DE102018112968A1 - Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend eine Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung (10), die einen ersten Radiator (13) und eine erste Wasserpumpe (15) aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, eine Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20), die einen zweiten Radiator (22) und eine zweite Wasserpumpe (24) aufweist, die über eine zweite Kühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, ein Batteriemodul (30), das in einer Batteriekühlmittelleitung (31) angeordnet ist, die über ein erstes Ventil (V1) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) wahlweise verbunden ist, eine Klimaanlage (50), die über ein zweites Ventil (V2) mit der Batteriekühlmittelleitung (31) verbunden ist und eine dritte Wasserpumpe (56) und einen Kühler (54) aufweist, die in der ersten Verbindungsleitung (52) angeordnet sind, eine Heizvorrichtung (60), die über ein drittes Ventil (V3) mit der ersten Kühlmittelleitung (11) verbunden ist und eine vierte Wasserpumpe (66) und einen Heizkörper (64) aufweist, die in der zweiten Verbindungsleitung (62) angeordnet sind, und ein CE(Zentralisierte Energie)-Modul (40), das ein Niedrigtemperaturkühlmittel zu der Klimaanlage (50) führt und mit der zweiten Kühlmittelleitung (21), der ersten Verbindungsleitung (52) und der zweiten Verbindungsleitung (62) verbunden ist, um ein Hochtemperaturkühlmittel zu der Heizvorrichtung (60) zu führen.

Description

  • Für die Anmeldung wird die Priorität der am 11. Dezember 2017 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0169587 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, und insbesondere ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, welches den Innenraum eines Hybridfahrzeuges, das einen Verbrennungsmotor und ein Antriebsdrehmoment eines Elektromotors verwendet, durch wahlweises Verwenden eines Hochtemperaturkühlmittels und eines Niedrigtemperaturkühlmittels kühlt oder erwärmt.
  • Im Allgemeinen weist eine Klimaanlage für ein Fahrzeug ein Klimatisierungssystem auf, das ein Kältemittel zirkuliert, um den Innenraum des Fahrzeuges zu erwärmen oder zu kühlen. Das Klimatisierungssystem erreicht eine komfortable Innenumgebung durch Beibehalten einer Temperatur des Innenraumes des Fahrzeuges auf einer angemessenen oder gewünschten Temperatur unabhängig von einer Temperaturänderung außerhalb des Fahrzeuges. Das System ist derart konfiguriert, dass es den Innenraum des Fahrzeuges durch Wärmeaustausch mittels eines Verdampfers erwärmt oder kühlt, während ein Kältemittel, das durch Antreiben eines Kompressors abgeführt wird, über einen Sammlertrockner, ein Expansionsventil und den Verdampfer zu dem Kompressor zurückzirkuliert. Mit anderen Worten wird ein gasförmiges Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel, das durch den Kompressor komprimiert wird, durch einen Kondensator kondensiert, und dann werden die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit des Innenraumes des Fahrzeuges durch Verdampfung reduziert, die in dem Verdampfer durch den Sammlertrockner und das Expansionsventil ausgeführt wird.
  • In letzter Zeit gibt es, da die Bedeutung von Energieeffizienz und Umweltverschmutzungsproblemen zugenommen hat, einen Bedarf an der Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeuges, das geeignet ist, ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zu ersetzen. Das umweltfreundliche Fahrzeug ist typischerweise in ein Elektrofahrzeug, das durch eine Brennstoffzelle oder elektrischen Strom als eine Energiequelle angetrieben wird, und ein Hybridfahrzeug eingeteilt, das durch einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Batterie angetrieben wird.
  • Eine Klimaanlage, bei welcher im Gegensatz zu einer Klimaanlage eines allgemeinen Fahrzeuges keine zusätzliche Wärme genutzt wird und die bei einem umweltfreundlichen Fahrzeug, wie einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug unter den umweltfreundlichen Fahrzeugen, verwendet wird, wird im Allgemeinen als ein Wärmepumpensystem bezeichnet. Das Elektrofahrzeug wandelt chemische Reaktionsenergie von Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie derart um, dass ein Antriebsdrehmoment erzeugt wird, und bei diesem Prozess wird durch die chemische Reaktion innerhalb einer Brennstoffzelle Wärmeenergie erzeugt, und es ist notwendig, die erzeugte Wärme zur Sicherstellung der Leistung der Brennstoffzelle wirksam abzuführen.
  • Ferner erzeugt das Hybridfahrzeug ein Antriebsdrehmoment durch Antreiben eines Elektromotors mittels elektrischem Strom, der von der Brennstoffzelle oder einer elektrischen Batterie zugeführt wird, zusammen mit einem Verbrennungsmotor, der mittels eines allgemeinen Kraftstoffs betrieben wird, und daher kann, wenn Wärme, die von der Brennstoffzelle, der Batterie und dem Elektromotor erzeugt wird, wirksam abgeführt wird, die Leistung des Elektromotors sichergestellt werden. Dementsprechend benötigt ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug gemäß der bezogenen Technik einen separaten geschlossenen Kreislauf als ein Batteriekühlsystem zusammen mit einem Elektromotor, einer elektrischen Ausrüstung und einer Kühlvorrichtung, um zu verhindern, dass eine Batterie mit einer Brennstoffzelle Wärme erzeugt, und ein Wärm epum pensystem.
  • Daher erhöht sich die Gesamtgröße und das Gewicht eines Kühlmoduls, das in einer Vorwärtsrichtung eines Fahrzeuges angeordnet ist, und die Anordnung von Verbindungsrohren zum Zuführen eines Kältemittels und eines Kühlmittels zu einem Wärmepumpensystem, der Kühlvorrichtung und des Batteriekühlsystems innerhalb eines Motorraumes ist komplex. Ferner ist, um eine optimale Leistung der Batterie zu erreichen, ein Batteriekühlsystem zum Erwärmen oder Kühlen der Batterie entsprechend einem Zustand des Fahrzeuges separat vorgesehen. Eine Mehrzahl von Ventilen zum Verbinden von Verbindungsrohren miteinander sind ebenfalls vorgesehen. Infolge von häufigen Öffnungs/Schließvorgängen der Ventile werden Geräusche und Vibrationen an eine Innenseite des Fahrzeuges übertragen, und daher wird der Fahrkomfort verschlechtert.
  • Mit der Erfindung wird ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug geschaffen, bei dem Wärmeenergie, die von einem Kühlmittel erzeugt wird, mit einem Kühlmittel auf eine Kondensation und Verdampfung des Kühlmittels wahlweise wärmegetauscht wird, um eine Innentemperatur des Fahrzeuges durch das wärmegetauschte Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur oder einer hohen Temperatur einzustellen.
  • Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug zu schaffen, welches die Wärmeeffizienz des Fahrzeuges durch Abwärme von elektrischer Ausrüstung und eines Batteriemoduls und die Fahrstrecke des Fahrzeuges durch effizientes Betreiben eines Batteriemoduls erhöht, um die optimale Leistung des Batteriemoduls darzustellen.
  • Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann aufweisen: eine Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung, die einen ersten Radiator und eine erste Wasserpumpe aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind, und derart konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel in einem Verbrennungsmotor zirkuliert, eine Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung, die einen zweiten Radiator und eine zweite Wasserpumpe aufweist, die über eine zweite Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind, und derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel in der zweiten Kühlmittelleitung zirkuliert, ein Batteriemodul, das in einer Batteriekühlmittelleitung angeordnet ist, die über ein erstes Ventil mit der zweiten Kühlmittelleitung wahlweise verbunden ist, eine Klimaanlage, die über ein zweites Ventil mit der Batteriekühlmittelleitung verbunden ist, in welcher (Klimaanlage) eine erste Verbindungsleitung ausgebildet ist, um den Innenraum des Fahrzeuges durch wahlweises Bilden eines unabhängigen geschlossenen Kreislaufs zu kühlen, und die eine dritte Wasserpumpe und einen Kühler aufweist, die in der ersten Verbindungsleitung angeordnet sind, eine Heizvorrichtung, die über ein drittes Ventil mit der ersten Kühlmittelleitung verbunden ist, in welcher (Heizvorrichtung) eine zweite Verbindungsleitung ausgebildet ist, um den Innenraum des Fahrzeuges durch wahlweises Bilden eines unabhängigen geschlossenen Kreislaufs zu erwärmen, und die eine vierte Wasserpumpe und einen Heizkörper aufweist, die in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet sind, und ein CE(Zentralisierte Energie)-Modul, das derart konfiguriert ist, dass es ein Niedrigtemperaturkühlmittel zu der Klimaanlage führt, mit der zweiten Kühlmittelleitung, der ersten Verbindungsleitung und der zweiten Verbindungsleitung verbunden ist, um ein Hochtemperaturkühlmittel zu der Heizvorrichtung zu führen, und Wärmeenergie, die aus der Kondensation und Verdampfung eines Kältemittels, das darin (in dem CE-Modul) zirkuliert, erzeugt wird, mit dem Kühlmittel wahlweise wärmetauscht.
  • Die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass sie eine elektrische Ausrüstung oder das Batteriemodul unter Verwendung eines Kühlmittels kühlt, das entlang der zweiten Kühlmittelleitung zirkuliert. Das CE-Modul kann aufweisen: einen Hauptwärmetauscher, der in der zweiten Kühlmittelleitung zwischen dem zweiten Radiator und dem Batteriemodul angeordnet ist und derart konfiguriert ist, dass er ein Kältemittel verdampft oder kondensiert, ein Expansionsventil, das über eine Kältemittelleitung mit dem Hauptwärmetauscher verbunden ist, einen Verdampfer, der über die Kältemittelleitung mit dem Expansionsventil verbunden ist und in der ersten Verbindungsleitung angeordnet ist, um ein Kältemittel (bzw. Kühlmittel) zu kühlen, das entlang der ersten Verbindungsleitung in der Klimaanlage zirkuliert, und einen Kompressor, der in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Hauptwärmetauscher angeordnet ist.
  • Ein Innenwärmetauscher kann in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet sein. Der Innenwärmetauscher kann mit der Kältemittelleitung, die den Hauptwärmetauscher und das Expansionsventil miteinander verbindet, und der Kältemittelleitung, die den Verdampfer und den Kompressor miteinander verbindet, verbunden sein. Wenn der Hauptwärmetauscher ein Kältemittel kondensiert, kann der Innenwärmetauscher das in dem Hauptwärmetauscher kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem von dem Verdampfer abgeführten Niedrigtemperaturkältemittel zusätzlich kondensieren und kann das zusätzlich kondensierte Kältemittel in das Expansionsventil einführen.
  • Das erste Ventil kann die zweite Kühlmittelleitung und die Batteriekühlmittelleitung zwischen dem zweiten Radiator und dem Batteriemodul wahlweise miteinander verbinden, das zweite Ventil kann die Batteriekühlmittelleitung und die erste Verbindungsleitung wahlweise miteinander verbinden, und das dritte Ventil kann die erste Kühlmittelleitung und die zweite Verbindungsleitung wahlweise miteinander verbinden, um die Strömung des Kühlmittels einzustellen (bzw. zu steuern). Das CE-Modul kann über die Kältemittelleitung zwischen dem Hauptwärmetauscher und dem Kompressor mit dem Kompressor verbunden sein, und kann ferner einen Nebenkondensator, der in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet ist, um ein Kühlmittel zu erwärmen, das entlang der zweiten Verbindungsleitung in der Heizvorrichtung zirkuliert, und ein Nebenexpansionsventil aufweisen, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Nebenkondensator und dem Hauptwärmetauscher angeordnet ist.
  • In der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung kann eine erste Zweigleitung vorgesehen sein, die über einen Thermostat, der in der ersten Kühlmittelleitung zwischen dem ersten Radiator und der ersten Wasserpumpe angeordnet ist, zwischen dem ersten Radiator und dem Verbrennungsmotor mit der ersten Kühlmittelleitung verbunden ist, in der Batteriekühlmittelleitung kann eine zweite Zweigleitung vorgesehen sein, die das Batteriemodul über das erste Ventil mit der Klimaanlage verbindet und die Verbindung mit der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung schließt, in der zweiten Kühlmittelleitung kann eine dritte Zweigleitung vorgesehen sein, welche die Batteriekühlmittelleitung und die zweite Kühlmittelleitung trennt, und eine vierte Zweigleitung, die über ein viertes Ventil zwischen dem zweiten Radiator und der zweiten Wasserpumpe mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden ist, kann in der zweiten Kühlmittelleitung vorgesehen sein, die mit der elektrischen Ausrüstung verbunden ist (bzw. diese verbindet).
  • Wenn in einem Kühlmodus des Fahrzeuges das Batteriemodul zusammen mit der elektrischen Ausrüstung gekühlt wird, kann die zweite Zweigleitung durch den Betrieb des ersten Ventils geöffnet sein, die dritte Zweigleitung kann geöffnet sein, und die Verbindung zwischen der zweiten Kühlmittelleitung und der Batteriekühlmittelleitung kann durch die geöffnete zweite und dritte Zweigleitung geschlossen sein, die Batteriekühlmittelleitung, die mit dem Batteriemodul verbunden ist, kann durch den Betrieb des zweiten Ventils mit der ersten Verbindungsleitung verbunden sein, die vierte Zweigleitung kann durch den Betrieb des vierten Ventils geschlossen sein, und ein Kältemittel kann zirkuliert werden, der Hauptwärmetauscher kann derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel kondensiert, und der Nebenkondensator und das Nebenexpansionsventil können derart konfiguriert sein, dass sie den Betrieb in dem CE-Modul stoppen.
  • Ferner kann der Verdampfer derart konfiguriert sein, dass er ein Kühlmittel, das durch den Betrieb des zweiten Ventils von der Batteriekühlmittelleitung in die erste Verbindungsleitung zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit einem verdampften Niedrigtemperaturkältemittel kühlt, ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer hindurchgetreten ist, kann durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe entlang der ersten Verbindungsleitung zu dem Kühler geführt werden, und das Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Kühler hindurchgetreten ist, kann entlang der Batteriekühlmittelleitung, die durch den Betrieb des zweiten Ventils mit der ersten Verbindungsleitung verbunden ist, zu dem Batteriemodul geführt werden, um das Batteriemodul zu kühlen. In der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung kann die geöffnete dritte Zweigleitung mit der zweiten Kühlmittelleitung derart verbunden sein, dass ein unabhängiger geschlossener Kreislauf gebildet wird, und ein Kühlmittel, das in dem zweiten Radiator gekühlt wird, kann die elektrische Ausrüstung kühlen, während es durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe zirkuliert.
  • Wenn ein Heizmodus des Fahrzeuges unter Verwendung der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung durchgeführt wird, kann die erste Zweigleitung durch den Betrieb des Thermostats geöffnet sein, die erste Kühlmittelleitung und die zweite Verbindungsleitung können durch den Betrieb des dritten Ventils miteinander verbunden sein, und die erste Kühlmittelleitung, die den Thermostat und den ersten Radiator miteinander verbindet, kann geschlossen sein, ein Kühlmittel, das eine erhöhte Temperatur hat, während es durch den Verbrennungsmotor hindurchtritt, kann über das dritte Ventil zu der zweiten Verbindungsleitung geführt werden, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung und der ersten Zweigleitung zirkuliert, ein Hochtemperaturkühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung zirkuliert, kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe von der ersten Kühlmittelleitung zu dem Heizkörper in der Heizvorrichtung geführt werden, und die Zirkulation des Kältemittels kann in dem CE-Modul stoppen.
  • Wenn ein Heizmodus des Fahrzeuges unter Verwendung der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung durchgeführt wird, kann die zweite Zweigleitung durch den Betrieb des ersten Ventils geschlossen sein, und die dritte Zweigleitung kann geöffnet sein, die zweite Kühlmittelleitung, welche die elektrische Ausrüstung und den zweiten Radiator miteinander verbindet, kann geschlossen sein, wenn die vierte Zweigleitung durch den Betrieb des vierten Ventils in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung geöffnet ist, die zweite Verbindungsleitung kann durch den Betrieb des dritten Ventils einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, ein Kühlmittel kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe entlang der zweiten Verbindungsleitung in der Heizvorrichtung zirkulieren, und ein Kältemittel kann zirkulieren, das Expansionsventil und der Verdampfer können derart konfiguriert sein, dass sie den Betrieb stoppen, und das Nebenexpansionsventil kann derart konfiguriert sein, dass es arbeitet, um ein durch den Nebenkondensator hindurchgetretenes Kältemittel zu expandieren, und kann derart konfiguriert sein, dass es das expandierte Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher in dem CE-Modul führt.
  • Außerdem kann Abwärme, die von der elektrischen Ausrüstung erzeugt wird, eine Temperatur eines Kühlmittels erhöhen, das entlang der zweiten Kühlmittelleitung zirkuliert, das Kühlmittel, das die erhöhte Temperatur hat, kann zurückgewonnen werden, während es eine Temperatur eines Kältemittels erhöht, das durch den Hauptwärmetauscher hindurchtritt, und das Kühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung zirkuliert, kann zu dem Heizkörper geführt werden, während es durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperaturkältemittel, das von dem Kompressor zu dem Nebenkondensator geführt wird, erwärmt wird.
  • Wenn ein Heizmodus des Fahrzeuges unter Verwendung der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung und der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung durchgeführt wird, kann die erste Zweigleitung durch den Betrieb des Thermostats geöffnet sein, die erste Kühlmittelleitung und die zweite Verbindungsleitung können durch den Betrieb des dritten Ventils miteinander verbunden sein, und die erste Kühlmittelleitung, die den Thermostat und den ersten Radiator miteinander verbindet, kann geschlossen sein, die zweite Zweigleitung kann durch den Betrieb des ersten Ventils geschlossen sein, die dritte Zweigleitung kann geöffnet sein, und die zweite Kühlmittelleitung, welche die elektrische Ausrüstung und den zweiten Radiator miteinander verbindet, kann geschlossen sein, wenn die vierte Zweigleitung durch den Betrieb des vierten Ventils in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung geöffnet ist, ein Kühlmittel, das eine erhöhte Temperatur hat, während es durch den Verbrennungsmotor hindurchtritt, kann über das dritte Ventil zu der zweiten Verbindungsleitung geführt werden, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung und der ersten Zweigleitung zirkuliert, ein Hochtemperaturkühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung zirkuliert, kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe von der ersten Kühlmittelleitung zu dem Heizkörper in der Heizvorrichtung geführt werden, und ein Kältemittel zirkuliert, das Expansionsventil und der Verdampfer können derart konfiguriert sein, dass sie den Betrieb stoppen, und das Nebenexpansionsventil kann derart konfiguriert sein, dass es arbeitet, um ein durch den Nebenkondensator hindurchgetretenes Kältemittel zu expandieren, und kann derart konfiguriert sein, dass es das expandierte Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher in dem CE-Modul führt.
  • Außerdem kann Abwärme, die von dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Ausrüstung erzeugt wird, eine Temperatur eines Kühlmittels erhöhen, das entlang der ersten und der zweiten Kühlmittelleitung zirkuliert, ein Kühlmittel, das eine erhöhte Temperatur hat und entlang der zweiten Kühlmittelleitung zirkuliert, kann zurückgewonnen werden, während es eine Temperatur eines Kältemittels erhöht, das durch den Hauptwärmetauscher hindurchtritt, und ein Hochtemperaturkühlmittel, das von der ersten Kühlmittelleitung entlang der zweiten Verbindungsleitung zirkuliert, kann durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperaturkältemittel, das von dem Kompressor in den Nebenkondensator geführt wird, kann weiter erwärmt werden und dann zu dem Heizkörper in der Heizvorrichtung geführt werden.
  • In einem Entfeuchtungsmodus (bzw. Trocknungsmodus) des Fahrzeuges kann die erste Zweigleitung durch den Betrieb des Thermostats geöffnet sein, die erste Kühlmittelleitung und die zweite Verbindungsleitung können durch den Betrieb des dritten Ventils miteinander verbunden sein, und die erste Kühlmittelleitung, die den Thermostat und den ersten Radiator miteinander verbindet, kann geschlossen sein, die dritte Zweigleitung kann geöffnet sein, und die zweite Kühlmittelleitung, welche die elektrische Ausrüstung und den zweiten Radiator miteinander verbindet, kann geschlossen sein, während die vierte Zweigleitung durch den Betrieb des vierten Ventils geöffnet ist, ein Kühlmittel, das eine erhöhte Temperatur hat, während es durch den Verbrennungsmotor hindurchtritt, kann über das dritte Ventil zu der zweiten Verbindungsleitung geführt werden, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung und der ersten Zweigleitung zirkuliert, ein Hochtemperaturkühlmittel, das von der ersten Kühlmittelleitung entlang der zweiten Verbindungsleitung zirkuliert, kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe zu dem Heizkörper in der Heizvorrichtung geführt werden, die erste Verbindungsleitung kann durch den Betrieb des zweiten Ventils in der Klimaanlage einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden, und ein Kältemittel kann zirkulieren, der Hauptwärmetauscher kann derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel kondensiert, und der Nebenkondensator und das Nebenexpansionsventil können derart konfiguriert sein, dass sie den Betrieb in dem CE-Modul stoppen.
  • Der Verdampfer kann derart konfiguriert sein, dass er ein Kühlmittel, das durch den Betrieb des zweiten Ventils in der ersten Verbindungsleitung zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit einem verdampften Niedrigtemperaturkältemittel kühlt, und ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer hindurchgetreten ist, kann durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe entlang der ersten Verbindungsleitung zu dem Kühler geführt werden.
  • Darüber hinaus kann ein Sammelbehälter, der mit der vierten Zweigleitung verbunden ist, zwischen dem zweiten Radiator und dem Hauptwärmetauscher angeordnet sein. Der Hauptwärmetauscher, der Nebenkondensator und der Verdampfer können ein Wasserkühlungswärmetauscher sein, in welchen ein Kühlmittel eingeführt wird. Ein Kältemittel (bzw. Kühlmittel), das in dem CE-Modul zirkuliert, kann ein Kältemittel R152-a, R744 oder R290 sein. Die elektrische Ausrüstung kann einen Motor (z.B. einen Elektromotor), eine EPCU (Elektrische-Leistung-Steuereinrichtung) oder ein OBC (bordeigenes Ladegerät) umfassen, der Motor und die EPCU erzeugen während der Fahrt Wärme, und das OBC kann Wärme erzeugen, wenn es das Batteriemodul lädt. Die Heizvorrichtung kann ferner einen Innenheizkörper aufweisen, der in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet ist.
  • Wie oben beschrieben, kann in dem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein System vereinfacht werden, und eine Anordnung von Verbindungsrohren, in welchen ein Kühlmittel zirkuliert, kann durch wahlweises Wärmetauschen von Wärmeenergie, die von einem Kühlmittel erzeugt wird, mit einem Kühlmittel auf eine Kondensation und Verdampfung des Kältemittels vereinfacht werden, um eine Innentemperatur des Fahrzeuges durch das wärmegetauschte Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur oder einer hohen Temperatur einzustellen.
  • Ferner kann gemäß der Erfindung die Wärmeeffizienz des Fahrzeuges durch Nutzung der Abwärme der elektrischen Ausrüstung und eines Batteriemoduls verbessert werden, und die Fahrstrecke bzw. Reichweite des Fahrzeuges kann durch effiziente Temperatursteuerung eines Batteriemoduls erhöht werden, um eine optimale Leistung des Batteriemoduls zu erreichen. Darüber hinaus können gemäß der Erfindung die Gesamtgröße und das Gewicht durch kompakte Unterbringung eines CE(Zentralisierte Energie)-Moduls zum Erzeugen von Wärmeenergie durch Kondensation und Verdampfung eines Kühlmittels reduziert werden.
  • Außerdem kann gemäß der Erfindung durch Verwendung eines Hochleistungskältemittels R152-a, R744 oder R290 in dem CE-Modul im Vergleich zu einer Klimaanlage gemäß der bezogenen Technik verhindert werden, dass Geräusche, Vibrationen und funktionelle Instabilität erzeugt werden. Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung eine Nebenkühlung eines Kältemittels erhöht werden, um die Kühlleistung und die Effizienz zu verbessern, indem ein Nebenkondensator und ein Innenwärmetauscher zusammen derart konfiguriert sind, dass eine Kondensationsmenge des Kältemittels in dem CE-Modul erhöht wird. Außerdem können gemäß der Erfindung die Herstellungskosten und das Gewicht reduziert werden, und die Raumausnutzung kann durch Vereinfachung des gesamten Systems verbessert werden.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine Ansicht eines Zustands des Betriebs zur Kühlung einer elektrischen Ausrüstung und eines Batteriemoduls in einem Kühlmodus eines Fahrzeuges in dem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine Ansicht eines Zustands des Betriebs zur Durchführung eines Heizmodus des Fahrzeuges mittels einer Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 eine Ansicht eines Zustands des Betriebs zur Durchführung eines Heizmodus des Fahrzeuges mittels einer Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 eine Ansicht eines Zustands des Betriebs zur Durchführung eines Heizmodus des Fahrzeuges mittels einer Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung und einer Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
    • 6 eine Ansicht eines Zustands des Betriebs gemäß einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder ein anderer ähnlicher Begriff, wie hierin verwendet wird, allgemeine Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen, die Geländewagen (SUV) einschließen, Busse, Lastwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, die eine Vielfalt von Booten und Schiffen einschließen, Luftfahrzeuge, und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit Alternativkraftstoff (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl stammen) umfasst. Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen, zum Beispiel sowohl Benzinantrieb als auch Elektroantrieb aufweist.
  • Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben ist, die eine Mehrzahl von Einheiten zum Durchführen des beispielhaften Vorgangs verwendet, versteht es sich, dass die beispielhaften Vorgänge auch durch ein oder mehrere Module durchgeführt werden können. Außerdem versteht es sich, dass der Begriff Steuereinrichtung/Steuereinheit eine Hardware-Vorrichtung bezeichnet, die einen Speicher und einen Prozessor aufweist. Der Speicher ist derart konfiguriert, dass er die Module speichert, und der Prozessor ist speziell derart konfiguriert, dass er die Module anwendet, um einen oder mehrere Vorgänge durchzuführen, welche weiter unten beschrieben sind.
  • Die hierin verwendete Terminologie ist lediglich für den Zweck der Beschreibung besonderer Ausführungsformen, und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung zu beschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine“ und „die“ dazu bestimmt, auch die Pluralformen zu umfassen, wenn nicht der Zusammenhang deutlich etwas anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ irgendeine und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente.
  • Sofern nicht speziell genannt oder aus dem wie hierin verwendeten Kontext ersichtlich, ist der Begriff „etwa“ als innerhalb einer normalen Toleranz in der Technik, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen von dem Durchschnitt zu verstehen. Der Begriff „etwa“ kann als innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01 % des genannten Wertes verstanden werden. Wenn nicht anderweitig aus dem Kontext ersichtlich, sind alle hierin vorgesehenen Zahlenwerte durch den Begriff „etwa“ modifiziert.
  • Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf eine Anzahl von erläuternden beispielhaften Ausführungsformen davon beschrieben wurden, versteht es sich, dass zahlreiche andere Modifikationen und Ausführungsformen von technisch versierten Fachleuten erdacht werden können, die in den Sinn und Bereich der Grundsätze der vorliegenden Erfindung fallen.
  • Die Zeichnungen und Beschreibung sind als im Wesen erläuternd und nicht beschränkend zu betrachten, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente durch die Beschreibung hinweg. Da die Größe und die Dicke jeder in den Zeichnungen gezeigten Konfiguration zum besseren Verständnis und zur Erleichterung der Beschreibung willkürlich gezeigt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Zeichnungen beschränkt, und die Dicke von Schichten, Filmen, Paneelen, Bereichen usw. sind zur Deutlichkeit übertrieben. Ferner bedeuten Begriffe, wie „... einheit“, „... mittel“, „... einrichtung“ und „... element“, die in der Beschreibung beschrieben sind, eine Einheit einer kollektiven Konfiguration, um wenigstens eine Funktion oder einen Vorgang durchzuführen.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Ein Wärmepumpensystem 1 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung tauscht wahlweise Wärmeenergie, die von einem Kältemittel bei einer Kondensation und Verdampfung erzeugt wird, mit einem Kühlmittel aus, um einen Kühlmodus oder einen Heizmodus des Fahrzeuges durch ein Niedrigtemperatur- oder Hochtemperaturkühlmittel durchzuführen. Ein solches Wärmepumpensystem 1 kann bei einem Hybridfahrzeug verwendet werden, das einen Verbrennungsmotor 12 und eine Antriebsleistung eines Elektromotors verwendet.
  • Mit Bezug auf 1 kann das Wärmepumpensystem 1 eine Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10, eine Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20, ein Batteriemodul 30, ein CE(Zentralisierte Energie)-Modul 40, eine Klimaanlage 50 und eine Heizvorrichtung 60 aufweisen. Zuerst kann die Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10 einen ersten Radiator 13 und eine erste Wasserpumpe 15 aufweisen, die über eine erste Kühlmittelleitung 11 miteinander verbunden sind, und kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung 11 zirkuliert, um den Verbrennungsmotor 12 zu kühlen. Der erste Radiator 13 kann an einer Vorderseite des Fahrzeuges angeordnet sein, und ein Kühlgebläse 14 kann an einer Rückseite des Fahrzeuges angeordnet sein, um das Kühlmittel durch den Betrieb des Kühlgebläses 14 und durch Wärmeaustausch mit Außenluft zu kühlen.
  • Insbesondere kann eine erste Zweigleitung 17 in der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10 angeordnet sein. Die erste Zweigleitung 17 kann zwischen dem ersten Radiator 13 und dem Verbrennungsmotor 12 über einen Thermostat 16, der in der ersten Kühlmittelleitung 11 zwischen dem ersten Radiator 13 und der ersten Wasserpumpe 15 angeordnet ist, mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden sein. Die erste Zweigleitung 17 kann durch den Betrieb des Thermostats 16 wahlweise geöffnet werden, wenn eine Temperatur des Kühlmittels durch Absorbieren von Abwärme, die von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugt wird, erhöht wird. Insbesondere kann die erste Kühlmittelleitung 11, die mit dem ersten Radiator 13 verbunden ist, durch den Betrieb des Thermostats 16 geschlossen werden.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 einen zweiten Radiator 22 und eine zweite Wasserpumpe 24 aufweisen, die über eine zweite Kühlmittelleitung 21 miteinander verbunden sind, und kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Kühlmittel in der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkuliert, um eine elektrische Ausrüstung 26 zu kühlen. Insbesondere kann die elektrische Ausrüstung 26 eine EPCU (Elektrische-Leistung-Steuereinrichtung) mit einem Motor, ein OBC (bordeigenes Ladegerät) und einen Motor (z.B. Elektromotor) aufweisen.
  • Die EPCU kann derart konfiguriert sein, dass sie während der Fahrt Wärme erzeugt, und das OBC kann derart konfiguriert sein, dass es Wärme erzeugt, wenn das Batteriemodul 30 geladen wird. Dementsprechend kann, wenn Abwärme der elektrischen Ausrüstung 25 in dem Heizmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird, Wärme, die von der EPCU erzeugt wird, zurückgewonnen werden, und die von der OBC erzeugte Wärme kann zurückgewonnen werden, wenn das Batteriemodul 30 geladen wird. Der zweite Radiator 22 kann an einer Vorderseite des ersten Radiators 13 angeordnet sein und kann derart konfiguriert sein, dass er das Kühlmittel durch einen Betrieb des Kühlgebläses 14 und einen Wärmeaustausch mit Außenluft kühlt.
  • Die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 kann derart konfiguriert sein, dass sie das in dem zweiten Radiator 22 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkuliert, um die elektrische Ausrüstung 26 zu kühlen, bevor sie überhitzt wird. Das Batteriemodul 30 kann in einer Batteriekühlmittelleitung 31 angeordnet sein, die über ein erstes Ventil V1 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 wahlweise verbunden ist. Insbesondere kann das erste Ventil V1 die zweite Kühlmittelleitung 21, die mit der elektrischen Ausrüstung 26 verbunden ist, und die Batteriekühlmittelleitung 31 zwischen dem zweiten Radiator 22 und dem Batteriemodul 30 wahlweise miteinander verbinden.
  • Das Batteriemodul 30 kann derart konfiguriert sein, dass es der elektrischen Ausrüstung 26 Strom zuführt, und kann ein Wasserkühlungstyp sein, und daher kann das Batteriemodul 30 durch ein Kühlmittel gekühlt werden, das entlang der Kühlmittelleitung 31 strömt. Mit anderen Worten kann das Batteriemodul 30 über die Batteriekühlmittelleitung 31 basierend auf einem Betrieb des ersten Ventils V1 mit der elektrischen Ausrüstung 20 wahlweise verbunden sein und kann durch das Kühlmittel, das entlang der Batteriekühlmittelleitung 31 zirkuliert, gekühlt werden.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann die Klimaanlage 50 über ein zweites Ventil V2 mit der Batteriekühlmittelleitung 31 wahlweise verbunden sein. In einer solchen Klimaanlage 50 ist eine erste Verbindungsleitung 52 vorgesehen, um den Innenraum des Fahrzeuges durch wahlweises Bilden eines unabhängigen geschlossenen Kreislaufs zu kühlen. Außerdem kann die Klimaanlage 50 einen Kühler 54 und eine dritte Wasserpumpe 56 aufweisen, die in der ersten Verbindungsleitung 52 angeordnet sind.
  • Die Klimaanlage 50 kann derart konfiguriert sein, dass sie den Kühler 54 durch ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 entlang der ersten Verbindungsleitung 52 zirkuliert, kühlt und durch das CE-Modul 40 gekühlt wird. Insbesondere kann der Kühler 54 in einem HVAC(Heizung, Lüftung, Klimatisierung)-Modul (nicht gezeigt) angeordnet sein, das innerhalb des Fahrzeuges montiert ist. Dementsprechend kann die Luft, die von dem HVAC-Modul zu dem Innenraum des Fahrzeuges geführt wird, durch Wärmeaustausch mit dem Niedrigtemperaturkühlmittel gekühlt werden, während sie durch den Kühler 54 hindurchtritt.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann die Heizvorrichtung 60 über ein drittes Ventil V3 mit der ersten Kühlmittelleitung 11 wahlweise verbunden sein. In einer solchen Heizvorrichtung 60 kann eine zweite Verbindungsleitung 62 ausgebildet sein, um den Innenraum des Fahrzeuges durch wahlweises Bilden eines unabhängigen geschlossenen Kreislaufs zu heizen. Außerdem kann die Heizvorrichtung 60 einen Heizkörper 64, der in der zweiten Verbindungsleitung 62 angeordnet ist, und eine vierte Wasserpumpe 66 aufweisen. Insbesondere kann die Heizvorrichtung 60 ferner einen Innenheizkörper 68 aufweisen, der in der zweiten Verbindungsleitung 62 angeordnet ist. Der Innenheizkörper 68 kann wahlweise betrieben werden, um eine Temperatur des Kühlmittels zu erhöhen, wenn die Temperatur des Kühlmittels, das durch die zweite Verbindungsleitung 62 zirkuliert, geringer als eine Temperatur des Innenraumes des Fahrzeuges ist. Der Innenheizkörper 68 kann ein elektrischer Heizkörper sein, welcher derart konfiguriert ist, dass er basierend auf einer Stromzufuhr arbeitet.
  • Die Heizvorrichtung 60 kann derart konfiguriert sein, dass sie das Kühlmittel durch einen Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zirkuliert, und kann derart konfiguriert sein, dass sie den Heizkörper 64 durch ein Hochtemperaturkühlmittel heizt, das durch das CE-Modul 40 erwärmt wird. Insbesondere kann der Heizkörper 64 in dem HVAC-Modul (nicht gezeigt) angeordnet sein, das innerhalb des Fahrzeuges montiert ist. Dementsprechend kann die Luft, die von dem HVAC-Modul zu dem Innenraum des Fahrzeuges geführt wird, durch Wärmeaustausch mit dem Hochtemperaturkühlmittel erwärmt werden, während sie durch die Heizung 64 hindurchtritt. Der Kühler 54 und die Heizung 64 können wassergekühlte Typen sein, die derart konfiguriert sind, dass sie basierend auf der Temperatur des darin eingeführten Kühlmittels kühlen oder heizen.
  • Indessen kann das zweite Ventil V2 die Batteriekühlmittelleitung 31 und die erste Verbindungsleitung 52 zwischen dem Batteriemodul 30 und dem Kühler 54 wahlweise miteinander verbinden. Außerdem kann das dritte Ventil V3 die erste Kühlmittelleitung 11 und die zweite Verbindungsleitung 62 zwischen dem Verbrennungsmotor 12 und dem Heizkörper 64 wahlweise miteinander verbinden. Das erste, das zweite und das dritte Ventil V1, V2 und V3 können derart konfiguriert sein, dass sie eine Strömungsrichtung des Kühlmittels einstellen. Indessen kann eine zusätzliche Wasserpumpe (nicht gezeigt) in der Batteriekühlmittelleitung 31 angeordnet sein, um das Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung 31 zu zirkulieren. Insbesondere können das zweite und das dritte Ventil V2 und V3 als 4-Wege-Ventile vorgesehen sein. Außerdem können die erste, die zweite, die dritte und die vierte Wasserpumpe 15, 24, 56 und 66 elektrische Wasserpumpen sein.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann das CE-Modul 40 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der ersten und der zweiten Verbindungsleitung 52 und 62 verbunden sein, um ein Niedrigtemperaturkühlmittel zu der Klimaanlage 50 bzw. ein Hochtemperaturkühlmittel zu der Heizvorrichtung 60 zu führen. Das CE-Modul 40 kann derart konfiguriert sein, dass es einen Wärmeaustausch zwischen der Wärmeenergie, die aus der Kondensation und Verdampfung eines in dem CE-Modul 40 zirkulierenden Kältemittels erzeugt wird, und dem Kühlmittel wahlweise durchführt, und das wärmegetauschte Niedrigtemperatur- oder Hochtemperaturkühlmittel kann zu der Klimaanlage 50 und der Heizvorrichtung 60 geführt werden.
  • Insbesondere kann das Kältemittel ein Hochleistungskältemittel R152-a, R744 oder R290 sein. Mit anderen Worten kann das Niedrigtemperaturkühlmittel über die erste Verbindungsleitung 52 zu dem Kühler 54 geführt werden, und das Hochtemperaturkühlmittel kann über die zweite Verbindungsleitung 62 zu dem Heizkörper 64 geführt werden. Das CE-Modul 40 kann einen Hauptwärmetauscher 42, ein Expansionsventil 45, einen Verdampfer 46 und einen Kompressor 48 aufweisen. Zuerst kann der Hauptwärmetauscher 42 in der zweiten Kühlmittelleitung 21 zwischen dem zweiten Radiator 22 und dem Batteriemodul 30 angeordnet sein. Der Hauptwärmetauscher 42 kann derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel kondensiert oder verdampft.
  • Dementsprechend kann der Hauptwärmetauscher 42 derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert oder verdampft, und die Wärmeenergie, die aus der Kondensation oder Verdampfung des Kältemittels erzeugt wird, kann zu dem Kühlmittel geführt werden, um die Temperatur des Kühlmittels zu erhöhen oder zu verringern. Das Expansionsventil 45 kann über eine Kältemittelleitung 41 mit dem Hauptwärmetauscher 42 verbunden sein. Das Expansionsventil 45 kann durch Aufnehmen eines Kältemittels, das durch den Hauptwärmetauscher 42 hindurchgetreten ist, expandiert werden. Das Expansionsventil 45 kann aus entweder einem mechanischen oder einem elektronischen Typ gebildet sein.
  • Ferner kann der Verdampfer 46 über die Kältemittelleitung 41 mit dem Expansionsventil 45 verbunden sein, und kann in der ersten Verbindungsleitung 52 angeordnet sein, um das Kühlmittel, das entlang der ersten Verbindungsleitung 52 in der Klimaanlage 50 zirkuliert, zu kühlen. Der Verdampfer 46 kann derart konfiguriert sein, dass er das darin eingeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft, und die Niedrigtemperatur-Wärmeenergie, die aus der Verdampfung des Kältemittels erzeugt wird, kann zu dem Kühlmittel geführt werden, um die Temperatur des Kühlmittels zu reduzieren. Außerdem kann der Kompressor 48 in der Kältemittelleitung 41 zwischen dem Verdampfer 46 und dem Hauptwärmetauscher 42 angeordnet sein. Der Kompressor 48 kann derart konfiguriert sein, dass er ein Kältemittel komprimiert, das von dem Verdampfer 46 in einem Gaszustand abgeführt wird.
  • Außerdem können ein Sammler 47 und ein Innenwärmetauscher 44 in der Kältemittelleitung 41 zwischen dem Verdampfer 46 und dem Kompressor 48 nacheinander angeordnet sein. Die Kältemittelleitung 41, die den Hauptwärmetauscher 42 und das Expansionsventil 45 miteinander verbindet, und die Kältemittelleitung 41, die den Sammler 47 und den Kompressor 48 miteinander verbindet, können jeweils mit dem Innenwärmetauscher 44 verbunden sein. Wenn der Hauptwärmetauscher 42 das Kältemittel kondensiert, kann der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert sein, dass er das durch den Hauptwärmetauscher 42 kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem von dem Verdampfer 46 abgeführten Niedrigtemperaturkältemittel zusätzlich kondensiert, und dann kann das zusätzlich kondensierte Kältemittel in das Expansionsventil 45 eingeführt werden.
  • Der Sammler 47 kann in der Kältemittelleitung 41 zwischen dem Innenwärmetauscher 44 und dem Kompressor 48 angeordnet sein. Der Sammler 47 kann derart konfiguriert sein, dass er ein Kältemittel nur in einem Gaszustand zu dem Kompressor 48 führt, um somit die Effizienz und die Haltbarkeit des Kompressors 48 zu verbessern. Dementsprechend kann das von dem Verdampfer 46 abgeführte Kältemittel nach dem Austauschen von Wärme mit dem von dem Hauptwärmetauscher 42 zugeführten Kältemittel zu dem Kompressor 48 geführt werden, während es durch den Innenwärmetauscher 44 hindurchtritt. Das kondensierte Kältemittel, das von dem Hauptwärmetauscher 42 abgeführt wird, und das Niedrigtemperaturkältemittel, das von dem Verdampfer 46 abgeführt wird, können jeweils in den Innenwärmetauscher 44 eingeführt werden. Dementsprechend kann der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert sein, dass er zusätzlich Wärme zwischen dem Niedrigtemperaturkältemittel und dem kondensierten Kältemittel tauscht, um eine Temperatur des Kältemittels weiter zu verringern und die Menge der Kondensation zu erhöhen. Wie beschrieben, kann, da der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert sein kann, dass er das Kältemittel, das in dem Hauptwärmetauscher 42 kondensiert wurde, weiter kondensiert, die Nebenkühlung des Kältemittels erhöht werden, und demensprechend kann ein Wirkungsgrad, welcher ein Koeffizient der Kühlungsleistung in Bezug auf den Energieverbrauch des Kompressors ist, verbessert werden.
  • Darüber hinaus kann das CE-Modul 40 ferner einen Nebenkondensator 43 und ein Nebenexpansionsventil 49 aufweisen. Zuerst kann der Nebenkondensator 43 über die Kältemittelleitung 41 zwischen dem Hauptwärmetauscher 42 und dem Kompressor 48 mit dem Kompressor 48 verbunden sein, und kann in der zweiten Verbindungsleitung 62 angeordnet sein, um das Kühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 in der Heizvorrichtung 60 zirkuliert, zu erwärmen. Außerdem kann das Nebenexpansionsventil 49 in der Kältemittelleitung 41 zwischen dem Nebenkondensator 43 und dem Hauptwärmetauscher 42 angeordnet sein.
  • Der Nebenkondensator 43 kann derart konfiguriert sein, dass er primär ein von dem Kompressor 48 abgeführtes Kältemittel kondensiert, wenn der Hauptwärmetauscher 42 das Kältemittel kondensiert. Dementsprechend kann der Hauptwärmetauscher 42 derart konfiguriert sein, dass er zusätzlich das in dem Nebenkondensator 43 kondensierte Kältemittel kondensiert, wodurch die Menge der Kondensation des Kältemittels erhöht wird. Insbesondere kann das Nebenexpansionsventil 49 das Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher 42 lassen, ohne dass das Kältemittel expandiert. Wenn der Hauptwärmetauscher 42 das Kältemittel verdampft, kann das Nebenexpansionsventil 49 das von dem Nebenkondensator 43 abgeführte Kältemittel expandieren und dann das expandierte Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher 42 führen.
  • Darüber hinaus tauschen in der beispielhaften Ausführungsform das verdampfte Niedrigtemperaturkältemittel in dem Innenwärmetauscher 44 und das kondensierte Kältemittel Wärme miteinander aus, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Ein wenig Kältemittel, das von dem Innenwärmetauscher 44 abgeführt wird, kann umgeleitet und dann gekühlt werden, und ein übriges Kältemittel, das von dem innenwärmetauscher 44 eingeführt wird, kann durch gleichzeitige Verwendung des gekühlten Kältemittels und des von dem Verdampfer 46 abgeführten Niedrigtemperaturkältemittels gekühlt werden, um die Nebenkühlung des Kältemittels zu erhöhen. Ein solcher Hauptwärmetauscher 42, Nebenkondensator 43 und Verdampfer 46 können Wasserkühlungstypen von Wärmetauschern sein, in welche ein Kühlmittel eingeführt wird.
  • Wenn das Expansionsventil 45 ein elektronisches Ventil ist, kann das Kühlmittel nacheinander den Nebenkondensator 43, den Hauptwärmetauscher 42 und den Innenwärmetauscher 44 durchlaufen, und kann dann in den Verdampfer 46 eingeführt werden. Das aus dem Verdampfer 46 abgeführte Kältemittel kann nach dem Hindurchtreten durch den Innenwärmetauscher 44 an den Kompressor 48 abgeführt werden. Insbesondere kann ein Sensor, welcher derart konfiguriert ist, dass er eine Temperatur und einen Druck eines Kältemittels misst, separat in der Kältemittelleitung 41 vorgesehen sein, die den Innenwärmetauscher 44 und den Kompressor 48 miteinander verbindet, und der Sensor kann derart konfiguriert sein, dass er die Menge der Expansion des Expansionsventils 45 durch Messen der Überhitzung des Kältemittels einstellt.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann eine zweite Zweigleitung 32 in der Batteriekühlmittelleitung 31 angeordnet sein, um das Batteriemodul 30 über das erste Ventil V1 mit der Klimaanlage 50 zu verbinden, und schließt die Verbindung mit der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20. Das erste Ventil V1 kann die zweite Kühlmittelleitung 21 und die Batteriekühlmittelleitung 31 wahlweise miteinander verbinden, oder die Batteriekühlmittelleitung 31 und die zweite Zweigleitung 32 wahlweise miteinander verbinden, um eine Strömung des Kühlmittels zu steuern. Mit anderen Worten kann, wenn das Batteriemodul 30 durch ein in dem zweiten Radiator 22 gekühltes Kühlmittel gekühlt wird, das erste Ventil V1 die zweite Kühlmittelleitung 21, die mit dem zweiten Radiator 22 verbunden ist, und die Batteriekühlmittelleitung 31 miteinander verbinden und die zweite Zweigleitung 32 schließen.
  • Außerdem kann, wenn das Batteriemodul 30 durch das Kühlmittel gekühlt wird, welches mit dem Kältemittel Wärme ausgetauscht hat, während es durch die Klimaanlage 50 zirkuliert, das erste Ventil V1 die zweite Zweigleitung 32 öffnen, und kann die Verbindung zwischen der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der Batteriekühlmittelleitung 31 schließen. Insbesondere kann das zweite Ventil V2 derart konfiguriert sein, dass es wahlweise betrieben wird, um die Batteriekühlmittelleitung 31 mit der ersten Verbindungsleitung 52 zu verbinden. Dementsprechend kann das Niedrigtemperaturkühlmittel, das mit dem Kältemittel in dem Verdampfer 46 Wärme getauscht hat, über die erste Zweigleitung 32, die durch das erste Ventil V1 geöffnet ist, und die erste Verbindungsleitung 52, die über das zweite Ventil V2 mit der Batteriekühlmittelleitung 31 verbunden ist, in das Batteriemodul 30 eingeführt werden, um das Batteriemodul 30 wirksam zu kühlen.
  • In der beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Kühlmittelleitung 21 eine dritte Zweigleitung 34 aufweisen, welche die Batteriekühlmittelleitung 31 und die zweite Kühlmittelleitung 21 trennt. Die dritte Zweigleitung 34 kann mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 wahlweise verbunden sein, und daher kann die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 durch die zweite Kühlmittelleitung 21 einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden. Insbesondere kann ein separates Ventil an einer Stelle, an welcher die dritte Zweigleitung 34 die zweite Kühlmittelleitung 21 und die Batteriekühlmittelleitung 31 kreuzt, oder in der dritten Zweigleitung 34 angeordnet sein. Das separate Ventil kann ein 3-Wege-Ventil oder ein 2-Wege-Ventil sein.
  • Ferner kann eine vierte Zweigleitung 36, die über ein viertes Ventil V4 zwischen dem zweiten Radiator 22 und der zweiten Wasserpumpe 24 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden ist, in der zweiten Kühlmittelleitung 21 angeordnet sein, welche die elektrische Ausrüstung 26 mit dem zweiten Radiator 22 verbindet. Die vierte Zweigleitung 36 kann durch einen Betrieb des vierten Ventils V4 wahlweise geöffnet sein, wenn die Temperatur des Kühlmittels durch Absorbieren von Abwärme, die von der elektrischen Ausrüstung 26 erzeugt wird, erhöht wird. Insbesondere kann die mit dem zweiten Radiator 22 verbundene zweite Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen werden.
  • Darüber hinaus kann ein Sammelbehälter 28, der mit der vierten Zweigleitung 36 verbunden ist, zwischen dem zweiten Radiator 22 und dem Hauptwärmetauscher 42 angeordnet sein. Der Sammelbehälter 28 kann derart konfiguriert sein, dass er ein gekühltes Kühlmittel speichert, das von dem zweiten Radiator 22 eingeführt wird. Insbesondere können das erste und das vierte Ventil V1 und V4 3-Wege-Ventile sein, die derart konfiguriert sind, dass sie eine Strömungsrate einstellen. Ferner ist, obwohl in der beispielhaften Ausführungsform kein Ventil in der dritten Zweigleitung 34 einbezogen ist, die Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Ventil ist nach Bedarf zum wahlweisen Öffnen der dritten Zweigleitung 34 anwendbar. Mit anderen Worten kann die dritte Zweigleitung 34 derart konfiguriert sein, dass sie eine Strömungsrate des Kühlmittels einstellt, das durch den Betrieb der zweiten Kühlmittelleitung 21, der Batteriekühlmittelleitung 31, der zweiten und der vierten Zweigleitung 32 und 36 und der zweiten und der dritten Wasserpumpe 24 und 56 zirkuliert, die in dem jeweiligen Modus des Fahrzeuges (z.B. Heizung, Kühlung, Entfeuchtung) wahlweise miteinander verbunden sind, um die Öffnung der dritten Zweigleitung 34 einzustellen.
  • Nachfolgend wird mit Bezug auf die 2 bis 6 der Betrieb in jedem Modus des wie oben konfigurierten Wärmepumpensystems 1 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die hierin beschriebenen Vorgänge können von einer Steuereinrichtung ausgeführt werden.
  • Zuerst wird mit Bezug auf 2 ein Betrieb der Kühlung des Batteriemoduls 30 zusammen mit der elektrischen Ausrüstung 26 in einem Kühlmodus des Fahrzeuges beschrieben. Die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 arbeitet, um die elektrische Ausrüstung 26 zu kühlen. Jedes Bauelement des CE-Moduls 40 arbeitet, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen, und das Kältemittel zirkuliert entlang der Kältemittelleitung 41. Außerdem kann der Betrieb der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10 gestoppt werden.
  • Insbesondere kann die zweite Zweigleitung 32 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geöffnet sein. Ferner ist die dritte Zweigleitung 34 geöffnet. Außerdem kann die Verbindung der zweiten Kühlmittelleitung 21 mit der Batteriekühlmittelleitung 31 durch den Betrieb der geöffneten zweiten und dritten Zweigleitung 32 und 34 und des ersten Ventils V1 geschlossen sein. Die Batteriekühlmittelleitung 21, die mit dem Batteriemodul 30 verbunden ist, kann durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 mit der ersten Verbindungsleitung 52 verbunden sein. In der Heizvorrichtung 60 kann die vierte Wasserpumpe 66 derart konfiguriert sein, dass sie den Betrieb stoppt, und daher wird die Strömung des Kühlmittels in der zweiten Verbindungsleitung 62 gestoppt.
  • Der Hauptwärmetauscher 42 des CE-Moduls 40 kann derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel durch das Kühlmittel kondensiert, das entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 eingeführt wird. Außerdem stoppen der Nebenkondensator 43 und das Nebenexpansionsventil 49 den Betrieb, da der Betrieb der Heizvorrichtung 60 gestoppt ist. Die vierte Zweigleitung 36 kann durch den Betrieb des vierten Ventils V4 geschlossen sein. Gleichzeitig kann das vierte Ventil V4 die zweite Kühlmittelleitung 21 öffnen, welche die elektrische Ausrüstung 26 und den zweiten Radiator 22 miteinander verbindet. Dementsprechend kann das in dem zweiten Radiator 22 gekühlte Kühlmittel entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkulieren, die mit der dritten Zweigleitung 34 verbunden ist, die durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 geöffnet ist.
  • Mit anderen Worten kann in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 die geöffnete dritte Zweigleitung 34 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden sein, um zu ermöglichen, dass ein unabhängiger geschlossener Kreislauf gebildet wird. Dann kann das in dem zweiten Radiator 22 gekühlte Kühlmittel die elektrische Ausrüstung 26 kühlen, während es durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 zirkuliert. Das Kühlmittel in der Batteriekühlmittelleitung 31 kann durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 entlang der Batteriekühlmittelleitung 31, der zweiten Zweigleitung 32 und der ersten Verbindungsleitung 52 zirkulieren. Mit anderen Worten kann das entlang der Batteriekühlmittelleitung 31 zirkulierende Kühlmittel durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 und der dritten Wasserpumpe 56 in die erste Verbindungsleitung 52 eingeführt werden. Dementsprechend kann das Kühlmittel entlang der Batteriekühlmittelleitung 31 und der ersten Verbindungsleitung 52 zirkulieren.
  • Außerdem kann der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert sein, dass er das von dem Hauptwärmetauscher 42 kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch des Kältemittels mit einem von dem Verdampfer 46 ausgelassenen Niedrigtemperaturkältemittel zusätzlich kondensiert, um somit eine Kondensationsmenge des Kältemittels zu erhöhen. Ferner tauscht der Verdampfer 46 Wärme des Kühlmittels, das durch einen Betrieb des zweiten Ventils V2 von der Batteriekühlmittelleitung 31 durch die erste Verbindungsleitung 52 zirkuliert, mit einem Niedrigtemperaturkältemittel, das darin verdampft wird.
  • Das Niedrigtemperaturkühlmittel, das den Verdampfer 46 durchlaufen hat, kann durch einen Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 über die erste Verbindungsleitung 52 zu dem Kühler 54 geführt werden. Mit anderen Worten kann das Kältemittel, das durch die Kältemittelleitung 41 in dem CE-Modul 40 zirkuliert, mit dem Kühlmittel, das den Hauptwärmetauscher 42 derart durchlaufen hat, dass es primär kondensiert wird, wärmegetauscht werden. Das von dem Hauptwärmetauscher 42 ausgelassene Kältemittel kann dann weiter mit einem Niedrigtemperaturkältemittel aus dem Verdampfer 46 in dem Innenwärmetauscher 44 wärmegetauscht werden, um eine Kondensationsmenge weiter zu erhöhen.
  • Das Kühlmittel, das eine erhöhte Kondensationsmenge hat, kann durch das Expansionsventil 45 expandiert werden, und kann durch den Verdampfer 46 verdampft werden. Insbesondere kühlt das von dem Verdampfer 46 verdampfte Kältemittel das über die erste Verbindungsleitung 52 eingeführte Kühlmittel. Das Kältemittel, das eine Kondensationsmenge hat, die ansteigt, während es nacheinander durch den Hauptwärmetauscher 42 und den Innenwärmetauscher 44 hindurchtritt, kann expandiert werden und dann zu dem Verdampfer 46 geführt werden, und somit kann das Niedrigtemperaturkältemittel verdampft werden. In der beispielhaften Ausführungsform ist der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert, dass er das Kältemittel zusätzlich kondensiert, so dass die Nebenkühlung des Kältemittels vorteilhafter ist. Außerdem kann, da das Kältemittel, von dem die Nebenkühlung durchgeführt wird, mit einer niedrigen Temperatur in dem Verdampfer 46 verdampft werden kann, eine Temperatur des Kühlmittels, das in dem Verdampfer 46 wärmegetauscht wird, weiter reduziert werden, wodurch die Leistung und die Effizienz der Klimaanlage verbessert wird.
  • Indessen kann das in dem Verdampfer 46 verdampfte Kältemittel das über die erste Verbindungsleitung 52 eingeführte Kühlmittel kühlen. Dementsprechend kann das Kühlmittel auf eine niedrige Temperatur gekühlt werden, während es durch den Verdampfer 46 hindurchtritt, und kann dann über die erste Verbindungsleitung 52 zu dem Kühler 54 geführt werden. Ferner kann die in das HVAC-Modul (nicht gezeigt) eingeführte Außenluft gekühlt werden, während sie mit dem in den Kühler 54 eingeführten Niedrigtemperaturkühlmittel Wärme tauscht. Danach kann die gekühlte Außenluft direkt in das Fahrzeug eingeführt werden, um somit den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen. Indessen kann das Niedrigtemperaturkühlmittel, das den Kühler 54 durchlaufen hat, in das Batteriemodul 30 eingeführt werden, während es entlang der Batteriekühlmittelleitung 31 strömt, die durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 mit der ersten Verbindungsleitung 52 verbunden ist. Dementsprechend kann das Batteriemodul 30 durch das über die Batteriekühlmittelleitung 31 zugeführte Niedrigtemperaturkühlmittel wirksame gekühlt werden.
  • Mit Bezug auf 3 wird ein Betrieb zum Durchführen eines Heizmodus des Fahrzeuges mittels der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10 in dem Wärmepumpensystem des Fahrzeuges gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 ist gestoppt. Dementsprechend ist die Zirkulation des Kühlmittels in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 gestoppt. Außerdem stoppt das CE-Modul 40 den Betrieb, und somit ist die Zirkulation des Kältemittels gestoppt.
  • Insbesondere kann die erste Zweigleitung 17 durch den Betrieb des Thermostats 16 geöffnet sein. Die zweite Verbindungsleitung 62 kann durch den Betrieb des dritten Ventils V3 mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden sein. Außerdem kann die erste Kühlmittelleitung 11, die den Thermostat 16 und den ersten Radiator 13 miteinander verbindet, geschlossen sein, während der Thermostat 16 die erste Zweigleitung 17 öffnet. In der Klimaanlage 50 kann die dritte Wasserpumpe 56 derart konfiguriert sein, dass sie den Betrieb stoppt, und somit ist die Strömung des Kühlmittels in der ersten Verbindungsleitung 52 gestoppt. Dementsprechend kann das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht ist, während es den Verbrennungsmotor 12 kühlt, über das dritte Ventil V3 zu der zweiten Verbindungsleitung 62 geführt werden, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 17 zirkuliert.
  • Ein Hochtemperaturkühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zirkuliert, kann dann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 in der Heizvorrichtung 60 von der ersten Kühlmittelleitung 11 zugeführt werden. Dementsprechend kann die in das HVAC-Modul (nicht gezeigt) eingeführte Außenluft erwärmt werden, während sie durch den Heizkörper 64 hindurchtritt, in welchen das Hochtemperaturkühlmittel eingeführt wird, und kann dann in das Fahrzeug eingeführt werden, während sie in einem Hochtemperaturzustand ist, um somit den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen.
  • Darüber hinaus kann der in der zweiten Verbindungsleitung 62 angeordnete Innenheizkörper 68 zu arbeiten beginnen, um eine Temperatur des zu dem Heizkörper 64 geführten Kühlmittels zu erhöhen, wenn die Temperatur des Kühlmittels geringer als eine gesetzte Temperatur ist. Mit anderen Worten verwendet das Wärmepumpensystem 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform die von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugte Abwärme, um eine Temperatur eines zu dem Heizkörper 64 geführten Kühlmittels zu erhöhen, wenn der Heizmodus des Fahrzeuges mittels der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10 durchgeführt wird, um somit die Heizeffizienz zu verbessern.
  • Nun wird mit Bezug auf 4 der Betrieb zur Durchführung des Heizmodus des Fahrzeuges mittels der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die erste Wasserpumpe 15 stoppt den Betrieb in der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10. Dementsprechend wird die Zirkulation des Kühlmittels in der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 20 gestoppt. Jedes Bauelement des CE-Moduls 40 arbeitet, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen, und das Kältemittel zirkuliert entlang der Kältemittelleitung 41.
  • Insbesondere kann die zweite Zweigleitung 32 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen sein, und die dritte Zweigleitung 34 ist geöffnet. Dementsprechend kann die Verbindung zwischen der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der Batteriekühlmittelleitung 31 geschlossen sein. Außerdem kann die vierte Zweigleitung 36 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 geöffnet sein. Ferner kann das vierte Ventil V4 die zweite Kühlmittelleitung 21 schließen, welche die elektrische Ausrüstung 26 und den zweiten Radiator 22 miteinander verbindet. Dann kann eine Temperatur des Kühlmittels, das in der zweiten Kühlmittelleitung 21 in einem Zustand zirkuliert, in dem es nicht durch den zweiten Radiator 22 hindurchtritt, erhöht werden, während es die elektrische Ausrüstung 26 kühlt.
  • Das dritte Ventil V3 kann die Verbindung zwischen der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Verbindungsleitung 62 schließen, um zu ermöglichen, dass die zweite Verbindungsleitung 62 einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bildet. Das Kühlmittel kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 in der Heizvorrichtung 60 entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zirkulieren. In der Klimaanlage 50 kann der Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 gestoppt werden, und daher ist die Strömung des Kühlmittels in der ersten Verbindungsleitung 52 gestoppt. Dementsprechend stoppt der Betrieb des Expansionsventils 45 und des Verdampfers 46, da der Betrieb der Klimaanlage 50 stoppt.
  • Ferner kann eine Temperatur des Kühlmittels, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 in der Heizvorrichtung 60 zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperaturkältemittel, das von dem Kompressor 48 zu dem Nebenkondensator 43 geführt wird, erhöht werden. Das Hochtemperaturkühlmittel, das den Nebenkondensator 43 durchlaufen hat, kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zu dem Heizkörper 64 geführt werden. Insbesondere erhöht die von der elektrischen Ausrüstung 26 erzeugte Abwärme die Temperatur des Kühlmittels, das entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkuliert.
  • Das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, kann durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 den Hauptwärmetauscher 42 durchlaufen, und kann daher zurückgewonnen werden, während es eine Temperatur des Kältemittels erhöht, das von dem Hauptwärmetauscher 42 abgeführt wird. Ein Kältemittel, das kondensiert wird, während es den Nebenkondensator 43 durchläuft, kann durch den Betrieb des Nebenexpansionsventils 49 in einem expandierten Zustand zu dem Hauptwärmetauscher 42 geführt werden. Mit anderen Worten kann der Hauptwärmetauscher 42 derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel verdampft. Dementsprechend kann das Kältemittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch den Hauptwärmetauscher 42 hindurchtritt, entlang der Kältemittelleitung 41 durch den Innenwärmetauscher 44 und das Expansionsventil 45 hindurchtreten, und kann somit in den Kompressor 48 eingeführt werden. Insbesondere kann das Expansionsventil 45 derart konfiguriert sein, dass es das Kältemittel zu dem Kompressor 48 führt, ohne dass das Kältemittel expandiert. Mit anderen Worten kann das Kältemittel, dessen Temperatur erhöht wird, in den Kompressor 48 eingeführt werden, und kann bei einer höheren Temperatur mit einem höheren Druck in dem Kompressor 48 komprimiert werden und dann in den Nebenkondensator 43 eingeführt werden.
  • Darüber hinaus kann das Kühlmittel, das über die zweite Verbindungsleitung 62 zirkuliert, durch den Nebenkondensator 43 hindurchtreten, um mit dem Hochtemperaturkältemittel Wärme zu tauschen, so dass das Kühlmittel, das eine erhöhte Temperatur hat, zu dem Heizkörper 64 geführt werden kann. Dementsprechend kann die in das HVAC-Modul (nicht gezeigt) eingeführte Außenluft erwärmt werden, während sie durch den Heizkörper 64 hindurchtritt, in welchen das Hochtemperaturkühlmittel eingeführt wird, und die Außenluft, die eine erhöhte Temperatur hat, kann in das Fahrzeug eingeführt werden, um somit den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Mit anderen Worten kann das Wärmepumpensystem 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform in einem Heizmodus des Fahrzeuges die von der elektrischen Ausrüstung 26 erzeugte Abwärme nutzen, um eine Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors 48 reduziert wird und die Heizeffizienz verbessert wird.
  • Obwohl in 4 nicht gezeigt, können, wenn der Heizmodus des Fahrzeuges durch Zurückgewinnen von Abwärme des Batteriemoduls 30 zusammen mit der von der elektrischen Ausrüstung 26 erzeugten Abwärme durchgeführt wird, die zweite Kühlmittelleitung 21 und die Batteriekühlmittelleitung 31 über das erste Ventil V1 und das zweite Ventil V2 miteinander verbunden sein, und die zweite Zweigleitung 32 kann geschlossen sein. Außerdem kann, da die zweite Kühlmittelleitung 21 und die Batteriekühlmittelleitung 31 miteinander verbunden sein können, die dritte Zweigleitung 34 ebenfalls geschlossen sein.
  • Dann kann die von der elektrischen Ausrüstung 26 und dem Batteriemodul 30 erzeugte Abwärme zurückgewonnen werden, während das Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21, der vierten Zweigleitung 36 und der Batteriekühlmittelleitung 31 zirkuliert, und somit steigt die Temperatur des Kühlmittels an. Das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, kann eine Temperatur des Kältemittels durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel erhöhen, während es durch den Innenwärmetauscher 44 hindurchtritt.
  • Nachfolgend wird mit Bezug auf 5 die Durchführung des Heizmodus des Fahrzeuges mittels der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10 und der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die erste Zweigleitung 17 kann durch den Betrieb des Thermostats 16 geöffnet sein. Die zweite Verbindungsleitung 62 kann durch den Betrieb des dritten Ventils V3 mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden sein.
  • Außerdem kann der Thermostat 16 in dem offenen Zustand sein, und die erste Kühlmittelleitung 11, die den Thermostat 16 und den ersten Radiator 13 miteinander verbindet, kann geschlossen sein. Die zweite Zweigleitung 32 kann durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen sein, und die dritte Zweigleitung 34 kann geöffnet sein. Dementsprechend kann die Verbindung zwischen der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der Batteriekühlmittelleitung 31 geschlossen sein. Außerdem kann die vierte Zweigleitung 36 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 geöffnet sein. Außerdem kann das vierte Ventil V4 die zweite Kühlmittelleitung 21, welche die elektrische Ausrüstung 26 und den zweiten Radiator 22 miteinander verbindet, schließen. Dementsprechend kann die Temperatur des Kühlmittels, das in der ersten und der zweiten Kühlmittelleitung 11 und 21 zirkuliert, erhöht werden, während es den Verbrennungsmotor 12 und die elektrische Ausrüstung 26 kontinuierlich kühlt, ohne dass es durch den ersten und den zweiten Radiator 13 und 22 hindurchtritt.
  • Das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es den Verbrennungsmotor 12 kühlt, kann über das dritte Ventil V3 zu der zweiten Verbindungsleitung 62 geführt werden, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 17 zirkuliert. Dann kann ein Hochtemperaturkühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zirkuliert, durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 von der ersten Kühlmittelleitung 11 zu dem Heizkörper 64 geführt werden. Jedes Bauelement des CE-Moduls 40 arbeitet, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen, und das Kältemittel zirkuliert entlang der Kältemittelleitung 41.
  • Indessen kann in der Klimaanlage 50 der Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 derart konfiguriert sein, dass er stoppt, und somit ist die Strömung des Kühlmittels in der ersten Verbindungsleitung 52 gestoppt. Dementsprechend stoppen das Expansionsventil 45 und der Verdampfer 46 den Betrieb, da die Klimaanlage 50 den Betrieb stoppt. Eine Temperatur eines Hochtemperaturkühlmittels, das durch den Betrieb des dritten Ventils V3 in der Heizvorrichtung 60 von der ersten Kühlmittelleitung 11 zu der zweiten Verbindungsleitung 62 geführt wird, kann daher durch Wärmeaustausch mit dem Hochtemperaturkältemittel, das von dem Kompressor 48 zu dem Nebenkondensator 43 geführt wird, weiter erhöht werden.
  • Das Hochtemperaturkühlmittel, das den Nebenkondensator 43 durchlaufen hat, kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zu dem Heizkörper 64 geführt werden. Mit anderen Worten erhöht die von dem Verbrennungsmotor 12 erzeugte Abwärme eine Temperatur des Kühlmittels, das entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 zirkuliert. Außerdem erhöht die von der elektrischen Ausrüstung 26 erzeugte Abwärme eine Temperatur des Kühlmittels, das entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkuliert.
  • Das Kühlmittel, dessen Temperatur in der zweiten Kühlmittelleitung 21 erhöht wird, kann zurückgewonnen werden, während es eine Temperatur des von dem Hauptwärmetauscher 42 abgeführten Kältemittels erhöht, indem es durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 24 den Hauptwärmetauscher 42 durchläuft. Insbesondere kann das Kältemittel, das kondensiert wird, während es den Nebenkondensator 43 durchläuft, durch den Betrieb des Nebenexpansionsventils 49 in einem expandierten Zustand zu dem Hauptwärmetauscher 42 geführt werden. Mit anderen Worten kann der Hauptwärmetauscher 42 derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel verdampft. Dementsprechend kann das Kältemittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch den Hauptwärmetauscher 42 hindurchtritt, entlang der Kältemittelleitung 41 durch den Innenwärmetauscher 44 und das Expansionsventil 45 hindurchtreten, und kann dann in den Kompressor 48 eingeführt werden. Insbesondere kann das Expansionsventil 45 derart konfiguriert sein, dass es das Kältemittel zu dem Kompressor 48 führt, ohne dass das Kältemittel expandiert.
  • Mit anderen Worten kann das Kältemittel, dessen Temperatur erhöht wird, in den Kompressor 48 eingeführt werden, und kann mit einer höheren Temperatur und einem höheren Druck in dem Kompressor 48 komprimiert werden und dann in den Nebenkondensator 43 eingeführt werden. Indessen kann eine Temperatur des Kühlmittels, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit dem Hochtemperaturkältemittel weiter erhöht werden, während es durch den Nebenkondensator 43 hindurchtritt, und dann kann das Kühlmittel, dessen Temperatur weiter erhöht wird, zu dem Heizkörper 64 geführt werden.
  • Dementsprechend kann die in das HVAC-Modul (nicht gezeigt) eingeführte Außenluft erwärmt werden, während sie durch den Heizkörper 64 hindurchtritt, in welchen das Hochtemperaturkühlmittel eingeführt wird, und die Außenluft, die eine erhöhte Temperatur hat, kann in das Fahrzeug eingeführt werden, und somit kann der Innenraum des Fahrzeuges erwärmt werden. Das Wärmepumpensystem 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform kann in einem Heizmodus des Fahrzeuges die von der elektrischen Ausrüstung 26 und dem Verbrennungsmotor 12 erzeugte Abwärme nutzen, um eine Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, wodurch der Energieverbrauch des Kompressors 48 reduziert wird und die Heizeffizienz verbessert wird. Wenn eine Temperatur des Kühlmittels, das zu dem Heizkörper 64 geführt wird, geringer als eine gesetzte Temperatur ist, kann der Innenheizkörper 68, der in der zweiten Verbindungsleitung 62 angeordnet ist, derart arbeiten, dass er die Temperatur des Kühlmittels erhöht.
  • Mit Bezug auf 6 wird der Betrieb in einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In dem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges arbeiten die Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung 10 und die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 15 und 24.
  • Außerdem arbeitet jedes Bauelement des CE-Moduls 40, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen, und das Kältemittel zirkuliert entlang der Kältemittelleitung 41. Insbesondere kann die erste Zweigleitung 17 durch den Betrieb des Thermostats 16 geöffnet sein. Die zweite Verbindungsleitung 62 kann durch den Betrieb des dritten Ventils V3 mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden sein. Außerdem kann, während die erste Zweigleitung 17 in dem offenen Zustand ist, die erste Kühlmittelleitung 11, die den Thermostat 16 und den ersten Radiator 13 miteinander verbindet, geschlossen sein.
  • Ferner kann die zweite Zweigleitung 32 durch den Betrieb des ersten Ventils V1 geschlossen sein, und die dritte Zweigleitung 34 kann geöffnet sein. Dementsprechend kann die Verbindung zwischen der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der Batteriekühlmittelleitung 31 geschlossen sein. Außerdem kann die vierte Zweigleitung 36 durch den Betrieb des vierten Ventils V4 in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung 20 geöffnet sein. Ferner kann das vierte Ventil V4 die zweite Kühlmittelleitung 21, welche die elektrische Ausrüstung 26 und den zweiten Radiator 22 miteinander verbindet, schließen. Dementsprechend kann das Kühlmittel, das in der ersten und der zweiten Kühlmittelleitung 11 und 21 zirkuliert, den Verbrennungsmotor 12 und die elektrische Ausrüstung 26 kontinuierlich kühlen, ohne dass es durch den ersten und den zweiten Radiator 13 und 22 hindurchtritt, und daher kann die Temperatur des Kühlmittels erhöht werden.
  • Das Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es den Verbrennungsmotor 12 kühlt, kann entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der ersten Zweigleitung 17 derart zirkulieren, dass es über das dritte Ventil V3 zu der zweiten Verbindungsleitung 62 geführt wird. Dann kann ein Hochtemperaturkühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zirkuliert, durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 von der ersten Kühlmittelleitung 11 zu dem Heizkörper 64 geführt werden. Insbesondere kann in der Klimaanlage 50 durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 die erste Verbindungsleitung 52 einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bilden. Dementsprechend kann in der Klimaanlage 50 das Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 entlang der ersten Verbindungsleitung 52 zirkulieren. Mit anderen Worten können die zweite Kühlmittelleitung 31 und die erste Verbindungsleitung 52 durch den Betrieb des ersten und des zweiten Ventils V1 und V2 jeweils unabhängige geschlossene Kreisläufe bilden.
  • Indessen kann der Hauptwärmetauscher 42 des CE-Moduls 40 derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel durch das Kühlmittel, das entlang der Kühlmittelleitung 11 strömt, kondensiert. Gleichzeitig kann der Nebenkondensator 43 derart konfiguriert sein, dass er die Temperatur des Kühlmittels, das durch den Betrieb des vierten Ventils V4 von der Batteriekühlmittelleitung 21 entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit einem von dem Kompressor 48 abgeführten Hochtemperaturkältemittel erhöht. Gleichzeitig kann der Nebenkondensator 43 derart konfiguriert sein, dass er primär das Kältemittel durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert und dann das kondensierte Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher 42 führt. Außerdem kann das Nebenexpansionsventil 49 derart konfiguriert sein, dass es das Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher 42 führt, ohne dass das Kältemittel expandiert.
  • Der Hauptwärmetauscher 42 kann derart konfiguriert sein, dass er das kondensierte Kältemittel, welches den Nebenkondensator 43 durchläuft, durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das entlang der Kühlmittelleitung 11 zirkuliert, zusätzlich kondensiert, um eine Kondensationsmenge des Kältemittels zu erhöhen. Außerdem kann der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert sein, dass er das von dem Hauptwärmetauscher 42 kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch des Kältemittels mit einem aus dem Verdampfer 46 ausgelassenen Niedrigtemperaturkältemittel zusätzlich kondensiert, um eine Kondensationsmenge durch Erhöhen der Nebenkühlung des Kältemittels weiter zu erhöhen, so dass eine Kondensationsmenge des Kältemittels ansteigt.
  • Ferner kann der Verdampfer 46 derart konfiguriert sein, dass er das Kühlmittel, das durch den Betrieb des zweiten Ventils V2 und den Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 entlang der ersten Verbindungsleitung 52 zirkuliert, mit einem Niedrigtemperaturkältemittel, das in dem Verdampfer 46 verdampft wurde, wärmetauscht. Das Niedrigtemperaturkühlmittel, das den Verdampfer 46 durchlaufen hat, kann durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe 56 entlang der ersten Verbindungsleitung 52 zu dem Kühler 54 geführt werden. Mit anderen Worten kann das Kältemittel, das entlang der Kältemittelleitung 41 in dem CE-Modul 40 zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel der zweiten Verbindungsleitung 62, das durch den Nebenkondensator 43 hindurchtritt, kondensiert werden. Dann kann das kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel der zweiten Kühlmittelleitung 21, das durch den Hauptwärmetauscher 42 hindurchtritt, zusätzlich kondensiert werden.
  • Ferner kann der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert sein, dass er ein Kältemittel mit einer mittleren Temperatur, das von dem Hauptwärmetauscher 42 abgeführt wird, mit einem Niedrigtemperaturkältemittel, das von dem Verdampfer 47 abgeführt wird, zusätzlich kondensiert, um eine Kondensationsmenge durch eine Erhöhung der Nebenkühlung des Kältemittels zu erhöhen. Das Kühlmittel, das eine erhöhte Kondensationsmenge hat, kann durch das Expansionsventil 45 expandiert werden, und kann durch den Verdampfer 46 verdampft werden. Insbesondere kann das von dem Verdampfer 46 verdampfte Kältemittel das über die erste Verbindungsleitung 52 eingeführte Kühlmittel kühlen. Das Kältemittel, dessen Kondensationsmenge erhöht wird, während es nacheinander durch den Hauptwärmetauscher 42 und den Innenwärmetauscher 44 hindurchtritt, kann expandiert werden und dann zu dem Verdampfer 46 geführt werden, um somit das Niedrigtemperaturkältemittel zu verdampfen. Mit anderen Worten kann in der beispielhaften Ausführungsform der Innenwärmetauscher 44 derart konfiguriert sein, dass er das Kältemittel zusätzlich kondensiert, so dass die Bildung der Nebenkühlung des Kältemittels vorteilhaft ist.
  • Darüber hinaus kann das in dem Verdampfer 46 verdampfte Kühlmittel das über die erste Verbindungsleitung 52 eingeführte Kühlmittel kühlen. Dementsprechend kann das Kühlmittel auf eine niedrige Temperatur gekühlt werden, während es durch den Verdampfer 46 hindurchtritt, und kann dann über die erste Verbindungsleitung 52 zu dem Kühler 54 geführt werden. Außerdem kann das Kühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 in der Heizvorrichtung 60 zirkuliert, mit einem Hochtemperaturkältemittel, das von dem Kompressor 48 zugeführt wird, in dem Nebenkondensator 43 wärmetauschen, um somit eine Temperatur des Kühlmittels zu erhöhen.
  • Das Hochtemperaturkühlmittel, das den Nebenkondensator 43 durchlaufen hat, kann durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe 66 entlang der zweiten Verbindungsleitung 62 zu dem Heizkörper 64 geführt werden. In diesem Zustand kann eine Öffnungsklappe des HVAC-Moduls (nicht gezeigt) offen sein, um die Außenluft über sowohl den Kühler 54 als auch den Heizkörper 64 durchzulassen. Dementsprechend kann die in das HVAC-Modul eingeführte Außenluft durch den Kühler 54, in welchen das Niedrigtemperaturkühlmittel eingeführt wird, und den Heizkörper 64, in welchen das Hochtemperaturkühlmittel eingeführt wird, hindurchtreten, um entfeuchtet zu werden, und die entfeuchtete Außenluft kann in das Fahrzeug eingeführt werden, um den Innenraum des Fahrzeuges zu entfeuchten.
  • Wie oben beschrieben, kann das Wärmepumpensystem 1 für ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung vereinfacht werden, und eine Anordnung von Verbindungsrohren, in welchen ein Kühlmittel zirkuliert, kann durch wahlweises Wärmetauschen von Wärmeenergie, die von einem Kühlmittel erzeugt wird, mit einem Kühlmittel nach einer Kondensation und Verdampfung des Kühlmittels vereinfacht werden, um eine Innentemperatur des Fahrzeuges durch das wärmegetauschte Kühlmittel mit einer niedrigen Temperatur oder einer hohen Temperatur einzustellen.
  • Außerdem kann die Wärmeeffizienz des Fahrzeuges durch Nutzung der Abwärme des Verbrennungsmotors 12 und der Abwärme der elektrischen Ausrüstung 26 verbessert werden, und das Batteriemodul 30 kann eine Temperatur wirksam einstellen, um eine optimale Leistung des Batteriemoduls 30 zu erreichen, wodurch die Fahrstrecke des Fahrzeuges erhöht wird. Außerdem kann gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung das CE-Modul 40, das Wärmeenergie durch Kondensation und Verdampfung des Kühlmittels erzeugt, kompakt untergebracht werden, um die Größe und das Gewicht davon zu reduzieren.
  • Außerdem kann verhindert werden, dass Geräusche, Vibrationen und funktionelle Instabilität erzeugt werden, da im Vergleich zu einer Klimaanlage gemäß der bezogenen Technik ein Hochleistungskältemittel R152-a, R744 oder R290 in dem CE-Modul 40 verwendet wird. Darüber hinaus kann eine Nebenkühlung eines Kältemittels erhöht werden, um die Kühlleistung und die Effizienz zu verbessern, indem der Nebenkondensator 43 und der Innenwärmetauscher 44 zusammen derart konfiguriert sind, dass eine Kondensationsmenge des Kältemittels in dem CE-Modul 40 erhöht wird. Außerdem können gemäß der Erfindung die Herstellungskosten und das Gewicht reduziert werden, und die Raumausnutzung kann durch Vereinfachung des gesamten Systems verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1:
    Wärmepumpensystem
    10:
    Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung
    11:
    erste Kühlmittelleitung
    12:
    Verbrennungsmotor
    13:
    erster Radiator
    14:
    Kühlgebläse
    15:
    erste Wasserpumpe
    16:
    Thermostat
    17:
    erste Zweigleitung
    20:
    Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung
    21:
    zweite Kühlmittelleitung
    22:
    zweiter Radiator
    24:
    zweite Wasserpumpe
    26:
    elektrische Ausrüstung
    28:
    Sammelbehälter
    30:
    Batteriemodul
    31:
    Batteriekühlmittelleitung
    32, 34, 36:
    zweite, dritte und vierte Zweigleitung
    40:
    CE-Modul
    41:
    Kältemittelleitung
    42:
    Hauptwärmetauscher
    43:
    Nebenkondensator
    44:
    Innenwärmetauscher
    45:
    Expansionsventil
    46:
    Verdampfer
    47:
    Sammler
    48:
    Kompressor
    49:
    Nebenexpansionsventil
    50:
    Klimaanlage
    52:
    erste Verbindungsleitung
    54:
    Kühler
    56:
    dritte Wasserpumpe
    60:
    Heizvorrichtung
    62:
    zweite Verbindungsleitung
    64:
    Heizkörper
    66:
    vierte Wasserpumpe
    68:
    Innenheizkörper
    V1, V2, V3, V4:
    erstes, zweites, drittes, viertes Ventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020170169587 [0001]

Claims (20)

  1. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung (10), die einen ersten Radiator (13) und eine erste Wasserpumpe (15) aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei die Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung (10) derart konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel in einem Verbrennungsmotor (12) zirkuliert; eine Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20), die einen zweiten Radiator (22) und eine zweite Wasserpumpe (24) aufweist, die über eine zweite Kühlmittelleitung (21) miteinander verbunden sind, wobei die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) derart konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel in der zweiten Kühlmittelleitung (21) zirkuliert; ein Batteriemodul (30), das in einer Batteriekühlmittelleitung (31) angeordnet ist, die über ein erstes Ventil (V1) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) wahlweise verbunden ist; eine Klimaanlage (50), die über ein zweites Ventil (V2) mit der Batteriekühlmittelleitung (31) verbunden ist und in welcher eine erste Verbindungsleitung (52) ausgebildet ist, um den Innenraum des Fahrzeuges durch wahlweises Bilden eines unabhängigen geschlossenen Kreislaufs zu kühlen, und die eine dritte Wasserpumpe (56) und einen Kühler (54) aufweist, die in der ersten Verbindungsleitung (52) angeordnet sind; eine Heizvorrichtung (60), die über ein drittes Ventil (V3) mit der ersten Kühlmittelleitung (11) verbunden ist und in welcher eine zweite Verbindungsleitung (62) ausgebildet ist, um den Innenraum des Fahrzeuges durch wahlweises Bilden eines unabhängigen geschlossenen Kreislaufs zu erwärmen, und die eine vierte Wasserpumpe (66) und einen Heizkörper (64) aufweist, die in der zweiten Verbindungsleitung (62) angeordnet sind; und ein CE(Zentralisierte Energie)-Modul (40), das derart konfiguriert ist, dass es ein Niedrigtemperaturkühlmittel zu der Klimaanlage (50) führt, mit der zweiten Kühlmittelleitung (21), der ersten Verbindungsleitung (52) und der zweiten Verbindungsleitung (62) verbunden ist, um ein Hochtemperaturkühlmittel zu der Heizvorrichtung (60) zu führen, und Wärmeenergie, die aus der Kondensation und Verdampfung eines darin zirkulierenden Kältemittels erzeugt wird, mit dem Kühlmittel wahlweise wärmetauscht.
  2. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) derart konfiguriert ist, dass sie eine elektrische Ausrüstung (26) oder das Batteriemodul (30) unter Verwendung eines Kühlmittels kühlt, das entlang der zweiten Kühlmittelleitung (21) zirkuliert.
  3. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das CE-Modul (40) aufweist: einen Hauptwärmetauscher (42), der in der zweiten Kühlmittelleitung (21) zwischen dem zweiten Radiator (22) und dem Batteriemodul (30) angeordnet ist und derart konfiguriert ist, dass er ein Kältemittel verdampft oder kondensiert; ein Expansionsventil (45), das über eine Kältemittelleitung (41) mit dem Hauptwärmetauscher (42) verbunden ist; einen Verdampfer (46), der über die Kältemittelleitung (41) mit dem Expansionsventil (45) verbunden ist und in der ersten Verbindungsleitung (52) angeordnet ist, um ein Kältemittel zu kühlen, das entlang der ersten Verbindungsleitung (52) in der Klimaanlage (50) zirkuliert; und einen Kompressor (48), der in der Kältemittelleitung (41) zwischen dem Verdampfer (46) und dem Hauptwärmetauscher (42) angeordnet ist.
  4. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3, wobei ein Innenwärmetauscher (44) in der Kältemittelleitung (41) zwischen dem Verdampfer (46) und dem Kompressor (48) angeordnet ist.
  5. Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei der Innenwärmetauscher (44) mit der Kältemittelleitung (41), die den Hauptwärmetauscher (42) und das Expansionsventil (45) miteinander verbindet, und der Kältemittelleitung (41), die den Verdampfer (46) und den Kompressor (48) miteinander verbindet, verbunden ist, und wenn der Hauptwärmetauscher (42) ein Kältemittel kondensiert, der Innenwärmetauscher (44) das in dem Hauptwärmetauscher (42) kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit einem von dem Verdampfer (46) abgeführten Niedrigtemperaturkältemittel zusätzlich kondensiert und das zusätzlich kondensierte Kältemittel in das Expansionsventil (45) einführt.
  6. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das erste Ventil (V1) die zweite Kühlmittelleitung (21) und die Batteriekühlmittelleitung (31) zwischen dem zweiten Radiator (22) und dem Batteriemodul (30) wahlweise miteinander verbindet, das zweite Ventil (V2) die Batteriekühlmittelleitung (31) und die erste Verbindungsleitung (52) wahlweise miteinander verbindet, und das dritte Ventil (V3) die erste Kühlmittelleitung (11) und die zweite Verbindungsleitung (62) wahlweise miteinander verbindet, um die Strömung des Kühlmittels zu steuern.
  7. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das CE-Modul (40) über die Kältemittelleitung (41) zwischen dem Hauptwärmetauscher (42) und dem Kompressor (48) mit dem Kompressor (48) verbunden ist und ferner aufweist: einen Nebenkondensator (43), der in der zweiten Verbindungsleitung (62) angeordnet ist, um ein Kühlmittel zu erwärmen, das entlang der zweiten Verbindungsleitung (62) in der Heizvorrichtung (60) zirkuliert; und ein Nebenexpansionsventil (49), das in der Kältemittelleitung (41) zwischen dem Nebenkondensator (43) und dem Hauptwärmetauscher (42) angeordnet ist.
  8. Wärmepumpensystem nach Anspruch 7, ferner aufweisend: eine erste Zweigleitung (17), die in der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung (10) vorgesehen ist und über einen Thermostat (16), der in der ersten Kühlmittelleitung (11) zwischen dem ersten Radiator (13) und der ersten Wasserpumpe (15) angeordnet ist, zwischen dem ersten Radiator (13) und dem Verbrennungsmotor (12) mit der ersten Kühlmittelleitung (11) verbunden ist; eine zweite Zweigleitung (32), die in der Batteriekühlmittelleitung (31) vorgesehen ist, das Batteriemodul (30) über das erste Ventil (V1) mit der Klimaanlage (50) verbindet, und die Verbindung mit der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) schließt; eine dritte Zweigleitung (34), die in der zweiten Kühlmittelleitung (21) vorgesehen ist und die Batteriekühlmittelleitung (31) und die zweite Kühlmittelleitung (21) trennt; und eine vierte Zweigleitung (36), die in der zweiten Kühlmittelleitung (21) vorgesehen ist, die mit der elektrischen Ausrüstung (26) verbunden ist, wobei die vierte Zweigleitung (36) über ein viertes Ventil (V4) zwischen dem zweiten Radiator (22) und der zweiten Wasserpumpe (24) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist.
  9. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei, wenn in einem Kühlmodus des Fahrzeuges das Batteriemodul (30) zusammen mit der elektrischen Ausrüstung (26) gekühlt wird, die zweite Zweigleitung (32) durch den Betrieb des ersten Ventils (V1) geöffnet ist, die dritte Zweigleitung (34) geöffnet ist, und die Verbindung zwischen der zweiten Kühlmittelleitung (21) und der Batteriekühlmittelleitung (31) durch die geöffnete zweite und dritte Zweigleitung (32, 34) geschlossen ist, die Batteriekühlmittelleitung (21), die mit dem Batteriemodul (30) verbunden ist, durch den Betrieb des zweiten Ventils (V2) mit der ersten Verbindungsleitung (52) verbunden ist, die vierte Zweigleitung (36) durch den Betrieb des vierten Ventils (V4) geschlossen ist, und ein Kältemittel zirkuliert wird, der Hauptwärmetauscher (42) das Kältemittel kondensiert, und der Nebenkondensator (43) und das Nebenexpansionsventil (49) den Betrieb in dem CE-Modul (40) stoppen.
  10. Wärmepumpensystem nach Anspruch 9, wobei der Verdampfer (46) ein Kühlmittel, das durch den Betrieb des zweiten Ventils (V2) von der Batteriekühlmittelleitung (31) in die erste Verbindungsleitung (52) zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit einem verdampften Niedrigtemperaturkältemittel kühlt, ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer (46) hindurchgetreten ist, durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe (56) entlang der ersten Verbindungsleitung (52) zu dem Kühler (54) geführt wird, und das Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Kühler (54) hindurchgetreten ist, entlang der Batteriekühlmittelleitung (31), die durch den Betrieb des zweiten Ventils (V2) mit der ersten Verbindungsleitung (52) verbunden ist, zu dem Batteriemodul (30) geführt wird, um das Batteriemodul (30) zu kühlen.
  11. Heizungspumpensystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) die geöffnete dritte Zweigleitung (34) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, um einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf zu bilden, und ein Kühlmittel, das in dem zweiten Radiator (22) gekühlt wird, die elektrische Ausrüstung (26) kühlt, während es durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe (24) zirkuliert.
  12. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei, wenn ein Heizmodus des Fahrzeuges unter Verwendung der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung (10) durchgeführt wird, die erste Zweigleitung (17) durch den Betrieb des Thermostats (16) geöffnet ist, die erste Kühlmittelleitung (11) und die zweite Verbindungsleitung (62) durch den Betrieb des dritten Ventils (V3) miteinander verbunden sind, und die erste Kühlmittelleitung (11), die den Thermostat (16) und den ersten Radiator (13) miteinander verbindet, geschlossen ist, ein Kühlmittel, das eine Temperatur hat, die ansteigt, während es durch den Verbrennungsmotor (12) hindurchtritt, über das dritte Ventil (V3) zu der zweiten Verbindungsleitung (62) geführt wird, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der ersten Zweigleitung (17) zirkuliert, ein Hochtemperaturkühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung (62) zirkuliert, durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe (66) von der ersten Kühlmittelleitung (11) zu dem Heizkörper (64) in der Heizvorrichtung (60) geführt wird, und die Zirkulation des Kältemittels in dem CE-Modul (40) stoppt.
  13. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei, wenn ein Heizmodus des Fahrzeuges unter Verwendung der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) durchgeführt wird, die zweite Zweigleitung (32) durch den Betrieb des ersten Ventils (V1) geschlossen ist, und die dritte Zweigleitung (34) geöffnet ist, die zweite Kühlmittelleitung (21), welche die elektrische Ausrüstung (26) und den zweiten Radiator (22) miteinander verbindet, in einem Zustand geschlossen ist, in dem die vierte Zweigleitung (36) durch den Betrieb des vierten Ventils (V4) in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) geöffnet ist, die zweite Verbindungsleitung (62) durch den Betrieb des dritten Ventils (V3) einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bildet, ein Kühlmittel durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe (66) entlang der zweiten Verbindungsleitung (62) in der Heizvorrichtung (60) zirkuliert, und ein Kältemittel zirkuliert, das Expansionsventil (45) und der Verdampfer (46) den Betrieb stoppen, und das Nebenexpansionsventil (49) derart arbeitet, dass es ein durch den Nebenkondensator (43) hindurchgetretenes Kältemittel expandiert, und das expandierte Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher (42) in dem CE-Modul (40) führt.
  14. Wärmepumpensystem nach Anspruch 13, wobei Abwärme, die von der elektrischen Ausrüstung (26) erzeugt wird, eine Temperatur eines Kühlmittels erhöht, das entlang der zweiten Kühlmittelleitung (21) zirkuliert, das Kühlmittel, das die erhöhte Temperatur hat, zurückgewonnen wird, während es eine Temperatur eines Kältemittels erhöht, das durch den Hauptwärmetauscher (42) hindurchtritt, und das Kühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung (62) zirkuliert, zu dem Heizkörper (64) geführt wird, während es durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperaturkältemittel, das von dem Kompressor (48) zu dem Nebenkondensator (43) geführt wird, erwärmt wird.
  15. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei, wenn ein Heizmodus des Fahrzeuges unter Verwendung der Verbrennungsmotor-Kühlvorrichtung (10) und der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) durchgeführt wird, die erste Zweigleitung (17) durch den Betrieb des Thermostats (16) geöffnet ist, die erste Kühlmittelleitung (11) und die zweite Verbindungsleitung (62) durch den Betrieb des dritten Ventils (V3) miteinander verbunden sind, und die erste Kühlmittelleitung (11), die den Thermostat (16) und den ersten Radiator (13) miteinander verbindet, geschlossen ist, die zweite Zweigleitung (32) durch den Betrieb des ersten Ventils (V1) geschlossen ist, die dritte Zweigleitung (34) geöffnet ist, und die zweite Kühlmittelleitung (21), welche die elektrische Ausrüstung (26) und den zweiten Radiator (22) miteinander verbindet, geschlossen ist, wenn die vierte Zweigleitung (36) durch den Betrieb des vierten Ventils (V4) in der Elektrische-Ausrüstung-Kühlvorrichtung (20) geöffnet ist, ein Kühlmittel, das eine Temperatur hat, die ansteigt, während es durch den Verbrennungsmotor (12) hindurchtritt, über das dritte Ventil (V3) zu der zweiten Verbindungsleitung (62) geführt wird, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der ersten Zweigleitung (17) zirkuliert, ein Hochtemperaturkühlmittel, das entlang der zweiten Verbindungsleitung (62) zirkuliert, durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe (66) von der ersten Kühlmittelleitung (11) zu dem Heizkörper (64) in der Heizvorrichtung (60) geführt wird, und ein Kältemittel zirkuliert, das Expansionsventil (45) und der Verdampfer (46) den Betrieb stoppen, und das Nebenexpansionsventil (49) derart arbeitet, dass es ein durch den Nebenkondensator (43) hindurchgetretenes Kältemittel expandiert, und das expandierte Kältemittel zu dem Hauptwärmetauscher (42) in dem CE-Modul (40) führt.
  16. Wärmepumpensystem nach Anspruch 15, wobei Abwärme, die von dem Verbrennungsmotor (12) und der elektrischen Ausrüstung (26) erzeugt wird, eine Temperatur eines Kühlmittels erhöht, das entlang der ersten und der zweiten Kühlmittelleitung (11, 21) zirkuliert, ein Kühlmittel, das mit der erhöhten Temperatur entlang der zweiten Kühlmittelleitung (21) zirkuliert, zurückgewonnen wird, während es eine Temperatur eines Kältemittels erhöht, das durch den Hauptwärmetauscher (42) hindurchtritt, und ein Hochtemperaturkühlmittel, das von der ersten Kühlmittelleitung (11) entlang der zweiten Verbindungsleitung (62) zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit einem Hochtemperaturkältemittel, das von dem Kompressor (48) zu dem Nebenkondensator (43) geführt wird, weiter erwärmt wird und dann zu dem Heizkörper (64) in der Heizvorrichtung (60) geführt wird.
  17. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei in einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges die erste Zweigleitung (17) durch den Betrieb des Thermostats (16) geöffnet ist, die erste Kühlmittelleitung (11) und die zweite Verbindungsleitung (62) durch den Betrieb des dritten Ventils (V3) miteinander verbunden sind, und die erste Kühlmittelleitung (11), die den Thermostat (16) und den ersten Radiator (13) miteinander verbindet, geschlossen ist, die dritte Zweigleitung (34) geöffnet ist, und die zweite Kühlmittelleitung (21), welche die elektrische Ausrüstung (26) und den zweiten Radiator (22) miteinander verbindet, geschlossen ist, während die vierte Zweigleitung (36) durch den Betrieb des vierten Ventils (V4) geöffnet ist, ein Kühlmittel, dessen Temperatur erhöht wird, während es durch den Verbrennungsmotor (12) hindurchtritt, über das dritte Ventil (V3) zu der zweiten Verbindungsleitung (62) geführt wird, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der ersten Zweigleitung (17) zirkuliert, ein Hochtemperaturkühlmittel, das von der ersten Kühlmittelleitung (11) entlang der zweiten Verbindungsleitung (62) zirkuliert, durch den Betrieb der vierten Wasserpumpe (66) zu dem Heizkörper (64) in der Heizvorrichtung (60) geführt wird, die erste Verbindungsleitung (52) durch den Betrieb des zweiten Ventils (V2) in der Klimaanlage (50) einen unabhängigen geschlossenen Kreislauf bildet, und ein Kältemittel zirkuliert, der Hauptwärmetauscher (42) das Kältemittel kondensiert, und der Nebenkondensator (43) und das Nebenexpansionsventil (49) den Betrieb in dem CE-Modul (40) stoppen.
  18. Wärmepumpensystem nach Anspruch 17, wobei der Verdampfer (46) ein Kühlmittel, das durch den Betrieb des zweiten Ventils (V2) in der ersten Verbindungsleitung (52) zirkuliert, durch Wärmeaustausch mit einem verdampften Niedrigtemperaturkältemittel kühlt, und ein Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch den Verdampfer (46) hindurchgetreten ist, durch den Betrieb der dritten Wasserpumpe (56) entlang der ersten Verbindungsleitung (52) zu dem Kühler (54) geführt wird.
  19. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein Kältemittel, das in dem CE-Modul (40) zirkuliert, ein Kältemittel R152-a, R744 oder R290 ist.
  20. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Heizvorrichtung (60) ferner einen Innenheizkörper (68) aufweist, der in der zweiten Verbindungsleitung (62) angeordnet ist.
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