der Luft, die außerhalb des Heizkörpers vorbeistreicht, mit Kühlwasser, das innerhalb des Heizkörpers strömt, und erwärmt so das Innere des Fahrzeugs.
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Inzwischen wurde im Unterschied zu einer Klimaanlage für ein Fahrzeug ein Wärmepumpen-System angewendet, das selektiv ein Kühlen und Heizen durchführen kann, indem es die Strömungsrichtung von Kühlmittel umkehrt, wobei ein Kühlmittel-Zyklus verwendet wird. Beispielsweise schließt das Wärmepumpen-System zwei Wärmetauscher ein: einer davon ist ein innerer Wärmetauscher, der innerhalb eines Klimaanlagen-Gehäuses zum Wärmeaustausch mt Luft montiert ist, die in das Innere des Fahrzeugs geblasen wird; und der andere ist ein äußerer Wärmetauscher zum Wärmeaustausch außerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses, und ein hinsichtlich der Richtung anpassbares Ventil zum Ändern der Strömungsrichtung des Kühlmittels. Daher dient gemäß der Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die Tätigkeit des hinsichtlich der Richtung anpassbaren Ventils der innere Wärmetauscher als Wärmetauscher zum Kühlen, wenn die Kühl-Betriebsweise betrieben wird, und dient als Wärmetauscher zum Heizen, wenn die Heiz-Betriebsweise betrieben wird.
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Verschiedene Arten von Wärmepumpen-Systemen für ein Fahrzeug wurden vorgeschlagen und 1 veranschaulicht ein repräsentatives Beispiel für ein Wärmepumpen-System für das Fahrzeug.
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Wie in 1 gezeigt, schließt das Wärmepumpen-System für das Fahrzeug ein: einen Kompressor 30 zum Verdichten und Ablassen eines Kühlmittels; einen inneren Wärmetauscher 32 zum Abstrahlen von Wärme des Kühlmittels, das von dem Kompressor 30 abgelassen wird; ein erstes Entspannungs-Ventil 34 und ein erstes Bypass-Ventil 36, die parallel montiert sind zum selektiven Passierenlassen des Kühlmittels, das durch den inneren Wärmetauscher 32 hindurchtritt; einen äußeren Wärmetauscher 48 zum Wärmetauschen des Kühlmittels, das durch das erste Entspannungs-Ventil 34 oder das erste Bypass-Ventil 36 hindurchtritt, mit der Außenluft; einen Verdampfer 60 zum Verdampfen des Kühlmittels, das durch den äußeren Wärmetauscher 48 hindurchtritt; einen Speicher 62 zum Teilen des durch den Verdampfer 60 hindurchtretenden Kühlmittels in ein Gasphasen-Kühlmittel und ein Flüssigphasen-Kühlmittel; einen inneren Wärmetauscher 50 zum Wärmetauschen von Kühlmittel, das dem Verdampfer 60 zugeleitet wird, mit Kühlmittel, das zu dem Kompressor 30 zurückkehrt; ein zweites Entspannungs-Ventil 56 zum selektiven Entspannen des Kühlmittels, das dem Verdampfer 60 zugeleitet wird; und ein zweites Bypass-Ventil 58, das parallel mit dem zweiten Entspannungs-Ventil 56 montiert ist, zum selektiven Verbinden einer Auslass-Seite des äußeren Wärmetauschers 48 und einer Einlass-Seite des Speichers 62.
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In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 ein Klimaanlagen-Gehäuse, in dem der innere Wärmetauscher 32 und der Verdampfer 60 untergebracht sind, und die Bezugsziffer 12 bezeichnet eine hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe zum Steuern einer Misch-Menge an kalter Luft und warmer Luft, und die Bezugsziffer 20 bezeichnet ein Gebläse, das an einem Einlass des Klimaanlagen-Gehäuses montiert ist.
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Gemäß dem Wärmepumpen-System, das die obige Struktur aufweist, werden dann, wenn eine Wärmepumpen-Betriebsweise (maximale Heiz-Betriebsweise) in Betrieb ist, das erste Bypass-Ventil 36 und das zweite Entspannungs-Ventil 56 geschlossen, und das erste Entspannungs-Ventil 34 und das zweite Bypass-Ventil 58 werden geöffnet.
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Darüber hinaus wird die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 12 wie in 1 gezeigt betrieben. Dementsprechend tritt das von dem Kompressor 30 abgelassene Kühlmittel durch den inneren Wärmetauscher 32, das erste Entspannungs-Ventil 34, den äußeren Wärmetauscher 48, eine Hochdruck-Seite 52 des inneren Wärmetauschers 50, das zweite Bypass-Ventil 58, den Speicher 62 und eine Niederdruck-Seite 54 des inneren Wärmetauschers 50 in der genannten Reihenfolge und wird dann zu dem Kompressor 30 zurückgeführt. Mit anderen Worten: Der innere Wärmetauscher 32 dient als Heiz-Einrichtung, und der äußere Wärmetauscher 48 dient als Verdampfer.
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Wenn eine Klimaanlagen-Betriebsweise (maximale Kühl-Betriebsweise) betrieben wird, werden das erste Bypass-Ventil 36 und das zweite Entspannungs-Ventil 56 geöffnet, und das erste Entspannungs-Ventil 34 und das zweite Bypass-Ventil 58 werden geschlossen. Weiter schließt die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 12 einen Durchgang des inneren Wärmetauschers 32. Daher durchläuft das von dem Kompressor 30 abgelassene Kühlmittel den inneren Wärmetauscher 32, das erste Bypass-Ventil 36, den äußeren Wärmetauscher 48, die Hochdruck-Seite 52 des inneren Wärmetauschers 50, das zweite Entspannungs-Ventil 56, den Verdampfer 60, den Speicher 62 und die Niederdruck-Seite 54 des inneren Wärmetauschers 50 in dieser Reihenfolge und wird dann zu dem Kompressor 30 zurückgeführt. In diesem Beispiel dient der durch die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür 12 geschlossene innere Wärmetauscher 32 als Heizung in derselben Weise wie bei der Wärmepumpen-Betriebsweise.
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Jedoch dient im Fall des herkömmlichen Wärmepumpen-Systems für das Fahrzeug in der Wärmepumpen-Betriebsweise der innere Wärmetauscher 32, der innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 10 montiert ist, als Heizung und führt ein Heizen durch, und der äußere Wärmetauscher 48, der außerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 10 montiert ist, nämlich auf der Vorderseite des Motorraums des Fahrzeugs, dient als Verdampfer, der Wärme mit der Außenluft austauscht.
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In diesem Beispiel bildet sich dann, wenn die Temperatur des äußeren Wärmetauschers 48 niedriger wird als der Gefrierpunkt, während das in den äußeren Wärmetauscher 48 eingeleitete Kühlmittel Wärme mit der Außenluft austauscht, Eis auf der Oberfläche des äußeren Wärmetauschers 48.
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Wenn sich Eis auf der Oberfläche des äußeren Wärmetauschers 48 kontinuierlich ausdehnt, kann der äußere Wärmetauscher 48 keine Wärme absorbieren, und dies verursachte einen Abfall von Temperatur und Druck des Kühlmittels innerhalb des Systems und einen Abfall der Temperatur der Luft, die in das Innere des Fahrzeugs abgelassen wird, sodass dadurch merklich die Heiz-Leistung reduziert wird, und zwar derart, dass dies die Stabilität des Systems verschlechtert, da flüssiges Kühlmittel in den Kompressor eingeleitet wird.
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Daher wird das herkömmliche Wärmepumpen-System für das Fahrzeug in der Weise gesteuert, dass es den Betrieb stoppt, wenn sich Eis auf dem äußeren Wärmetauscher 48 bildet, und es startet den Betrieb wieder, wenn das Eis entfernt ist. Wie oben beschrieben wird deswegen, weil sich die Heiz-Leistung verschlechtert, wenn der Betreib des Wärmepumpen-Systems angehalten wird, wenn sich Eis bildet, eine elektrische Heizung betrieben. Dann steigt der Verbrauch an elektrischer Energie, und dies verringert die Reichweite von elektrischen Fahrzeugen oder Hybrid-Fahrzeugen.
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Darüber hinaus sammelt sich dann, wenn es schneit, Schnee auf dem äußeren Wärmetauscher 48, sodass der äußere Wärmetauscher 48 gestoppt wird. Wie oben beschrieben, wird in dem Zustand, in dem sich Schnee auf dem äußeren Wärmetauscher 48 sammelt, wenn das Fahrzeug in den Ruhe-Zustand eintritt, übermäßig viel Geräusch erzeugt aufgrund des Betriebs eines Gebläses des äußeren Wärmetauschers.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung zum Lösen der oben erwähnten Probleme gemacht, die im Stand der Technik auftreten, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmepumpen-System für ein Fahrzeug bereitzustellen, das dazu führt, dass ein Kühlmittel einen äußeren Wärmetauscher umgeht, und ein Gebläse abschaltet, das an dem äußeren Wärmetauscher montiert ist, wenn eine Temperatur der Außenluft niedriger ist als eine Einstell-Temperatur und das Fahrzeug in einen Ruhe-Zustand eintritt, wenn es in der Wärmepumpen-Betriebsweise ist, wodurch die Wärmepumpen-Betriebsweise kontinuierlich selbst bei einer Temperatur unter null betrieben werden kann und so die Heiz-Leistung beibehalten werden kann, der Verbrauch von elektrischer Energie reduziert werden kann, ohne dass die Notwendigkeit besteht, eine elektrische Heiz-Einrichtung zu betreiben, und übermäßiges Geräusch eines Gebläses verhindert werden kann, wenn das Fahrzeug in einen Ruhe-Zustand bei einer Temperatur unter null eintritt.
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Um die obigen Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung bereit: ein Wärmepumpen-System für ein Fahrzeug, einschließend:
einen Kompressor, der in einer Kühlmittel-Umlauf-Leitung angeordnet ist, zum Verdichten und Ablassen eines Kühlmittels;
einen inneren Wärmetauscher, der innerhalb eines Klimaanlagen-Gehäuses angeordnet ist und Wärme zwischen Luft im Inneren des Klimaanlagen-Gehäuses und dem Kühlmittel austauscht, das von dem Kompressor abgelassen wird;
einen Verdampfer, der im Inneren des Klimaanlagen-Gehäuses angeordnet ist und Wärme zwischen der Luft innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses und dem Kühlmittel austauscht, das dem Kompressor zugeleitet wird;
einen äußeren Wärmetauscher, der außerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses angeordnet ist und Wärme zwischen dem Kühlmittel, das durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung zirkuliert, und Außenluft austauscht;
eine erste Entspannungs-Einrichtung, die in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung zwischen dem inneren Wärmetauscher und dem äußeren Wärmetauscher angeordnet ist, wobei die erste Entspannungs-Einrichtung derart konfiguriert ist, dass sie selektiv das Kühlmittel entspannt;
eine zweite Entspannungs-Einrichtung, die in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung auf einer Einlass-Seite des Verdampfers angeordnet ist.
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Das Wärmepumpen-System umfasst weiter: auf der Kühlmittel-Umlauf-Leitung:
eine erste Bypass-Leitung, die die Kühlmittel-Umlauf-Leitung auf einer Einlass-Seite der zweiten Entspannungs-Einrichtung und die Kühlmittel-Umlauf-Leitung auf einer Auslass-Seite des Verdampfers verbindet und so selektiv erlaubt, dass das Kühlmittel durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung unter Umgehen der zweiten Entspannungs-Einrichtung und des Verdampfers zirkuliert; und
eine zweite Bypass-Leitung, die die Kühlmittel-Umlauf-Leitung auf einer Einlass-Seite des äußeren Wärmetauschers und auf einer Auslass-Seite des äußeren Wärmetauschers verbindet und so selektiv erlaubt, dass das Kühlmittel, das durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung zirkuliert, den äußeren Wärmetauscher umgeht; und
eine Steuerung, die bewirkt, dass das Kühlmittel, das durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung zirkuliert, den äußeren Wärmetauscher durch die zweite Bypass-Leitung umgeht, wenn eine Temperatur der Außenluft niedriger ist als eine Einstell-Temperatur und das Fahrzeug in einen Ruhe-Zustand eintritt, wenn es in der Wärmepumpen-Betriebsweise ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Wärmepumpen-System für das Fahrzeug erreichen, dass ein Kühlmittel den äußeren Wärmetauscher umgeht, und kann das Gebläse abschalten, das auf den äußeren Wärmetauscher montiert ist, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als eine Einstell-Temperatur (0°C) und das Fahrzeug in dem Ruhe-Zustand in der Wärmepumpen-Betriebsweise eintritt, sodass dadurch übermäßiges Geräusch des Gebläses verhindert wird, wenn das Fahrzeug bei einer Temperatur unter null in den Ruhe-Zustand eintritt.
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Weiter enteist selbst in einem Fall, in dem Eis auf dem äußeren Wärmetauscher gebildet wird, das Wärmepumpen-System den äußeren Wärmetauscher, ohne den Betrieb des Wärmepumpen-Systems zu stoppen, da Kühlmittel den äußeren Wärmetauscher umgeht und Abwärme aus elektronischen Einheiten gewinnt, sodass dadurch die Heiz-Leistung innerhalb des Fahrzeugs aufrechterhalten wird. Das Wärmepumpen-System für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt keine zusätzliche Zuleitung von Wärme-Quellen zum Enteisen des äußeren Wärmetauschers, reduziert einen Verbrauch von elektrischer Energie durch Reduzieren der Häufigkeit einer Verwendung der elektrischen Heizung und erhöht so die Reichweite von elektrischen Fahrzeugen oder Hybrid-Fahrzeugen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den folgenden detaillierten Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offenbar, in denen:
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1 ein konfiguratives Diagramm eines herkömmlichen Wärmepumpen-System für ein Fahrzeug ist;
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2 ein konfiguratives Diagramm einer Klimaanlagen-Betriebsweise eines Wärmepumpen-Systems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein konfiguratives Diagramm einer Wärmepumpen-Betriebsweise des Wärmepumpen-Systems für das Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie sie in 2 gezeigt ist;
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4 ein konfiguratives Diagramm einer Enteisungs-Betriebsweise während des Ausführens der Wärmepumpen-Betriebsweise des Wärmepumpen-Systems für das Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie sie in 2 gezeigt ist;
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5 ein konfiguratives Diagramm einer Enteisungs-Betriebsweise während eines Durchführens der Wärmepumpen-Betriebsweise des Wärmepumpen-Systems für das Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie sie in 2 gezeigt ist;
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6 eine. Grafik ist, die eine Gebläse-Stufe gemäß einer Fahrzeug-Geschwindigkeit in dem Wärmepumpen-System für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ein schematisches Diagramm ist, das einen Betriebs-Zustand einer ersten Entspannungs-Einrichtung in dem Wärmepumpen-System für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung
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Die folgende detaillierte Beschreibung und angehängte Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, einen Fachmann auf diesem technischen Gebiet in die Lage zu versetzen, die vorliegende Erfindung einzusetzen und zu verwenden, und es ist nicht beabsichtigt, dass diese den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise beschränken.
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Als erstes schließt ein Wärmepumpen-System für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein: einen Kompressor 100, einen inneren Wärmetauscher 110, eine erste Entspannungs-Einrichtung oder ein erstes Entspannungs-Ventil 120; einen äußeren Wärmetauscher 130, eine zweite Entspannungs-Einrichtung oder ein zweites Entspannungs-Ventil 140 und einen Verdampfer 160, die in dieser Reihenfolge an einer Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) verbunden sind und angewendet werden können bei Elektro-Fahrzeugen oder Hybrid-Fahrzeugen.
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Darüber hinaus sind an der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) eine erste Bypass-Leitung (R1), die die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 und den Verdampfer 160 umgeht, und eine zweite Bypass-Leitung (R2), die den äußeren Wärmetauscher 130 umgeht, parallel miteinander verbunden. Ein erstes Richtungs-Änderungs-Ventil 191 ist an einem Verzweigungs-Punkt der ersten Bypass-Leitung (R1) montiert, und ein zweites Richtungs-Änderungs-Ventil 192 ist an einem Verzweigungs-Punkt der zweiten Bypass-Leitung (R2) montiert.
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Daher zirkuliert in einer Klimaanlagen-Betriebsweise, wie sie in 2 gezeigt ist, das von dem Kompressor abgelassenen Kühlmittel durch den inneren Wärmetauscher 110, den äußeren Wärmetauscher 130, die zweite Entspannungs-Einrichtung 140, den Verdampfer 160 und den Kompressor 100 in dieser Reihenfolge. In diesem Beispiel dient der innere Wärmetauscher 110 als Kühler, und der Verdampfer 160 dient als Verdampfer.
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Inzwischen dient auch der äußere Wärmetauscher 130 als Kühler wie der innere Wärmetauscher 110.
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In einer Wärmepumpen-Betriebsweise, wie sie in 3 gezeigt ist, zirkuliert das von dem Kompressor 100 abgelassene Kühlmittel durch den inneren Wärmetauscher 110, eine Öffnung 128 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120, den äußeren Wärmetauscher 130, die Bypass-Leitung (R1) und den Kompressor 100 in dieser Reihenfolge. In diesem Beispiel dient der Innere Wärmetauscher als Kühler, und der äußere Wärmetauscher 130 dient als Verdampfer. Das Kühlmittel wird nicht der zweiten Entspannungs-Einrichtung 140 und dem Verdampfer 160 zugeleitet.
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Zwischenzeitlich wird dann, wenn das Innere des Fahrzeugs in der Wärmepumpen-Betriebsweise entfeuchtet wird, ein Teil des Kühlmittels, das in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkuliert, dem Verdampfer 10 über eine Entfeuchtungs-Leitung (R3) zugeleitet, die später beschreiben wird, sodass das Innere des Fahrzeugs entfeuchtet wird.
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Wie oben beschreiben, kann das Wärmepumpen-System gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung üblicherweise die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) nutzen, da die Klimaanlagen-Betriebsweise und die Wärmepumpen-Betriebsweise dieselbe Umlauf-Richtung des Kühlmittels haben, verhindern ein Stocken von Kühlmittel und vereinfachen die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R).
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Nachfolgend werden Komponenten des Wärmepumpen-Systems für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben.
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Als erstes nimmt der Kompressor 100, der in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) montiert ist, Kühlmittel auf und verdichtet dieses, wobei er in der Weise arbeitet, dass er eine Antriebs-Kraft von einem Motor (einem Verbrennungs-Motor) oder einem Motor aufnimmt und gibt dann das Kühlmittel in der Gasphase bei hoher Temperatur und hohem Druck ab.
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Der Kompressor 100 nimmt das von dem Verdampfer 160 abgelassene Kühlmittel auf und verdichtet dieses und liefert dieses an den inneren Wärmetauscher 110 in der Klimaanlagen-Betriebsweise und nimmt das von dem äußeren Wärmetauscher 130 abgelassene und durch die Bypass-Leitung (R1) hindurchtretende Kühlmittel auf und verdichtet dieses und leitet es an den inneren Wärmetauscher 110 in der Wärmepumpen-Betriebsweise.
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Darüber hinaus nimmt in der Entfeuchtungs-Betriebsweise der Wärmepumpen-Betriebsweise deswegen, weil Kühlmittel gleichzeitig im Verdampfer 160 durch die erste Bypass-Leitung (R1) und die Entfeuchtungs-Leitung (R3) zugeleitet werden, der Kompressor 100 die Kühlmittel, die sich nach dem Hindurchtreten durch die erste Bypass-Leitung (R1) und dem Verdampfer 160 treffen und verdichtet diese und leitet das aufgenommene und verdichtete Kühlmittel an den inneren Wärmetauscher 110.
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Der innere Wärmetauscher 110 ist innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert und mit der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Auslass-Seite des Kompressors verbunden und tauscht so Wärme von Luft, die innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 strömt, mit dem Kühlmittel aus, das von dem Kompressor 100 abgelassen wird.
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Weiter ist der Verdampfer 160 innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert und mit der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) der Einlass-Seite des Kompressors 100 verbunden, um so einen Wärmeaustausch der Luft, die im Inneren des Klimaanlagen-Gehäuses 150 strömt, mit dem dem Kompressor 100 zugeleiteten Kühlmittel durchzuführen.
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Der innere Wärmetauscher 100 dient als Kühler sowohl in der Klimaanlagen-Betriebsweise als auch in der Wärmepumpen-Betriebsweise.
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Der Verdampfer 160 dient als Verdampfer in der Klimaanlagen-Betriebsweise, wird jedoch in der Wärmepumpen-Betriebsweise gestoppt, da Kühlmittel nicht zugeleitet wird, und dient als Verdampfer in der Entfeuchtungs-Betriebsweise, da eine gewisse Menge des Kühlmittels zugeleitet wird.
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Darüber hinaus sind der innere Wärmetauscher 110 und der Verdampfer 160 in einem vorbestimmten Abstand voneinander innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 beabstandet, und in diesem Beispiel in dieser Reihenfolge von der stromaufwärts gelegenen Seite der Luftstrom-Richtung innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert.
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Daher wird in der Klimaanlagen-Betriebsweise, in der der Verdampfer 160 als Verdampfer dient, wie dies in 2 gezeigt ist, das Kühlmittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck, das von der zweiten Entspannungs-Einrichtung 140 abgelassen wird, dem Verdampfer 160 zugeleitet, und in diesem Beispiel wird die Luft, die innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 durch das Gebläse (nicht gezeigt) strömt, in kalte Luft umgewandelt, indem sie Wärme mit dem Kühlmittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck des Verdampfers 160 austauscht, während sie durch den Verdampfer 160 hindurchtritt, und wird dann in das Innere des Fahrzeugs abgelassen, um dadurch das Innere des Fahrzeugs zu kühlen.
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In der Wärmepumpen-Betriebsweise, in der der innere Wärmetauscher 110 als Kühler dient, wie dies in 3 gezeigt ist, wird das Kühlmittel von hoher Temperatur und hohem Druck, das von dem Kompressor 100 abgelassen wird, dem inneren Wärmetauscher 110 zugeleitet, und in diesem Beispiel wird die Luft, die im Inneren des Klimaanlagen-Gehäuses 150 durch das Gebläse (nicht gezeigt) strömt, in warme Luft umgewandelt, indem sie Wärme mit dem Kühlmittel hoher Temperatur und hohem Drucks des inneren Wärmetauschers 110 austauscht, während sie durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, und wird dann in das Innere des Fahrzeugs abgelassen, um dadurch das Innere des Fahrzeugs zu erwärmen.
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Darüber hinaus ist eine hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 zum Anpassen einer Menge an Luft, die den inneren Wärmetauscher 110 umgeht, und einer Menge an Luft, die durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, zwischen dem Verdampfer 160 und dem inneren Wärmetauscher 110 im Inneren des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert.
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Die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür 151 passt die Menge an Luft, die den inneren Wärmetauscher 110 umgeht, und die Menge an Luft, die durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, an, um dadurch in passender Weise die Temperatur der Luft zu steuern, die von dem Klimaanlagen-Gehäuse 150 abgelassen wird.
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In diesem Beispiel wird in der Klimaanlagen-Betriebsweise, wie sie in 2 gezeigt ist, dann, wenn ein Vorderseiten-Durchtritt des inneren Wärmetauschers 110 durch die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 vollständig geschlossen ist, ein maximales Kühlen durchgeführt, da die kalte Luft, die durch den Verdampfer 160 hindurchtritt, den inneren Wärmetauscher 110 umgeht und dem Inneren des Fahrzeugs zugeführt wird. In der Wärmepumpen-Betriebsweise, wie sie in 3 gezeigt wird, wird dann, wenn ein Durchgang, der den inneren Wärmetauscher 110 umgeht, durch die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 vollständig geschlossen ist, ein maximales Heizen durchgeführt, da die gesamte Luft in Warmluft umgewandelt wird, während sie durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, der als Kühler dient, und die warme Luft wird dem Inneren des Fahrzeugs zugeleitet.
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Weiter ist der äußere Wärmetauscher 130 außerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert und ist mit der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) verbunden und tauscht so Wärme zwischen dem Kühlmittel, das in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkuliert, und der Außenluft aus.
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In diesem Fall ist der äußere Wärmetauscher 130 auf der Vorderseite des Motor-Raums des Fahrzeugs montiert und tauscht Wärme zwischen dem Kühlmittel, das im Inneren des äußeren Wärmetauschers 130 strömt, und der Außenluft aus.
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In der Klimaanlagen-Betriebsweise dient der äußere Wärmetauscher 130 als Kühler wie der innere Wärmetauscher 110, und in diesem Beispiel wird das Kühlmittel von hoher Temperatur und hohem Druck, das innerhalb des äußeren Wärmetauschers 130 strömt, unter Abkühlung kondensiert, während es Wärme mit der Außenluft austauscht. In der Wärmepumpen-Betriebsweise dient der äußere Wärmetauscher 130 als Verdampfer, im Unterschied zu dem inneren Wärmetauscher 110, und in diesem Beispiel wird Kühlmittel von niedriger Temperatur, das im Inneren des äußeren Wärmetauschers 130 strömt, verdampft, während es Wärme mit der Außenluft austaucht.
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Darüber hinaus ist ein Gebläse 135, das zwangsweise Außenluft in Richtung auf den äußeren Wärmetauscher 130 sendet, auf einer Seite des äußeren Wärmetauschers 130 montiert.
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6 ist eine Grafik, die das Niveau von Gebläse-Stufen entsprechend der Fahrzeug-Geschwindigkeit zeigt. Das Wärmepumpen-System verhindert häufige Wechsel des Stufen-Niveaus aufgrund von Hysterese, wenn das Gebläse-Stufen-Niveau 135 sich aufgrund einer Änderung der Fahrzeug-Geschwindigkeit ändert.
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In diesem Beispiel wird das Gebläse 135 auf einer hohen Stufe betrieben, wenn das Fahrzeug sich in einem Ruhe-Zustand befindet und wenn die Fahrzeug-Geschwindigkeit innerhalb eines Bereichs von 0 km/h bis 15 km/h befindet, und wird auf einer niedrigen Stufe bei einer Geschwindigkeit von 15 km/h bis 35 km/h betrieben und wird dann oberhalb von 35 km/h abgestellt.
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Darüber hinaus wird in einem Fall, in dem sich die Fahrzeug-Geschwindigkeit verringert, das Gebläse 150 bei einer Fahrzeug-Geschwindigkeit von 30 km/h angeschaltet und wird in einer niedrigen Stufe innerhalb eines Bereichs von 10 km/h bis 30 km/h betrieben und wird dann in einer hohen Stufe unterhalb von 10 km/h und im Ruhe-Zustand betrieben.
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Weiter ist die erste Entspannungs-Einrichtung 120 in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zwischen dem inneren Wärmetauscher 110 und dem äußeren Wärmetauscher 130 montiert, um selektiv das Kühlmittel, das zu dem äußeren Wärmetauscher 130 geleitet wird, entsprechend der Klimaanlagen-Betriebsweise oder der Wärmepumpen-Betriebsweise zu entspannen.
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Die erste Entspannungs-Einrichtung 120 schließt ein: ein EIN-/AUS-Ventil 125, das in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) montiert ist und so einen Strom des Kühlmittels einschaltet oder ausschaltet; und eine Öffnung 128, die integral mit dem EIN-/AUS-Ventil 125 zum Entspannen des Kühlmittels montiert ist, sodass das Kühlmittel in einem nicht-entspannten Zustand strömt, wenn das EIN-/AUS-Ventil 125 geöffnet ist, jedoch in einem entspannten Zustand durch die Öffnung 128 strömt, wenn das EIN-/AUS-Ventil 125 geschlossen ist.
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Mit anderen Worten: Die erste Entspannungs-Einrichtung 120 integriert die Öffnung 128, die einem Entspannen dient, mit dem EIN-/AUS-Ventil 125.
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7 ist ein schematisches Diagramm der Entspannungs-Einrichtung 120. In 7 schließt das EIN-/AUS-Ventil 125 einen Strömungsweg 126 ein, in dem das Kühlmittel strömt, sowie ein Ventil-Element 127 zum Öffnen und Schließen des Strömungswegs 126.
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In diesem Beispiel ist die Öffnung 128 an dem Ventil-Element 127 gebildet, um das Kühlmittel zu entspannen.
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Darüber hinaus ist ein Solenoid 129 auf einer Seite des EIN-/AUS-Ventils 125 montiert und öffnet und schließt das Ventil-Element 127.
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Daher tritt dann, wenn das Ventil-Element 127 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 den Strömungsweg 126 öffnet, das Kühlmittel durch die erste Entspannungs-Einrichtung 120, ohne entspannt zu werden, jedoch tritt dann, wenn das Ventil-Element 127 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 den Strömungsweg 126 schließt, das Kühlmittel durch die erste Entspannungs-Einrichtung 120 hindurch, nachdem es entspannt wurde, während es die Öffnung 128 des Ventil-Elements 127 passiert.
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Darüber hinaus ist eine erste Bypass-Leitung (R1) in einer solchen Weise montiert, dass sie die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Einlass-Seite der zweiten Entspannungs-Einrichtung 140 und die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Auslass-Seite des Verdampfers 160 miteinander verbindet, sodass das durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkulierende Kühlmittel selektiv die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 und den Verdampfer 160 umgeht.
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Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist die erste Bypass-Leitung (R1) parallel mit der zweiten Entspannungs-Einrichtung 140 und dem Verdampfer 160 angeordnet. Das heißt: Die Einlass-Seite der ersten Bypass-Leitung (R1) ist mit der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) verbunden, die den äußeren Wärmetauscher 130 und die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 miteinander verbindet, und die Auslass-Seite ist mit der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) verbunden, die den Verdampfer 160 und den Kompressor 100 miteinander verbindet.
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Im Ergebnis strömt in der Klimaanlagen-Betriebsweise das durch den äußeren Wärmetauscher 130 hindurchtretende Kühlmittel in Richtung auf die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 und den Verdampfer 160; jedoch strömt in der Wärmepumpen-Betriebsweise das durch den äußeren Wärmetauscher 130 hindurchtretende Kühlmittel direkt in Richtung auf den Kompressor 100 durch die erste Bypass-Leitung (R1) und umgeht die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 und den Verdampfer 160.
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In diesem Fall wird die Änderung der Strömungs-Richtung des Kühlmittels gemäß der Klimaanlagen-Betriebsweise und der Wärmepumpen-Betriebsweise erreicht durch das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191.
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Das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 ist montiert an einem Verzweigungs-Punkt der ersten Bypass-Leitung (R1) und der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R), um die Strömungs-Richtung des Kühlmittels in einer solchen Weise zu ändern, dass das durch den äußeren Wärmetauscher 130 hindurchtretende Kühlmittel in Richtung auf die erste Bypass-Leitung (R1) oder die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 in der Klimaanlagen-Betriebsweise oder der Wärmepumpen-Betriebsweise strömt.
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In diesem Beispiel ändert in der Klimaanlagen-Betriebsweise das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 die Strömungs-Richtung des Kühlmittels in der Weise, dass das von dem Kompressor 100 abgeleitete und durch den inneren Wärmetauscher 110 und den äußeren Wärmetauscher 130 hindurchtretende Kühlmittel in Richtung auf die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 und dem Verdampfer 160 strömt, und in der Wärmepumpen-Betriebsweise ändert das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 die Strömungs-Richtung des Kühlmittels in der Weise, dass das von dem Kompressor 100 abgelassene und durch den inneren Wärmetauscher 110, die erste Entspannungs-Einrichtung 120 und den äußeren Wärmetauscher 130 hindurchtretende Kühlmittel in Richtung auf die erste Bypass-Leitung (R1) strömt.
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Dabei ist es bevorzugt, dass das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 an dem Verzweigungs-Punkt auf der Einlass-Seite der ersten Bypass-Leitung (R1) montiert ist.
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Eine Wärme-Zufuhr-Einrichtung 180 zum Zuleiten von Wärme zu dem Kühlmittel, das entlang der ersten Bypass-Leitung (R1) strömt, ist in der ersten Bypass-Leitung (R1) montiert.
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Die Wärme-Zufuhr-Einrichtung 180 hat einen Wärmetauscher 181 des wassergekühlten Typs, einschließend: einen Kühlmittel-Wärmeaustausch-Teil 181a, in dem das Kühlmittel, das in der ersten Bypass-Leitung (R1) strömt, so strömt, dass es Abwärme von elektronischen Einheiten 200 des Fahrzeugs dem Kühlmittel zuleitet, das in der ersten Bypass-Leitung (R1) strömt; und einen Kühlwasser-Wärmeaustausch-Teil 181b, in dem Kühlwasser, das von den elektronischen Einheiten 200 zirkuliert, fließt, wobei der Kühlwasser-Wärmeaustausch-Teil 181b auf einer Seite des Kühlmittel-Wärmeaustausch-Teils 181a angeordnet ist.
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Daher kann in der Wärmepumpen-Betriebsweise das Wärmepumpen-System die Heiz-Leistung dadurch verbessern, dass es eine Wärme-Quelle von der Abwärme der elektronischen Einheiten 200 zurückgewinnt.
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Dabei gibt es Motoren, Umwandler und andere Elemente als die elektronischen Einheiten des Fahrzeugs.
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Darüber hinaus ist ein Speicher 170 in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Einlass-Seite des Kompressors 100 montiert.
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Der Speicher 170 teilt das Kühlmittel, das den Kompressor 100 zugeleitet wird, in das Flüssigphasen-Kühlmittel und das Gasphasen-Kühlmittel und leitet nur das Gasphasen-Kühlmittel zu dem Kompressor 100.
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Darüber hinaus ist weiter eine elektrische Heiz-Einrichtung 115 zum Verstärken der Wärmungs-Effizienz auf der stromabwärts gelegenen Seite des inneren Wärmetauschers 110 und benachbart dem inneren Wärmetauscher 110 innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert.
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Das heißt: Das Wärmepumpen-System kann die Heiz-Leistung verstärken, indem die elektrische Heiz-Einrichtung 115 zu Beginn zum Starten des Fahrzeugs als Hilfswärme-Quelle betrieben wird und kann auch die elektrische Heiz-Einrichtung 115 betreiben, wenn das Wärmepumpen-System einen Mangel an einer Wärme-Quelle aufweist.
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In einer Ausführungsform ist die elektrische Heiz-Einrichtung 115 eine PTC-Heiz-Einrichtung.
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Darüber hinaus ist die zweite Bypass-Leitung (R2) parallel zu der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) in einer solchen Weise montiert, dass das selektiv durch die erste Entspannungs-Einrichtung 120 hindurch tretende Kühlmittel den äußeren Wärmetauscher 130 umgeht. Mit anderen Worten: Die zweite Bypass-Leitung (R2) ist so montiert, dass sie die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Einlass- und der Auslass-Seite des äußeren Wärmetauschers 130 verbindet, sodass Kühlmittel, das durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) fließt, den äußeren Wärmetauscher 130 umgeht.
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Darüber hinaus ist ein zweites Richtungs-Änderungs-Ventil 192 zum Ändern der Strömungs-Richtung des Kühlmittels in einer solchen Weise montiert, dass das Kühlmittel, das in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkuliert, selektiv zu der zweiten Bypass-Leitung (R2) fließt. Das zweite Richtungs-Änderungs-Ventil 192 ist an dem Verzweigungs-Punkt der zweiten Bypass-Leitung (R2) und der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) montiert und ändert so die Strömungs-Richtung des Kühlmittels, sodass das Kühlmittel in Richtung auf den äußeren Wärmetauscher 130 oder die zweite Bypass-Leitung (R2) strömt.
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Zusätzlich ist eine Entfeuchtungs-Leitung (R3) in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) montiert, um ein Teil des Kühlmittels, das in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkuliert, dem Verdampfer 160 zuzuleiten, um eine Entfeuchtung des Inneren des Fahrzeugs durchzuführen.
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Die Enteuchtungs-Leitung (R3) leitet einen Teil des Kühlmittels, das durch die erste Entspannungs-Einrichtung 120 hindurchtritt, dem Verdampfer 160 zu.
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Mit anderen Worten: Die Entfeuchtungs-Leitung (R3) verbindet die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Einlass-Seite der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 und die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Einlass-Seite des Verdampfers 160 miteinander.
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In den Zeichnungen ist der Einlass der Enteuchtungs-Leitung (R3) mit der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zwischen der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 und dem äußeren Wärmetauscher 130 verbunden, sodass eine bestimmte Menge des Kühlmittels zu der Entfeuchtungs-Leitung (R3) strömt und den Verdampfer 160 zugeleitet wird, bevor es in den äußeren Wärmetauscher 130 nach Passieren der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 eingeleitet wird.
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Darüber hinaus ist EIN-/AUS-Ventil 195, das die Entfeuchtungs-Leitung (R3) öffnet und schließt, in der Enteuchtungs-Leitung (R3) montiert, sodass eine bestimmte Menge des Kühlmittels, das die erste Entspannungs-Einrichtung 120 passiert, zu der Entfeuchtungs-Leitung (R3) nur in der Entfeuchtungs-Betriebsweise strömen kann.
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Das EIN-/AUS-Ventil 195 öffnet die Entfeuchtungs-Leitung (R3) nur in der Entfeuchtungs-Betriebsweise, jedoch schließt es die Entfeuchtungs-Leitung (R3) bei Nicht-Betreiben der Entfeuchtungs-Betriebsweise.
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Dabei ist ein Auslass der Enteuchtungs-Leitung (R3) mit der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) auf der Einlass-Seite des Verdampfers 160 verbunden, sodass das Kühlmittel, das durch die Entfeuchtungs-Leitung (R3) tritt, direkt in den Verdampfer 160 eingeführt wird.
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Weiter ist eine Steuerung 190 angeordnet zum Steuern des Kühlmittels in der Weise, dass das Kühlmittel, das durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkuliert, den äußeren Wärmetauscher 130 durch die zweite Bypass-Leitung (R2) umgeht, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als eine Einstell-Temperatur und wenn das Fahrzeug in den Ruhe-Zustand in der Wärmepumpen-Betriebsweise eintritt.
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Darüber hinaus schaltet die Steuerung 190 das Gebläse 135 ab, das auf einer Seite des äußeren Wärmetauschers 130 montiert ist, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als eine Einstell-Temperatur und das Fahrzeug in der Wärmepumpen-Betriebsweise in den Ruhe-Zustand eintritt.
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In diesem Fall ist die Einstell-Temperatur unterhalb von 0°C.
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Mit anderen Worten: In der Wärmepumpen-Betriebsweise betreibt unter der Bedingung, dass die Temperatur der Außenluft unterhalb 0°C ist, die Steuerung 190 die Wärmepumpen-Betriebsweise unter Verwendung der Außenluft, indem das Kühlmittel dem äußeren Wärmetauscher 130 zugeleitet wird, wenn das Fahrzeug läuft, wie dies in 3 gezeigt ist, und blockt danach das Kühlmittel, das in den äußeren Wärmetauscher 130 eingeführt wurde, und sorgt dafür, dass das Kühlmittel einen Bypass durchläuft, wie es in 5 gezeigt ist, und betreibt so die Wärmepumpen-Betriebsweise unter Verwendung von Abwärme der elektronischen Einheiten 200 und schaltet das Gebläse 135 ab, das auf einer Seite des äußeren Wärmetauschers 130 montiert ist, wenn das Fahrzeug in den Ruhe-Zustand eintritt.
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Noch mehr im Einzelnen sammelt sich unter der Bedingung, dass die Temperatur der Außenluft unterhalb von 0°C liegt, wenn es schneit, während das Fahrzeug läuft, Schnee auf dem äußeren Wärmetauscher 130. In diesem Beispiel bestimmt trotz der Tatsache, dass sich Schnee nur auf einem Teilbereich des äußeren Wärmetauschers 130 sammelt, weil ein Wärmeaustausch an der verbleibenden Fläche des äußeren Wärmetauschers 130 durch den Fahrzeug-Fahrtwind durchgeführt wird, die Steuerung 190 dieses als Wärmeaustausch und erkennt also Nicht-Einfrieren des äußeren Wärmetauschers 130, und in diesem Fall ist die Heiz-Leistung normal.
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Wie beschrieben, wird dann, wenn das Fahrzeug, das in einem Zustand läuft, in dem sich Schnee auf dem äußeren Wärmetauscher 130 sammelt, in einen Ruhe-Zustand eintritt, übermäßig viel Geräusch erzeugt, da das Gebläse 135 auf einer hohen Stufe in dem Zustand betrieben wird, in dem sich Schnee auf dem äußeren Wärmetauscher sammelt.
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Daher steuert in der Wärmepumpen-Betriebsweise unter der Bedingung, dass die Temperatur der Außenluft unter null ist, wenn das Fahrzeug in den Ruhe-Zustand eintritt, das Wärmepumpen-System gemäß der vorliegenden Erfindung, dass das Kühlmittel den äußeren Wärmetauscher 130 umgeht, und schaltet das Gebläse 135 ab, sodass dadurch ein durch den Betrieb des Gebläses 135 erzeugtes Geräusch verhindert wird und verhindert auch Geräusche durch den Betrieb des Gebläses 135, obwohl es unmöglich ist, ein Vereisen des äußeren Wärmetauschers 130 zu erkennen, wie in dem Fall, in dem sich Schnee auf dem äußeren Wärmetauscher 130 sammelt.
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Weiter beendet die Steuerung 190 dann, wenn der Ruhe-Zustand beendet wird, wie dies in 6 gezeigt wird, den Zustand, in dem das durch die Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkulierende Kühlmittel dem äußeren Wärmetauscher 130 umgeht und verändert die Gebläse-Stufe 135 in Übereinstimmung mit der Fahrzeug-Geschwindigkeit.
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Darüber hinaus steuert in der Wärmepumpen-Betriebsweise dann, wenn die Steuerung 190 ein Vereisen des äußeren Wärmetauschers 130 erkennt, wie dies in 5 gezeigt ist, die Steuerung 190 das Strömen des in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkulierenden Kühlmittels in der Weise, dass es durch den Kompressor 100, den inneren Wärmetauscher 110, die erste Entspannungs-Einrichtung 120, die zweite Bypass-Leitung (R2) und die erste Bypass-Leitung (R1) in dieser Reihenfolge zirkulierend hindurchtritt und führt so eine Enteisungs-Kontrolle durch.
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Mit anderen Worten: Wenn das Kühlmittel den äußeren Wärmetauscher 130 umgeht, kann ein Vereisen des äußeren Wärmetauschers 130 verzögert oder entfernt werden.
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In diesem Bespiel schaltet zu dem Zeitpunkt der Enteisungs-Kontrolle die Steuerung 190 das Gebläse 135 ab, das auf einer Seite des äußeren Wärmetauschers 130 montiert ist. Die Steuerung 190 kann also das Gebläse 135 bei Verwenden von Fahrzeug-Fahrtwind abschalten.
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Weiter kann eine Erkennung von Vereisung des äußeren Wärmetauschers 130 erreicht werden durch verschiedene Vorgehensweisen, beispielsweise wenn die Temperatur des Kühlmittels am Auslass des äußeren Wärmetauschers 130 unter null ist, erkennt die Steuerung 190 dies als Vereisen des äußeren Wärmetauschers 130.
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Natürlich kann ein Sensor montiert werden, um ein Vereisen des äußeren Wärmetauschers 130 zu erkennen. In diesem Beispiel ist es möglich, ein Vereisen in einem Fall zu erkennen, dass sich Eis auf der Oberfläche des äußeren Wärmetauschers 130 bildet, jedoch ist es schwierig, ein Vereisen in einem Fall zu erkennen, indem sich Schnee auf dem äußeren Wärmetauscher 130 sammelt.
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Weiter kann dann, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als die Einstell-Temperatur und das Fahrzeug in den Ruhe-Zustand eintritt, die Steuerung 190 das Steuern verzögern und bewirken, dass das Kühlmittel, das in der Kühlmittel-Umlauf-Leitung (R) zirkuliert, den äußeren Wärmetauscher 130 für eine vorbestimmte Zeitdauer umgeht.
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Mit anderen Worten: Wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als die Einstell-Temperatur und das Fahrzeug in den Ruhe-Zustand eintritt, führt die Steuerung 190 nicht direkt die Steuerung durch, dass sie das Kühlmittel dazu bringt, den äußeren Wärmetauscher 130 zu umgehen, sondern verzögert dies für eine vorbestimmte Zeitdauer (beispielsweise für fünf Sekunden), und führt danach eine Bypass-Steuerung durch.
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In diesem Beispiel tritt während der Verzögerungs-Zeit das Kühlmittel durch den äußeren Wärmetauscher 130 hindurch und danach zirkuliert in dem äußeren Wärmetauscher 130 verbliebenes Kühlmittel in dem System, sodass das System ausreichend Kühlmittel, das zum Betreiben des Systems benötigt wird, sicherstellen kann.
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Wie oben beschrieben, stoppt trotz der Tatsache, dass eine Vereisung auf dem äußeren Wärmetauscher 130 gebildet wird, das Wärmepumpen-System gemäß der vorliegenden Erfindung seinen Betrieb nicht, und sorgt – wie in 5 gezeigt ist – dafür, dass das Kühlmittel den äußeren Wärmetauscher 130 umgeht, um den äußeren Wärmetauscher 130 zu enteisen und kontinuierlich die Wärmepumpen-Betriebsweise zu betreiben durch Rückgewinnung von Abwärme der elektronischen Einheiten 200 durch die Wärme-Zufuhr-Einrichtung 180, wodurch die Heiz-Leistung für das Innere des Fahrzeugs erhalten wird, der äußere Wärmetauscher 130 ohne zusätzliche Zufuhr von Wärme-Quellen enteist wird, ein Verbrauch von elektrischer Energie reduziert wird durch Reduzieren der Häufigkeit einer Verwendung der elektrischen Heiz-Einrichtung 115 und die Reichweite von elektrischen Fahrzeugen oder Hybrid-Fahrzeugen erhöht wird.
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Nachfolgend wir der Betrieb des Wärmepumpen-Systems für das Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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A. Klimaanlagen-Betriebsweise (Kühl-Betriebsweise) (siehe Fig. 2)
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In der Klimaanlagen-Betriebsweise (Kühl-Betriebsweise) wie sie in 2 gezeigt ist, wird die zweite Bypass-Leitung (R2) durch das zweite Richtungs-Änderungs-Ventil 192 geschlossen, wird die erste Bypass-Leitung (R1) auch durch das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 geschlossen, und das Ventil-Element 127 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 öffnet den Strömungsweg 126, sodass das Kühlmittel in nicht-entspanntem Zustand strömt.
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Darüber hinaus wird das durch die elektronischen Einheiten 200 zirkulierende Kühlwasser nicht dem Wärmetauscher 181 des Wasserkühlungs-Typs der Wärme-Zufuhr-Einrichtung 180 zugeführt.
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Dabei schließt mit dem Ziel, ein maximales Kühlen zu erreichen, die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 den Durchgang, der durch den inneren Wärmetauscher 110 verläuft, sodass die Luft, die in das Klimaanlagen-Gehäuse 150 durch das Gebläse eingeblasen wird, gekühlt wird, während sie durch den Verdampfer 160 hindurchtritt, und in das Innere des Fahrzeugs unter Umgehen des inneren Wärmetauschers 110 eingeleitet wird, um dadurch das Innere des Fahrzeugs zu kühlen.
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Kontinuierlich wird ein Kühlmittel-Zirkulations-Prozess beschreiben.
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Das in der Gasphase befindliche Kühlmittel von hoher Temperatur und hohem Druck, das abgelassen wird, nachdem es in dem Kompressor 100 verdichtet wurde, wird dem inneren Wärmetauscher 110 zugeleitet, der im Inneren des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert ist.
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Wie in 2 gezeigt, durchläuft das dem inneren Wärmetauscher 110 zugeleitete Kühlmittel direkt die erste Entspannungs-Einrichtung 120 in dem nicht-entspannten Zustand und strömt zu dem äußeren Wärmetauscher 130, ohne einen Wärmetausch mit der Luft durchzuführen, da die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 den Durchgang des inneren Wärmetauschers 110 schließt.
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Das zu dem äußeren Wärmetauscher 130 strömende Kühlmittel wird kondensiert, während es einen Wärmeaustausch mit der Außenluft durchführt, und dadurch wird das in der Gasphase befindliche Kühlmittel in das bei flüssiger Phase befindliche Kühlmittel umgewandelt.
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Dabei dienen alle Einrichtungen, innerer Wärmetauscher 110 und äußerer Wärmetauscher 130 als Kühler, jedoch wird das Kühlmittel hauptsächlich in dem äußeren Wärmetauscher 130 kondensiert, der einen Wärmeaustausch mit der Außenluft durchführt.
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Kontinuierlich wird das durch den äußeren Wärmetauscher 130 hindurch tretende Kühlmittel dekomprimiert und entspannt, während es durch die zweite Entspannungs-Einrichtung 140 hindurchtritt und wird dadurch ein Flüssigphasen-Kühlmittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck, und es wird dann in den Verdampfer 160 eingeleitet.
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Das in dem Verdampfer 160 eingeleitete Kühlmittel wird durch Wärmeaustausch mit der Luft, die durch das Gebläse in das Klimaanlagen-Gehäuse 150 eingeblasen wird, verdampft und kühlt gleichzeitig die Luft aufgrund der Wärme-Absorption mittels latenter Verdampfungs-Wärme des Kühlmittels ab, und danach wird die abgekühlte Luft in das Innere des Fahrzeugs geleitet, um das Innere zu kühlen.
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Danach wird das von dem Verdampfer 160 abgelassene Kühlmittel in den Kompressor 100 eingeleitet und beginnt erneut den obigen Zyklus.
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B. Wärmepumpen-Betriebsweise (siehe Fig. 3)
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In der Wärmepumpen-Betriebsweise wird – wie in 3 gezeigt – die zweite Bypass-Leitung (R2) durch das zweite Richtungs-Änderungs-Ventil 192 geschlossen, und die erste Bypass-Leitung (R1) wird durch das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 geöffnet, sodass das Kühlmittel nicht der zweiten Entspannungs-Einrichtung 140 und dem Verdampfer 160 zugeleitet wird.
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Darüber hinaus schließt das Ventil-Element 127 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 den Strömungsweg 126, sodass das Kühlmittel entspannt wird, während es die Öffnung 128 passiert.
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Dabei wird durch die elektronischen Einheiten 200 des Fahrzeugs erwärmtes Kühlwasser dem Kühlwasser-Wärmeaustausch-Teil 181b des Wärmetauschers 181 des Wasserkühlungs-Typs der Wärme-Zufuhr-Einrichtung 180 zugeleitet.
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Weiter schließt in der Heiz-Betriebsweise die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 den Durchgang, der den inneren Wärmetauscher 110 umgeht, sodass die Luft, die durch das Gebläse in das Klimaanlagen-Gehäuse 150 eingeblasen wird, in warme Luft umgewandelt wird, während sie durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, nachdem sie durch den Verdampfer 160 hindurchgetreten ist, der hinsichtlich seines Betriebs gestoppt ist, und wird dann dem Inneren des Fahrzeugs zum Aufwärmen des Inneren des Fahrzeugs zugeleitet.
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Kontinuierlich wird ein Kühlmittel-Zirkulations-Prozess beschrieben.
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Das Gasphasen-Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck, das abgelassen wurde, nachdem es in dem Kompressor 100 verdichtet wurde, wird in den inneren Wärmetauscher 110 eingeleitet, der innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert ist.
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Das Gasphasen-Kühlmittel von hoher Temperatur und hohem Druck, das in den inneren Wärmetauscher 110 eingeleitet wurde, wird kondensiert, während es Wärme mit der Luft austauscht, die durch das Gebläse in das Klimaanlagen-Gehäuse 150 eingeblasen wurde, und in diesem Beispiel wird die Luft, die durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt in Warmluft umgewandelt und in das Innere des Fahrzeugs geleitet, um dadurch das Innere des Fahrzeugs aufzuwärmen.
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Kontinuierlich wird das von dem inneren Wärmetauscher 110 abgelassene Kühlmittel dekomprimiert und entspannt, während es durch die Öffnung 128 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 hindurchtritt und wird so ein Flüssigphasen-Kühlmittel von niedriger Temperatur und niedrigem Druck, und es wird dann dem äußeren Wärmetauscher 130 zugeleitet, der als Verdampfer dient.
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Das dem äußeren Wärmetauscher 130 zugeleitete Kühlmittel wird verdampft, während es Wärme mit der Außenluft austauscht, und tritt durch die erste Bypass-Leitung (R1) mittels des ersten Richtungs-Änderungs-Ventils 191 hindurch. In diesem Beispiel tauscht das die erste Bypass-Leitung (R1) passierende Kühlmittel Wärme mit dem Kühlwasser, das durch den Kühlwasser-Wärmeaustauch-Teil 181b hindurchtritt, während es durch den Kühlmittel-Wärmeaustausch-Teil 181a des Wärmetauschers 181 des Wasserkühlungs-Typs hindurchtritt und so die Abwärme der elektronischen Einheiten 200 des Fahrzeugs zurückgewinnt, und wird dann in den Kompressor 100 eingeleitet, um den obigen Zyklus erneut zu durchlaufen.
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C. Entfeuchtungs-Betriebsweise der Wärmepumpen-Betriebsweise (siehe Fig. 4)
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Die Entfeuchtungs-Betriebsweise der Wärmepumpen-Betriebsweise wird nur in dem Fall betrieben, dass eine Entfeuchtung des Inneren des Fahrzeugs benötigt wird, während das System in der Wärmepumpen-Betriebsweise von 3 betrieben wird.
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Daher werden nur unterschiedliche Teile von der ersten Heiz-Betriebsweise von 3 beschrieben.
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In der Entfeuchtungs-Betriebsweise wird die Entfeuchtungs-Leitung (R3) zusätzlich durch das EIN-/AUS-Ventil 195 in dem Zustand geöffnet, in dem die erste Heiz-Betriebsweise betrieben wird.
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Darüber hinaus schließt die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 einen Durchgang, der den inneren Wärmetauscher 110 umgeht. Daher wird Luft, die durch ein Gebläse in das Klimaanlagen-Gehäuse 150 geblasen wird, abgekühlt, während sie den Verdampfer 160 durchläuft, und wird dann in warme Luft umgewandelt, während sie durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt und wird dem Inneren des Fahrzeugs zugeleitet, sodass das Wärmepumpen-System das Innere des Fahrzeugs aufheizen kann.
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In diesem Beispiel wird eine Änderung der Innen-Temperatur minimiert, da die Menge des dem Verdampfer 160 zugeleiteten Kühlmittels klein ist und die Luftkühl-Leistung niedrig ist, sodass das Wärmepumpen-System problemlos die Luft entfeuchten kann, die den Verdampfer 160 passiert.
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Kontinuierlich wird ein Kühlmittel-Umlauf-Prozess beschrieben.
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Eine bestimmte Menge des Kühlmittels, das durch den Kompressor 100, den inneren Wärmetauscher 110 und die Öffnung 128 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 hindurchtritt, passiert den äußeren Wärmetauscher 130, und eine bestimmte Menge des Kühlmittels durchläuft die Entfeuchtungs-Leitung (R3).
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Das durch den äußeren Wärmetauscher 130 hindurchtretende Kühlmittel wird verdampft, während es mit der Außenluft Wärme tauscht und durchläuft danach die erste Bypass-Leitung (R1) durch das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191. In diesem Beispiel tauscht das durch die erste Bypass-Leitung (R1) hindurchtretende Kühlmittel Wärme mit dem Kühlwasser, das durch den Kühlwasser-Wärmeaustausch-Teil 181b hindurchtritt, während es durch den Kühlmittel-Wärmeaustausch-Teil 181a des Wärmetauschers 181 des Wasserkühlungs-Typs hindurchtritt, und es wird so verdampft, während es Abwärme der elektronischen Einheiten 200 des Fahrzeugs wiedergewinnt.
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Das durch die Entfeuchtungs-Leitung (R3) hindurchtretende Kühlmittel wird dem Verdampfer 160 zugeleitet und wird verdampft, während es Wärme mit der Luft austauscht, die im Inneren des Klimaanlagen-Gehäuses 150 strömt.
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In dem obigen Prozess wird die Luft, die dem Verdampfer 160 durchläuft, entfeuchtet, und die entfeuchtete Luft wird in warme Luft umgewandelt, während sie durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, und wird dann dem Inneren des Fahrzeugs zugeleitet, um eine Entfeuchtung durchzuführen.
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Danach treffen die Kühlmittel, die jeweils den Wärmetauscher 181 des Wasserkühlungs-Typs und den Verdampfer 160 passieren, zusammen und werden in den Kompressor 100 eingeleitet, und danach wird der oben erwähnte Zyklus erneut durchgeführt.
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D. Enteisungs-Betriebsweise während der Wärmepumpen-Betriebsweise (siehe Fig. 5)
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Die Enteisungs-Betriebsweise der Wärmepumpen-Betriebsweise wird in dem Fall betrieben, dass die Temperatur der Außenluft niedriger ist als die Einstell-Temperatur und das Fahrzeug in den Ruhe-Zustand eintritt, oder in dem Fall, dass ein Vereisen des Wärmetauschers 130 bemerkt wird und eine Enteisungs-Steuerung benötigt wird. In diesem Fall wird – wie in 5 gezeigt – die zweite Bypass-Leitung (R2) durch das zweite Richtungs-Änderungs-Ventil 192 geöffnet, und die erste Bypass-Leitung (R1) wird durch das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 geöffnet.
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Zusätzlich wird die Entfeuchtungs-Leitung (R3) durch das EIN-/AUS-Ventil 195 geschlossen, und das Kühlmittel wird durch die Öffnung 128 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 entspannt, sodass das Wärmepumpen-System in eine Innenluft-Einström-Betriebsweise umgewandelt wird und so Innenluft in das Klimaanlagen-Gehäuse 150 eingeleitet wird.
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Dabei wird Kühlwasser, das durch die elektronischen Einheiten 200 des Fahrzeugs erwärmt wird, dem Kühlwasser-Wärmeaustausch-Teil 181b des Wärmetauschers 181 des Wasserkühlungs-Typs der Wärme-Zufuhr-Einrichtung 180 zugeleitet.
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Weiter schließt in der Enteisungs-Betriebsweise die hinsichtlich der Temperatur anpassbare Tür bzw. Klappe 151 innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 den Durchgang, der den inneren Wärmetauscher 110 umgeht, sodass Luft, die durch das Gebläse in das Klimaanlagen-Gehäuse 150 geblasen wird, in Warmluft umgewandelt wird, während sie durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, nachdem sie durch den Verdampfer 160 hindurchgetreten ist, dessen Betrieb gestoppt wurde, und wird dann dem Innere des Fahrzeugs zugeleitet, um das Innere des Fahrzeugs zu erwärmen.
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Kontinuierlich wird ein Kühlmittel-Umlauf-Prozess beschrieben.
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Das Gasphasen-Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck, das abgelassen wurde, nachdem es in dem Kompressor 100 verdichtet wurde, wird in den inneren Wärmetauscher 100 eingeleitet, der innerhalb des Klimaanlagen-Gehäuses 150 montiert ist.
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Das Gasphasen-Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck, das in den inneren Wärmetauscher 110 eingeleitet wurde, wird kondensiert, während es Wärme mit der Luft austauscht, die durch das Gebläse in das Klimaanlagen-Gehäuse eingeblasen wurde, und in diesem Beispiel wird die Luft, die durch den inneren Wärmetauscher 110 hindurchtritt, in warme Luft umgewandelt und dem Inneren des Fahrzeugs zugeleitet, um so das Innere des Fahrzeugs zu erwärmen.
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Kontinuierlich wird das von dem inneren Wärmetauscher 110 abgelassene Kühlmittel dekomprimiert und entspannt, während es durch die Öffnung 128 der ersten Entspannungs-Einrichtung 120 hindurchtritt und so ein Flüssigphasen-Kühlmittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck wird, und dieses strömt dann in die zweite Bypass-Leitung (R2) und umgeht so den äußeren Wärmetauscher 130.
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Danach tritt das Kühlmittel, das die zweite Bypass-Leitung (R2) passiert, durch die erste Bypass-Leitung (R1) durch das erste Richtungs-Änderungs-Ventil 191 hindurch. In diesem Beispiel tauscht das die erste Bypass-Leitung (R1) passierende Kühlmittel Wärme mit dem Kühlwasser, das durch den Kühlwasser-Wärmeaustausch-Teil 181b hindurchtritt, während es durch den Kühlmittel-Wärmeaustausch-Teil 181a des Wärmetauschers 181 des Wasserkühlungs-Typs hindurchtritt, und es wird so verdampft, während es die Abwärme der elektronischen Einheiten 200 des Fahrzeugs zurückgewinnt, und es wird dann in den Kompressor 100 eingeleitet und beginnt erneut den obigen Zyklus.
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Zwar wurden bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten für Zwecke einer Veranschaulichung der Erfindung gezeigt; jedoch ist es für Fachleute in diesem technischen Bereich offensichtlich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne sich vom Umfang der Offenbarung zu entfernen, die weiter in den folgenden angehängten Ansprüchen beschrieben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-20140013371 [0001]
- KR 10-2015-0014746 [0001]
