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Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor, und insbesondere eine Technik eines Wärmemanagementsystems, bei welchem ein Kältekreislauf mit einer Einspritzfunktion verwendet wird, welche ein Kältemittel mit relativ hoher Temperatur / hohem Druck in einer Gasphase einem Kompressor zuführt, um ein Problem des Kältekreislaufs, bei welchem ein Ejektor verwendet wird, zu kompensieren.
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In letzter Zeit wurden aufgrund von Umweltproblemen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor Elektrofahrzeuge und dergleichen als umweltfreundliche Fahrzeuge weit verbreitet. Jedoch kann im Falle eines vorhandenen Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor ein Innenraum des Fahrzeuges durch Abwärme des Verbrennungsmotors geheizt werden, und daher ist keine separate Wärmeenergie erforderlich. Jedoch wird, da es in Elektrofahrzeugen keinen Verbrennungsmotor und keine Wärmequelle gibt, das Heizen durch eine separate Energie durchgeführt, so dass es ein Problem der Verringerung der Kraftstoffeffizienz gibt. Außerdem wird aufgrund des obigen Problems eine verfügbare Reichweite des Elektrofahrzeuges verkürzt, so dass es eine Unannehmlichkeit von erforderlichem häufigen Laden gibt.
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Indessen sind aufgrund der Elektrifizierung eines Fahrzeuges nicht nur die Anforderungen an einen Innenraum des Fahrzeuges, sondern auch an das Wärmemanagement von elektronischen Bauteilen, wie Hochspannungsbatterien und Elektromotoren, neu hinzugekommen. Das heißt, bei dem Elektrofahrzeug und dergleichen sind die Anforderungen an die Klimatisierung für einen Innenraum, die Batterie und die elektronischen Bauteile unterschiedlich, und eine Technik wird benötigt, die geeignet ist, auf den Innenraum, die Batterie und die elektronischen Bauteile unabhängig zu reagieren und ein effektives Zusammenwirken zu ermöglichen. Dementsprechend wurde ein integriertes Wärmemanagementkonzept eines Fahrzeuges vorgeschlagen, um die Wärmeeffizienz durch Integrieren des gesamten Wärmemanagements des Fahrzeuges zu erhöhen, während ein unabhängiges Wärmemanagement für jedes Bauteil durchgeführt wird.
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Um das integrierte Wärmemanagement eines Fahrzeuges durchzuführen, ist es notwendig, komplizierte Kühlwasserleitungen und Teile zu integrieren und zu modularisieren. Es ist notwendig, eine Mehrzahl von Teilen zu modularisieren, während die Herstellung vereinfacht wird, und ein Konzept für eine kompakte Modularisierung bezüglich der Unterbringung ist erforderlich.
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In letzter Zeit wurde ein Forschung zur Erhöhung der Effizienz eines Kältekreislaufs (Wärmepumpe) in dem Elektrofahrzeug aktiv durchgeführt. Eine Forschung zur Verwendung eines Ejektors oder einer Einspritzung für eine hohe Leistung des Kältekreislaufs wird aktiv durchgeführt.
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Ein Kältekreislauf, bei welchem der herkömmliche Ejektor verwendet wird, hat eine Struktur, bei welcher ein in einem Kondensator kondensiertes Kältemittel durch eine Druckrückgewinnungsfunktion unter Verwendung eines Venturi-Effektes des Ejektors zu einem Gas-Flüssigkeit-Separator strömt, und das Kältemittel in einer Flüssigphase durch ein Expansionsventil und einen Verdampfer zirkuliert. Dementsprechend gibt es einen Effekt der Reduzierung des Verbrauchs von Leistung (Arbeit) des Kompressors und der Erhöhung einer Kältemittelströmungsrate im Vergleich zu einem allgemeinen Kältekreislauf.
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Jedoch hat der Kältekreislauf, bei welchem der herkömmliche Ejektor verwendet wird, ein Problem dadurch, dass es schwierig ist, eine zusätzliche Kältemittelströmungsrate in einem Niedrigtemperaturzustand sicherzustellen.
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Mit der Erfindung wird ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Kältekreislauf geschaffen, in welchem eine Einspritzfunktion zum Zuführen eines Kältemittels mit relativ hoher Temperatur / hohem Druck in einer Gasphase zu dem Kompressor zusätzlich zu einem Kältekreislauf verwendet wird, in welchem ein herkömmlicher Ejektor verwendet wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor vorgesehen, aufweisend eine Hauptkältemittelleitung, die angeschlossen ist, um zu ermöglichen, dass ein Kältemittel sequentiell durch einen Kompressor, einen Kondensator und einen Verdampfer hindurch zirkuliert, eine erste Zweigleitung, welche zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer von der Hauptkältemittelleitung abzweigt und mit einer Innenseite einer Düse des Ejektors verbunden ist, eine zweite Zweigleitung, welche zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor von der Hauptkältemittelleitung abzweigt und mit einer Außenseite der Düse des Ejektors verbunden ist, und eine Kältemittelerhöhungsleitung (bzw. eine Kältemittelverstärkungsleitung), die mit einem Auslass des Ejektors verbunden ist und über den Kompressor in die Hauptkältemittelleitung eintritt.
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Ein Gas-Flüssigkeit-Separator kann zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor in der Hauptkältemittelleitung vorgesehen sein, und die zweite Zweigleitung kann von dem Gas-Flüssigkeit-Separator in der Hauptkältemittelleitung abzweigen.
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Ein Kältemittel in einer Gasphase, das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator getrennt ist, kann zu der Hauptkältemittelleitung strömen, und ein Kältemittel in einer Flüssigphase, das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator getrennt ist, oder ein Kältemittel in einem gemischten Zustand einer Flüssigphase und einer Gasphase kann in der zweiten Zweigleitung strömen.
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Der Kompressor in der Hauptkältemittelleitung kann ein Kompressor für Zweistufenkompression sein, in welchem ein Kältemittel in einer Gasphase zusätzlich in einen Zwischenkompressionsbereich eingespritzt wird und das Kältemittel vermischt wird.
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Ein erster Wärmetauscher (z.B. ein erster Chiller), der mit dem Verdampfer parallel verbunden ist, um den Verdampfer zu umgehen, und der konfiguriert ist, um mit Kühlwasser eines ersten Kühlkreislaufs Wärme zu tauschen, kann in der Hauptkältemittelleitung vorgesehen sein.
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Ein zweiter Wärmetauscher (z.B. ein zweiter Chiller), in welchem das von einem Auslass des Ejektors abgeführte Kältemittel Wärme mit Kühlwasser eines zweiten Kühlkreislaufs tauscht, kann in der Kältemittelerhöhungsleitung vorgesehen sein.
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Das Wärmemanagementsystem kann ferner eine Rückgewinnungsleitung (bzw. eine Rückführleitung) aufweisen, welche zwischen dem Kompressor und dem Kondensator in der Hauptkältemittelleitung oder von der Kältemittelerhöhungsleitung abzweigt und in die erste Zweigleitung an einem Einlass der Düse des Ejektors eintritt.
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Ein Stellventil zur Steuerung einer Strömungsrichtung des Kältemittels kann an einer Abzweigstelle von der Hauptkältemittelleitung zu der ersten Zweigleitung vorgesehen sein, und wenn das Kältemittel durch die Rückgewinnungsleitung hindurchströmt, kann das Stellventil eine Strömung des Kältemittels von der Hauptkältemittelleitung zu der ersten Zweigleitung blockieren.
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Die Hauptkältemittelleitung an einer Stelle vor dem Abzweig zu der ersten Zweigleitung und die Kältemittelerhöhungsleitung an einer Stelle vor dem Eintreten in den Kompressor treten durch einen Wärmetauscher hindurch, in welchem die Hauptkältemittelleitung und die Kältemittelerhöhungsleitung angeordnet sind, um Wärme miteinander zu tauschen.
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Der Ejektor kann ein elektrischer Ejektor sein, in welchem ein Betrag des Öffnungsgrades einer Düse infolge des Antreibens eines Aktuators (bzw. einer Betätigungseinrichtung) einstellbar ist.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Schaltbild, das einen Kältekreislauf darstellt, in welchem ein Ejektor gemäß der verwandten Technik verwendet wird;
- 2 ein P-h-Diagramm, das den Kältekreislauf darstellt, in welchem der Ejektor gemäß der verwandten Technik verwendet wird;
- 3 ein Diagramm, das ein Arbeitsprinzip eines Ejektors darstellt, der in dem Kältekreis einbezogen ist, in welchem der Ejektor gemäß der verwandten Technik verwendet wird;
- 4 ein Schaltbild, das ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 5 ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit einem Ejektor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 6 ein Schaltbild, das ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 7 ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit einem Ejektor gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 8 ein Schaltbild, das ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 9 ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit einem Ejektor gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 10 ein Schaltbild, das ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 11 ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit einem Ejektor gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
- 12 einen Schnitt eines Ejektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 13 ein Schema einer Einstellplatte des Ejektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 14 und 15 Schemen, die jeweils einen Betriebszustand des Ejektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellen.
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Spezielle strukturelle oder funktionelle Beschreibungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in dieser Offenbarung oder Anmeldung offenbart sind, sind nur für den Zweck der Beschreibung der Ausführungsformen dargelegt, und die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in verschiedenen Formen realisiert werden und sollten nicht so interpretiert werden, dass sie auf die Ausführungsformen, die in dieser Offenbarung oder Anmeldung beschrieben sind, beschränkt sind.
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Die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können verschiedenartig modifiziert werden und können verschiedene Formen haben, so dass spezielle Ausführungsformen in den Zeichnungen gezeigt und in dieser Offenbarung oder Anmeldung ausführlich beschrieben sind. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, die Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Offenbarung auf die speziellen Formen der Offenbarung zu beschränken, jedoch umfassen sie alle Modifikationen, Abwandlungen und Alternativen, die in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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Die Begriffe erstes, zweites und/oder dergleichen können verwendet werden, um verschiedene Bauelemente zu beschreiben, jedoch sollten die Bauelemente nicht auf diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe können lediglich für den Zweck der Unterscheidung eines Bauelements von einem anderen Bauelement verwendet werden, und zum Beispiel kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, das erste Bauelement als ein zweites Bauelement bezeichnet werden, und gleichermaßen kann das zweite Bauelement auch als das erste Bauelement bezeichnet werden.
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Wenn ein Bauelement als „verbunden“ oder „gekuppelt“ mit einem anderen Bauelement bezeichnet wird, kann es direkt mit einem anderen Bauelement verbunden oder gekuppelt sein, jedoch versteht es sich, dass noch andere Bauelemente zwischen dem Bauelement und einem anderen Bauelement existieren können. Andererseits, wenn ein Bauelement als „direkt verbunden“ oder „direkt gekuppelt“ mit einem anderen Bauelement bezeichnet wird, versteht es sich, dass nicht noch ein anderes Bauelement zwischen dem Bauelement und einem anderen Bauelement vorhanden sein kann. Andere Ausdrücke, welche die Beziehung zwischen Bauteilen beschreiben, das heißt „zwischen“ und „genau zwischen“ oder „benachbart zu“ und „direkt benachbart zu“, sollten auch wie oben beschrieben interpretiert werden.
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Die hierin verwendeten Begriffe werden nur für den Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen verwendet und sind nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung zu beschränken. Sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt, umfasst die Singularform die Pluralform. In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe „aufweisend“, „haben“ oder dergleichen verwendet, um anzugeben, dass ein Merkmal, eine Zahl, ein Schritt, ein Vorgang, ein Bauteil, ein Element oder eine Kombination davon, die hierin beschrieben ist, vorhanden ist, und es versteht sich, dass die Begriffe nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Bauteilen, Elementen oder Kombinationen davon ausschließen.
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Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle Begriffe, einschließlich technische oder wissenschaftliche Begriffe, die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung wie jene, die für in der Technik, zu welcher die vorliegende Offenbarung gehört, versierte Fachleute allgemein verständlich sind. Allgemeine Begriffe, die in einem Lexikon definiert sind, sollten so interpretiert werden, dass sie Bedeutungen haben, die in dem Kontext der relevanten Technik konsistent sind, und werden nicht so interpretiert, dass sie eine idealisierte oder übermäßig formale Bedeutung haben, sofern in der vorliegenden Beschreibung nicht klar definiert ist.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Dieselben Bezugszeichen in jeder Zeichnung bezeichnen dieselben Teile.
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1 ist ein Schaltbild, das einen Kältekreislauf darstellt, in welchem ein Ejektor gemäß der verwandten Technik verwendet wird, 2 ist ein P-h-Diagramm, das den Kältekreislauf darstellt, in welchem der Ejektor gemäß der verwandten Technik verwendet wird, und 3 ist ein Diagramm, das ein Arbeitsprinzip eines Ejektors darstellt, der in dem Kältekreis einbezogen ist, in welchem der Ejektor gemäß der verwandten Technik verwendet wird.
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Mit Bezug auf die 1 bis 3 wird in dem Kältekreislauf, in welchem der Ejektor gemäß der verwandten Technik verwendet wird, ein Kältemittel in einem Kondensator kondensiert und in einem Gas-Flüssigkeit-Separator getrennt, und das Kältemittel in einer Flüssigphase wird über ein Expansionsventil und einen Verdampfer wieder zu dem Ejektor zirkuliert, und ein Kältemittel in einer Gasphase wird über den Kompressor zu dem Kondensator zirkuliert.
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Der Ejektor ist ein Typ einer Pumpe, welche ein Fluid um eine Düse durch Ausstoßen eines Fluids, wie Wasser, Dampf oder Luft, mit einem Druck von der Düse mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Speziell strömt in dem Kältekreislauf, in welchem der Ejektor verwendet wird, das von dem Kondensator abgeführte Niedrigtemperatur- und Hochdruckkältemittel in die Düse des Ejektors, und daher strömt das von dem Verdampfer abgeführte Niedrigtemperatur- und Niedrigdruckkältemittel zu der Außenseite der Düse des Ejektors.
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Das heißt, da eine Druckrückgewinnungsfunktion gemäß dem Venturi-Effekt des Ejektors erzeugt wird, und daher der Verbrauch von Leistung (Arbeit) des Kompressors reduziert wird, wird ein Leistungskoeffizient (COP) des Kältekreislaufs erhöht, und ein zusätzliches Kältemittel wird eingeführt, so dass es einen Effekt der Erhöhung einer Strömungsrate des Kältemittels im Vergleich zu dem allgemeinen Kältekreislauf gibt.
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Jedoch hat der Kältekreislauf, in welchem der Ejektor verwendet wird, ein Problem dadurch, dass es schwierig ist, ein zusätzliches Kältemittel in einem Niedrigtemperaturbereich einzuführen, so dass es schwierig ist, eine Kältemittelströmungsrate zusätzlich sicherzustellen.
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Ein Kältekreislauf, in welchem eine Einspritzfunktion zum Zuführen eines Kältemittels mit relativ hoher Temperatur / hohem Druck in einer Gasphase zu dem Kompressor verwendet wird, ist in Gaseinspritzung und Flüssigkeitseinspritzung unterteilt.
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In dem Kältekreislauf, in welchem eine Gaseinspritzung verwendet wird, strömt ein Kältemittel durch einen zweistufigen Expansionsprozess zu dem Verdampfer, und ein primär expandiertes Kältemittel mit einem mittleren Druck in einer Gasphase wird in den Kompressor eingespritzt. Dementsprechend wird eine Strömungsrate des zu einem Außenkondensator, einem Innenkondensator oder dem Kompressor strömenden Kältemittels erhöht, ein Kompressionseffekt wird durch eine zweistufige Kompression verbessert, und daher gibt es einen Effekt der Reduzierung des Leistungsverbrauchs des Kompressors.
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Insbesondere ist es möglich, die Herabsetzung der Leistung des Kältekreislaufs in kalten und tropischen Regionen zu beheben.
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Andererseits hat der Kältekreislauf, in welchem die Flüssigkeitseinspritzung verwendet wird, einen Effekt des Verhinderns der Überhitzung des Kompressors und gleichzeitig des Absorbierens der durch den Kompressor verbrauchten Wärme, um dadurch eine Strömungsrate des Kältemittels zusätzlich zu erhöhen.
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Speziell wird im Falle eines Wärmetauschertyps ein Teil des Kältemittels an einem hinteren Ende des Außenkondensators oder des Innenkondensators getrennt und einem Wärmeaustausch mit einem primär expandierten Kältemittel mit einem mittleren Druck unterzogen. Dementsprechend wird ein getrenntes Kältemittel verdampft und gleichzeitig sekundär expandiert, um die Trockenheit des in den Verdampfer strömenden Kältemittels zu reduzieren.
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Außerdem wird im Falle eines Gas-Flüssigkeit-Separatortyps ein Kältemittel an dem hinteren Ende des Außenkondensators oder des Innenkondensators vollständig expandiert, und dann wird das Kältemittel in ein Kältemittel in einer Gasphase und ein Kältemittel in einer Flüssigphase getrennt, um zu dem Kompressor und einem sekundären Expansionsventil zu strömen. Dementsprechend wird das Kältemittel in einer Flüssigphase getrennt und sekundär expandiert, um die Trockenheit des in den Verdampfer strömenden Kältemittels zu reduzieren.
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Das Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor gemäß der Erfindung weist einen Kältekreislauf auf, welcher den Ejektor und zugleich eine Einspritzung zum Zuführen eines Kältemittels mit relativ hoher Temperatur / hohem Druck in einer Gasphase zu dem Kompressor verwendet, so dass der Kältekreislauf ein Ejektor- und Einspritz-Hybridkältekreislauf ist.
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4 ist ein Schaltbild eines Wärmemanagementsystems für ein Fahrzeug mit einem Ejektor 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und 5 ist ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit einem Ejektor 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Mit Bezug auf die 4 und 5 weist das Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit dem Ejektor 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Hauptkältemittelleitung 100, die angeschlossen ist, um zu ermöglichen, dass ein Kältemittel sequentiell durch einen Kompressor 110, einen Kondensator 120 und einen Verdampfer 130 hindurch zirkuliert, eine erste Zweigleitung 300, welche zwischen dem Kondensator 120 und dem Verdampfer 130 von der Hauptkältemittelleitung 100 abzweigt und mit einer Innenseite einer Düse 230 des Ejektors 200 verbunden ist, eine zweite Zweigleitung 400, welche zwischen dem Verdampfer 130 und dem Kompressor 110 von der Hauptkältemittelleitung 100 abzweigt und mit einer Außenseite der Düse 230 des Ejektors 200 verbunden ist, und eine Kältemittelerhöhungsleitung 500 auf, die mit einem Auslass des Ejektors 200 verbunden ist und über den Kompressor 110 in die Hauptkältemittelleitung 100 eintritt.
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Die Hauptkältemittelleitung 100 kann den gleichen Kältekreislauf wie ein allgemeiner Kältekreislauf verwenden. Die Hauptkältemittelleitung 100 kann angeschlossen sein, um zu ermöglichen, dass das Kältemittel darin strömt und sequentiell durch den Kompressor 110, den Kondensator 120 und den Verdampfer 130 hindurch zirkuliert. Speziell wird das Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck in dem Kompressor 110 als ein Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck komprimiert und dann als ein Kältemittel mit niedriger Temperatur und hohem Druck gekühlt, während es durch den Kondensator 120 hindurchtritt. Das durch den Kondensator 120 hindurchtretende Kältemittel mit niedriger Temperatur und hohem Druck kann als ein Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck dekomprimiert werden, während es durch den Verdampfer 130 hindurchtritt.
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Hier kann der Kondensator 120 ein Innenkondensator zur Klimatisierung des Fahrzeuges, und gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Kondensator 120 ein Außenkondensator sein, der an der Außenseite des Fahrzeuges angeordnet ist.
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Ein Expansionsventil 140 kann ferner an dem Verdampfer 130 vorgesehen sein, um das Kältemittel mit niedriger Temperatur und hohem Druck in einer Flüssigphase zu expandieren, bevor es in den Verdampfer 130 strömt.
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Der Ejektor 200 gemäß der Erfindung kann das Kältemittel über die erste Zweigleitung 300 und die zweite Zweigleitung 400 aufnehmen, welche in einer parallelen Struktur von der Hauptkältemittelleitung 100 abzweigen, und das Kältemittel kann über die Kältemittelerhöhungsleitung 500 zurück in die Hauptkältemittelleitung 100 eintreten. Gemäß der obigen Konfiguration des Ejektors 200 wird das Kältemittel der zweiten Zweigleitung 400, welches einen relativ niedrigen Druck hat, durch den Druck der ersten Zweigleitung 300 ohne zusätzliche Leistung angesaugt, und das Kältemittel wird über die Kältemittelerhöhungsleitung 500 dem Kompressor 110 in der Hauptkältemittelleitung 100 zugeführt, so dass es einen Effekt der Erhöhung einer Strömungsrate des strömenden Kältemittels gibt.
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Spezieller zweigt die erste Zweigleitung 300 in einer parallelen Struktur von der Hauptkältemittelleitung 100 an einer Stelle ab, bevor das Kältemittel durch Hindurchtreten durch den Kondensator 120 zu dem Verdampfer 130 strömt, so dass das Kältemittel mit niedriger Temperatur und hohem Druck strömen kann. Außerdem zweigt die zweite Zweigleitung 400 von der Hauptkältemittelleitung 100 an einer Stelle ab, bevor das Kältemittel durch Hindurchtreten durch den Verdampfer 130 zu dem Kompressor 110 strömt, so dass das Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck strömen kann.
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Insbesondere kann das Kältemittel der ersten Zweigleitung 300 einer Innenseite der Düse 230 des Ejektors 200 zugeführt werden, und eine Strömungsrate des Kältemittels kann erhöht werden, um einen Druck zu reduzieren, und das Kältemittel der zweiten Zweigleitung 400 kann über eine Ansaugöffnung des Ejektors 200 zu der Außenseite der Düse 230 angesaugt werden. Das Kältemittel der ersten Zweigleitung 300 und das Kältemittel der zweiten Zweigleitung 400 können miteinander vermischt werden und dann über den Auslass des Ejektors 200, der die Form eines Diffusors hat, zu der Kältemittelerhöhungsleitung 500 abgeführt werden. Die Kältemittelerhöhungsleitung 500, die mit dem Auslass des Ejektors 200 verbunden ist, kann über den Kompressor 110 in die Hauptkältemittelleitung 100 eintreten.
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Ein Gas-Flüssigkeit-Separator 150 kann zwischen dem Verdampfer 130 und dem Kompressor 110 in der Hauptkältemittelleitung 100 vorgesehen sein, und die zweite Zweigleitung 400 kann von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 150 in der Hauptkältemittelleitung 100 abzweigen.
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Der Gas-Flüssigkeit-Separator 150 kann das Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck, welches durch den Verdampfer 130 in der Hauptkältemittelleitung 100 hindurchtritt, in ein Kältemittel in einer Flüssigphase und ein Kältemittel in einer Gasphase trennen. Insbesondere kann, da die zweite Zweigleitung 400, die von der Hauptkältemittelleitung 100 abzweigt, mit dem Gas-Flüssigkeit-Separator 150 verbunden sein kann, die zweite Zweigleitung 400 von der Hauptkältemittelleitung 100 in einem Zustand abzweigen, in welchem das Kältemittel in einer Flüssigphase und das Kältemittel in einer Gasphase getrennt sind.
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Spezieller kann das Kältemittel in einer Gasphase, welches in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 150 getrennt ist, zu der Hauptkältemittelleitung 100 strömen, und das Kältemittel in einer Flüssigphase, das in dem Gas-Flüssig-Separator 150 getrennt ist, oder ein Kältemittel in einem gemischten Zustand der Flüssigphase und der Gasphase kann in der zweiten Zweigleitung 400 strömen.
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Das Kältemittel in einer Gasphase, das von einem oberen Abschnitt des Gas-Flüssigkeit-Separators 150 getrennt ist, kann zu dem Kompressor 110 in der Hauptkältemittelleitung 100 strömen, und das Kältemittel in einer Flüssigphase, das von einem unteren Abschnitt des Gas-Flüssig-Separators 150 getrennt ist, oder das Kältemittel in dem gemischten Zustand der Flüssigphase und der Gasphase kann zu der zweiten Zweigleitung 400 strömen.
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Der Kompressor 110 in der Hauptkältemittelleitung 100 kann ein Zweistufenkompressor sein, in welchem ein Kältemittel in einer Gasphase zusätzlich in einen Zwischenkompressionsbereich eingespritzt und vermischt wird.
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Speziell ist der Kompressor 110 ein Zweistufenkompressor zur Einspritzung, in welchem eine Einspritzöffnung, über welche das durch Hindurchtreten durch den Verdampfer 130 in der Hauptkältemittelleitung 100 strömende Kältemittel eingeführt wird, und eine Einspritzöffnung, über welche ein Kältemittel mit einem mittleren Druck in einer Gasphase in den Zwischenkompressionsbereich eingespritzt wird, separat ausgebildet sind, und daher werden die Kältemittel vermischt.
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Bei dem Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit dem Ejektor 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Strömungsrate des Kältemittels durch Verwenden des Ejektors 200 erhöht, und ein Kompressionsverhältnis und ein Verbrauch von Leistung (Arbeit) infolge einer Druckrückgewinnungsfunktion werden reduziert, so dass es einen Effekt der Erhöhung des Leistungskoeffizienten (COP) gibt, und gleichzeitig wird die Einspritzfunktion verwendet, so dass es einen Effekt der Erhöhung der Strömungsrate des Kältemittels sogar in einem Niedrigtemperaturbereich und des Konfigurierens zweier Kältekreisläufe mittels eines (z.B. eines einzigen) Kältekreislaufs gibt.
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6 ist ein Schaltbild des Wärmemanagementsystems für ein Fahrzeug mit einem Ejektor 200 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und 7 ist ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit dem Ejektor 200 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Mit Bezug auf die 6 und 7 kann das Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit dem Ejektor 200 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung einen Kreislauf des Wärmetauschertyps verwenden, welcher zusätzlich einen Wärmeabsorptionsprozess aufweist.
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Speziell kann die Hauptkältemittelleitung 100 mit einem ersten Wärmetauscher (Chiller) 160 versehen sein, welcher mit dem Verdampfer 130 parallel verbunden ist, um den Verdampfer 130 zu umgehen, und mit Kühlwasser eines ersten Kühlkreislaufs Wärme tauscht.
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Der erste Wärmetauscher 160 ist derart vorgesehen, dass er mit der Hauptkältemittelleitung 100 zusammen mit dem Verdampfer 130 parallel verbunden ist, und das Expansionsventil 140 kann vor dem Verdampfer 130 einbezogen sein. Hier kann das Expansionsventil 140 an einer Stelle vor dem Abzweig zu dem Verdampfer 130 und dem ersten Wärmetauscher 160 vorgesehen und auf diese verteilt sein, oder die Expansionsventile 140 und 170 können jeweils zugeordnet an Einlässen des Verdampfers 130 und des ersten Wärmetauschers 160 vorgesehen sein. Eine Strömung des Kältemittels zu dem Verdampfer 130 oder dem ersten Wärmetauscher 160 kann durch Steuerung eines Öffnens/Schließens der Expansionsventile 140 und 170, die an dem Verdampfer 130 und dem ersten Wärmetauscher 160 vorgesehen sind, gesteuert werden.
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Außerdem kann die Kältemittelerhöhungsleitung 500 mit einem zweiten Wärmetauscher 180 versehen sein, in welchem das von einem Auslass des Ejektors 200 abgeführte Kältemittel Wärme mit Kühlwasser eines zweiten Kühlkreislaufs tauscht.
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Der zweite Wärmetauscher 180 kann derart vorgesehen sein, dass er mit der Kältemittelerhöhungsleitung 500 in Reihe zwischen dem Ejektor 200 und dem Kompressor 110 verbunden ist. Der erste Wärmetauscher 160 und der zweite Wärmetauscher 180 sind Bauteile, welche miteinander verbunden sind und ermöglichen, dass das Kühlwasser und das Kältemittel Wärme miteinander tauschen.
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Als ein Beispiel kann der erste Kühlkreislauf ein Batteriekühlkreislauf zum Kühlen einer Batterie sein, die in einem Fahrzeug montiert ist, und der zweite Kühlkreislauf kann ein Elektrisches-Bauteil-Kühlkreislauf zum Kühlen elektrischer Bauteile, wie eines Antriebselektromotors, sein, welcher das Fahrzeug antreibt. In einem anderen Beispiel kann der erste Kühlkreislauf ein Elektrisches-Bauteil-Kühlkreislauf sein, und der zweite Kühlkreislauf kann ein Batteriekühlkreislauf sein.
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Dementsprechend ist es möglich, zusätzlich einen Wärmeabsorptionsbereich des Kältekreislaufs sicherzustellen, und daher gibt es einen Effekt der zusätzlichen Sicherstellung einer Strömungsrate und einer Wärmemenge des Kältemittels in einer Gasphase des Wärmemanagementsystems.
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8 ist ein Schaltbild des Wärmemanagementsystems für ein Fahrzeug mit einem Ejektor 200 gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und 9 ist ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit dem Ejektor 200 gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Mit Bezug auf die 8 und 9 kann das Wärmemanagementsystem mit einem Ejektor 200 gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung einen Kreislauf des Rückgewinnungstyps verwenden, welcher zusätzlich eine Menge von Innenwärmeabführung sicherstellt.
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Spezieller kann ferner eine Rückgewinnungsleitung 600 einbezogen sein, welche zwischen dem Kompressor 110 und dem Kondensator 120 in der Hauptkältemittelleitung 100 oder von der Kältemittelerhöhungsleitung 500 abzweigt und in die erste Zweigleitung 300 an einem Einlass der Düse 230 des Ejektors 200 eintritt.
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Die Rückgewinnungsleitung 600 kann derart angeschlossen sein, dass das Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck, das durch den Kompressor 110 in der Hauptkältemittelleitung 100 hindurchtritt, und das Kältemittel, das von dem Ejektor 200 in der Kältemittelerhöhungsleitung 500 abgeführt wird, wieder in die Düse 230 des Ejektors 200 in der ersten Zweigleitung 300 eingespritzt werden.
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Das heißt, bei extrem niedriger Temperatur und unzureichender Wärmeabsorption gibt es aufgrund der Rückgewinnungsleitung 600, welche einen Teil des von dem Kompressor 110 abgeführten Kältemittels rezirkuliert, einen Effekt der zusätzlichen Sicherstellung der Menge von Innenwärmeabführung (einer Wärmezufuhr von zusätzlicher Heizung) durch den Kondensator 120 mittels einer Leistung des Kompressors 110.
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Außerdem ist ein Stellventil 190 zur Steuerung einer Strömungsrichtung des Kältemittels an einer Abzweigstelle von der Hauptkältemittelleitung 100 zu der ersten Zweigleitung 300 vorgesehen. Wenn das Kältemittel durch die Rückgewinnungsleitung 600 hindurchströmt, kann das Stellventil 190 die Strömung des Kältemittels von der Hauptkältemittelleitung 100 zu der ersten Zweigleitung 300 blockieren.
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Das Stellventil 190 kann ein Dreiwegeventil sein und kann die Strömungsrichtung an einer Abzweigstelle von der Hauptkältemittelleitung 100 zu der ersten Zweigleitung 300 einstellen. Insbesondere kann in einem Modus, in welchem der Teil des von dem Kompressor 110 abgeführten Kältemittels durch die Rückgewinnungsleitung 600 hindurch rezirkuliert, das Stellventil 190 eingestellt werden, um zu verhindern, dass das Kältemittel in der Hauptkältemittelleitung 100 zu der ersten Zweigleitung 300 strömt.
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10 ist ein Schaltbild des Wärmemanagementsystems für ein Fahrzeug mit einem Ejektor 200 gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und 11 ist ein P-h-Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem mit dem Ejektor 200 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Mit Bezug auf die 10 und 11 kann das Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit dem Ejektor 200 gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung einen Kreislauf des Innenwärmetauschtyps (IHX) mittels eines Wärmetauschers 510 aufweisen.
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Speziell können die Hauptkältemittelleitung 100 an einer Stelle vor dem Abzweig zu der ersten Zweigleitung 300 und die Kältemittelerhöhungsleitung 500 an einer Stelle vor dem Eintreten in den Kompressor 110 durch den Wärmetauscher 510 hindurchtreten, der zum Wärmeaustausch miteinander angeordnet ist.
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Der Wärmetauscher 510 kann eine Vorrichtung sein, in welcher die Hauptkältemittelleitung 100 an einer Stelle, wo das Kältemittel durch den Kondensator 120 hindurchtritt, bevor es zu der ersten Zweigleitung 300 abzweigt, derart angeschlossen ist, dass sie mit der Kältemittelerhöhungsleitung 500 an einer Stelle, wo das Kältemittel von dem Ejektor 200 abgeführt wird, bevor es in den Kompressor 110 eintritt, Wärme tauschen kann.
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Infolge des Wärmetausches in dem Wärmetauscher 510 kann das durch den Kondensator 120 in der Hauptkältemittelleitung 100 hindurchtretende Kältemittel zusätzlich heruntergekühlt werden, und das von dem Ejektor 200 in der Kältemittelerhöhungsleitung 500 abgeführte Kältemittel kann erwärmt werden.
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Dementsprechend gibt es, da die übrige Wärmemenge des in dem Kondensator 120 kondensierten Kältemittels dem durch den Ejektor 200 abgeführten Kältemittel zugeführt wird, einen Effekt der Erhöhung des Leistungskoeffizienten (COP) durch Reduzieren eines Kompressionsverhältnisses und eines Verbrauchs von Leistung (Arbeit) infolge einer Erhöhung des Druckes. Außerdem gibt es einen Effekt der Erhöhung der Strömungsrate des Kältemittels, um eine Wärmemenge der Innenheizung durch den Kondensator 120 zu erhöhen.
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12 ist ein Schnitt eines Ejektors 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 13 ist ein Schema einer Einstellplatte 220 des Ejektors 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und 14 und 15 sind Schemen, die jeweils einen Betriebszustand des Ejektors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellen.
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Mit Bezug auf die 12 bis 14 kann der Ejektor 200 ein elektrischer Ejektor sein, in welchem ein Öffnungsgradbetrag der Düse 230 durch Antreiben eines Aktuators 210 eingestellt werden kann.
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Spezieller kann der Ejektor 200 ein elektrischer Ejektor sein, in welchem der Öffnungsgrad der Düse 230 durch den Aktuator 210 eingestellt werden kann. Als ein Beispiel kann die durch den Aktuator 210 gedrehte Einstellplatte 220 in der Düse 230 vorgesehen sein, und eine offene Öffnung 221 kann in der Einstellplatte 220 ausgebildet sein. Außerdem kann, wie in den 13 und 14 gezeigt, ein Mittelpunkt einer Öffnung der Düse 230 im Abstand von einer Drehachse des Aktuators 210 angeordnet sein. Das heißt, der Öffnungsgrad der Düse 230 kann infolge einer relativen Drehung zwischen der offenen Öffnung 221 der Einstellplatte 220 und der Öffnung der Düse 230 durch den Aktuator 210 eingestellt werden.
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Dementsprechend können eine Ansauggeschwindigkeit des Ejektors 200 und ein Druck des Kältemittels infolge des Betriebs des Aktuators 210 eingestellt werden.
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Außerdem kann ferner eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zur Steuerung des Betriebs des Aktuators 210, des Kompressors 110, des Expansionsventils 140 und des Stellventils 190 einbezogen sein. Eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann durch einen Algorithmus, der konfiguriert ist, um den Betrieb verschiedener Bauteile des Fahrzeuges zu steuern, einen nichtflüchtigen Speicher (nicht gezeigt), der konfiguriert ist, um Daten bezogen auf Software-Befehle zu speichern, um den Algorithmus zu reproduzieren, oder einen Prozessor (nicht gezeigt) realisiert sein, der konfiguriert ist, um die Betriebe, welche unten beschrieben sind, mittels Daten, die in einem entsprechenden Speicher gespeichert sind, durchzuführen. Hier können der Speicher und der Prozessor als separate Chips realisiert sein. Alternativ können der Speicher und der Prozessor als ein einziger Chip realisiert sein, in welchem der Speicher und der Prozessor integriert sind. Der Prozessor kann in der Form eines oder mehrerer Prozessoren sein.
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Bei einem Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug mit einem Ejektor gemäß der Erfindung kann, da eine Druckrückgewinnungsfunktion gemäß dem Venturi-Effekt des Ejektors erzeugt wird, und daher der Verbrauch von Leistung (Arbeit) des Kompressors reduziert wird, ein Leistungskoeffizient (COP) des Kältekreislaufs erhöht werden, und ein zusätzliches Kältemittel kann eingeführt werden, so dass es einen Effekt der Erhöhung einer Strömungsrate des Kältemittels im Vergleich zu dem allgemeinen Kältekreislauf gibt.
