DE102022132511A1 - Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Jeawan Kim
Hochan An
Wan Je Cho
HoYoung Jeong
Man Hee Park
Yeong Jun KIM
Jae Yeon Kim
Yeonho Kim
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Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
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Abstract

Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend eine Kühlvorrichtung (10), die einen Radiator (12) und ein Mehrwegeventil (V) aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, und die konfiguriert ist, ein Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung (11) zu zirkulieren, eine zweite Kühlmittelleitung (21), die ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die mit dem Mehrwegeventil (V) verbunden sind, und die mit einer ersten Wasserpumpe (24) und einem elektrischen Bauteil (23) ausgestattet ist, eine dritte Kühlmittelleitung (31), die ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die mit dem Mehrwegeventil (V) verbunden sind, und die mit einer zweiten Wasserpumpe (32) und einem Batteriemodul (33) ausgestattet ist, einen Chiller (40), der in der dritten Kühlmittelleitung (31) vorgesehen ist, über eine Kältemittelverbindungsleitung (61) mit einer Kältemittelleitung (51) einer Klimavorrichtung (50) verbunden ist und konfiguriert ist, eine Temperatur des in der dritten Kühlmittelleitung (31) zirkulierten Kühlmittels einzustellen, und eine Gaseinspritzvorrichtung (70), die konfiguriert ist, ein Kältemittel wahlweise zu expandieren und einen Teil des Kältemittels einem Kompressor (59) wahlweise zuzuführen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug.
  • Im Allgemeinen weist ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug eine Klimaanlage auf, die ein Kältemittel zirkuliert, um einen Innenraum des Fahrzeuges zu heizen oder zu kühlen.
  • Die Klimaanlage, welche dazu dient, den Innenraum des Fahrzeuges unabhängig von einer Änderung einer Außentemperatur auf einer angemessenen Temperatur zu halten, um eine bequeme Innenraumumgebung zu erhalten, ist konfiguriert, um den Innenraum des Fahrzeuges durch Wärmeaustausch mittels eines Kondensators und eines Verdampfers in einem Prozess, in welchem ein durch Antreiben eines Kompressors abgeführtes Kältemittel über den Kondensator, einen Sammlertrockner, ein Expansionsventil und den Verdampfer zurück zu dem Kompressor zirkuliert wird, zu heizen oder zu kühlen.
  • Das heißt, die Klimaanlage verringert eine Temperatur und eine Luftfeuchtigkeit des Innenraumes durch Kondensieren eines von dem Kompressor komprimierten gasförmigen Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittels durch den Kondensator, Hindurchtreten des Kältemittels durch den Sammlertrockner und das Expansionsventil und anschließendes Verdampfen des Kältemittels in dem Verdampfer in einem Kühlungsmodus.
  • Währenddessen wurde in letzter Zeit entsprechend einer kontinuierlichen Erhöhung eines Interesses an Energieeffizienz und eines Umweltverschmutzungsproblems die Entwicklung eines umweltfreundlichen Fahrzeuges gefordert, das geeignet ist, ein Verbrennungsmotorfahrzeug im Wesentlichen zu ersetzen, und das umweltfreundliche Fahrzeug ist in ein durch eine Brennstoffzelle oder elektrischen Strom als eine Antriebsquelle angetriebenes Elektrofahrzeug und ein durch einen Verbrennungsmotor und eine Batterie angetriebenes Hybridfahrzeug unterteilt.
  • Bei dem Elektrofahrzeug oder dem Hybridfahrzeug unter diesen umweltfreundlichen Fahrzeugen wird im Gegensatz zu einer Klimaanlage eines allgemeinen Fahrzeuges keine separate Heizung verwendet, und eine in dem umweltfreundlichen Fahrzeug verwendete Klimaanlage wird im Allgemeinen als ein Wärmepumpensystem bezeichnet.
  • Indessen erzeugt das Elektrofahrzeug eine Antriebskraft durch Umwandeln von chemischer Reaktionsenergie zwischen Sauerstoff und Wasserstoff in elektrische Energie. In diesem Prozess wird Wärmeenergie durch eine chemische Reaktion in einer Brennstoffzelle erzeugt. Daher ist es beim Sicherstellen der Leistung der Brennstoffzelle notwendig, die erzeugte Wärme wirksam abzuführen.
  • Außerdem erzeugt das Hybridfahrzeug eine Antriebskraft durch Antreiben eines Elektromotors mittels elektrischem Strom, der von der oben beschriebenen Brennstoffzelle oder einer elektrischen Batterie zugeführt wird, zusammen mit einem Verbrennungsmotor, der von einem allgemeinen Kraftstoff betrieben wird. Daher sollte die von der Brennstoffzelle oder der Batterie und dem Elektromotor erzeugte Wärme wirksam abgeführt werden, um die Leistung des Elektromotors sicherzustellen.
  • Daher sollten bei dem Hybridfahrzeug oder dem Elektrofahrzeug nach der verwandten Technik Kühlvorrichtungen, ein Wärmepumpensystem und ein Batteriekühlsystem jeweils als separate geschlossene Kreisläufe konfiguriert sein, um eine Wärmeerzeugung des Elektromotors, eines elektrischen Bauteils und der Batterie, die eine Brennstoffzelle aufweist, zu verhindern.
  • Daher sind eine Größe und ein Gewicht eines an der Vorderseite des Fahrzeuges angeordneten Kühlmoduls erhöht, und eine Anordnung von Verbindungsrohren, die ein Kältemittel und ein Kühlmittel jedem von dem Wärmepumpensystem, der Kühlvorrichtung und dem Batteriekühlsystem in einem Verbrennungsmotorraum zuführen, ist kompliziert.
  • Außerdem werden, da das Batteriekühlsystem, das die Batterie entsprechend einem Zustand des Fahrzeuges erwärmt oder kühlt, separat vorgesehen ist, so dass die Batterie eine optimale Leistung hat, eine Mehrzahl von Ventilen zum Verbinden der jeweiligen Verbindungsrohre miteinander verwendet, und Geräusche und Vibrationen infolge von häufigen Öffnungs- oder Schließvorgängen dieser Ventile werden an den Innenraum des Fahrzeuges übertragen, so dass der Fahrkomfort verschlechtert wird.
  • Außerdem gibt es beim Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges Nachteile einer Verringerung der Heizleistung infolge des Fehlens einer Wärmequelle, einer Erhöhung des elektrischen Stromverbrauchs infolge der Verwendung einer elektrischen Heizung, einer Erhöhung des Leistungsverbrauchs des Kompressors und dergleichen.
  • Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, und insbesondere ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug zur Steuerung einer Temperatur eines Batteriemoduls durch einen Chiller (z.B. einen Wärmetauscher), in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel Wärme miteinander tauschen, und zur Verbesserung einer Heizleistung und Effizienz durch eine von einer äußere Wärmequelle und einem elektrischen Bauteil erzeugte Abwärme.
  • Mit der Erfindung wird ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug geschaffen, das geeignet ist, die Heizleistung und die Effizienz durch einen (z.B. einen einzigen) Chiller, in welchem ein Kühlmittel und ein Kältemittel Wärme miteinander tauschen, um eine Temperatur eines Batteriemoduls zu steuern, und durch wahlweises Rückgewinnen einer von einer äußeren Wärmequelle und einem elektrischen Bauteil erzeugten Abwärme zur Verwendung für die Innenraumheizung zu verbessern.
  • Außerdem wird mit der Erfindung ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug geschaffen, das geeignet ist, die Heizleistung durch Erhöhen einer Strömungsrate des Kältemittels mittels einer in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise betriebenen Gaseinspritzvorrichtung zu maximieren.
  • Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist auf: eine Kühlvorrichtung, die einen Radiator (z.B. einen Kühler) und ein Mehrwegeventil, die über eine erste Kühlmittelleitung miteinander verbunden sind, aufweist und ein Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung zirkuliert, eine zweite Kühlmittelleitung, die ein Ende und das andere Ende, die mit dem Mehrwegeventil verbunden sind, aufweist und mit einer ersten Wasserpumpe und einem elektrischen Bauteil ausgestattet ist, eine dritte Kühlmittelleitung, die ein Ende und das andere Ende, die mit dem Mehrwegeventil verbunden sind, aufweist und mit einer zweiten Wasserpumpe und einem Batteriemodul ausgestattet ist, einen Chiller (bzw. einen Wärmetauscher), der in der dritten Kühlmittelleitung vorgesehen ist, über eine Kältemittelverbindungsleitung mit einer Kältemittelleitung einer Klimavorrichtung (bzw. einer Klimaanlage) verbunden ist und eine Temperatur eines in der dritten Kühlmittelleitung zirkulierten Kühlmittels durch Wärmetauschen des über die dritte Kühlmittelleitung wahlweise einströmenden Kühlmittels mit einem von der Klimavorrichtung wahlweise zugeführten Kältemittel einstellt, und eine Gaseinspritzvorrichtung, die das von einem in der Klimavorrichtung einbezogenen inneren Kondensator zugeführte Kältemittel wahlweise expandiert, um einem Wärmetauscher zugeführt zu werden, und einen Teil des von dem inneren Kondensator zugeführten Kältemittels einem Kompressor wahlweise zuführt, um eine Strömungsrate des in der Kältemittelleitung zirkulierenden Kältemittels zu erhöhen, wobei der Wärmetauscher mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden ist. Die Gaseinspritzvorrichtung weist einen Gas-Flüssigkeit-Separator, der das darin einströmende Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel trennt, um wahlweise abgeführt zu werden, eine Zuführeinheit, die über die Kältemittelleitung mit dem inneren Kondensator verbunden ist, so dass das von dem inneren Kondensator zugeführte Kältemittel einströmt, ein erstes Expansionsventil, das zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator und der Zuführeinheit vorgesehen ist, um das der Zuführeinheit zugeführte Kältemittel wahlweise zu expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführt zu werden, ein zweites Expansionsventil, welches das der Zuführeinheit zugeführte Kältemittel wahlweise expandiert, um dem Wärmetauscher zugeführt zu werden, und zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator und der Zuführeinheit vorgesehen ist, um das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher zuzuführen, und eine Zuführleitung auf, die den Gas-Flüssigkeit-Separator und den Kompressor miteinander verbindet und das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand von dem Gas-Flüssigkeit-Separator dem Kompressor wahlweise zuführt.
  • Die Klimavorrichtung kann aufweisen: ein HVAC(Heizung, Lüftung, Klimatisierung)-Modul, das einen Verdampfer, der mit der Kältemittelleitung verbunden ist, und eine Öffnungs- und Schließklappe aufweist, welche die durch den Verdampfer hindurchtretende Außenluft steuert, um entsprechend einem Kühlungs-, einem Heizungs- und einem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges in den inneren Kondensator wahlweise einzuströmen, den Kompressor, der mit der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem inneren Kondensator verbunden ist, einen Nebenkondensator (bzw. einen Hilfskondensator), der in der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Verdampfer vorgesehen ist, ein drittes Expansionsventil, das in der Kältemittelleitung zwischen dem Nebenkondensator und den Verdampfer vorgesehen ist, ein viertes Expansionsventil, das in der Kältemittelverbindungsleitung vorgesehen ist, und einen Akkumulator (z.B. einen Sammler), der in der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor vorgesehen ist und mit der Kältemittelverbindungsleitung verbunden ist.
  • Wenn die Gaseinspritzvorrichtung in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges betrieben wird, kann das erste Expansionsventil das von dem inneren Kondensator über die Zuführeinheit zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführt zu werden, kann das zweite Expansionsventil das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführte Kältemittel expandieren, um zu der Kältemittelleitung zu strömen, kann die Zuführleitung geöffnet sein, und kann der Gas-Flüssigkeit-Separator das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand unter dem darin eingeströmten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung dem Kompressor zuführen.
  • Wenn die Gaseinspritzvorrichtung in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges nicht arbeitet, kann ein Betrieb des ersten Expansionsventils gestoppt sein, kann das Einströmen des Kältemittels in den Gas-Flüssigkeit-Separator blockiert sein, und kann das zweite Expansionsventil das von dem inneren Kondensator über die Zuführeinheit zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Wärmetauscher zugeführt zu werden.
  • Im Falle des Kühlungsmodus oder des Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges kann in der Gaseinspritzvorrichtung der Betrieb des ersten Expansionsventils gestoppt sein, kann das zweite Expansionsventil das von dem inneren Kondensator über die Zuführeinheit zugeführte Kältemittel ohne eine Expansion durch die Kältemittelleitung hindurchströmen, und kann der Kältemittelzustrom zu dem Gas-Flüssigkeit-Separator blockiert sein.
  • Der Wärmetauscher kann das in dem inneren Kondensator kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel entsprechend dem wahlweisen Betrieb der Gaseinspritzvorrichtung zusätzlich kondensieren oder verdampfen.
  • Wenn das Batteriemodul durch das Kühlmittel, das mit dem Kältemittel Wärme getauscht hat, gekühlt wird, kann das vierte Expansionsventil das durch die Kältemittelverbindungsleitung hindurchströmende Kältemittel expandieren, um zu dem Chiller zu strömen.
  • Die Klimavorrichtung kann ferner aufweisen: eine erste Zweigleitung, die ein Ende, das mit dem vierten Expansionsventil verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit der Kältemittelleitung verbunden ist, die zwischen dem Verdampfer und dem Akkumulator vorgesehen ist, eine zweite Zweigleitung, die das von dem Wärmetauscher abgeführte Kältemittel durch den Betrieb eines in der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Nebenkondensator vorgesehenen Kältemittelventils direkt zu dem Akkumulator strömt, eine dritte Zweigleitung, die ein Ende, das mit der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und der Gaseinspritzvorrichtung verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit einem Steuerventil verbunden ist, eine Entfeuchtungsleitung, die ein Ende, das mit dem Steuerventil verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit der Kältemittelleitung zwischen dem Verdampfer und dem dritten Expansionsventil verbunden ist, und eine Nebenzuführleitung, die ein Ende, das mit dem Steuerventil verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit der Kältemittelleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Nebenkondensator verbunden ist.
  • Die erste Zweigleitung kann durch den Betrieb des vierten Expansionsventils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet und geschlossen sein, die zweite Zweigleitung kann durch den Betrieb des Kältemittelventils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges geöffnet sein, die dritte Zweigleitung kann durch den Betrieb des Steuerventils in dem Heizungsmodus und dem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet und geschlossen sein, die Entfeuchtungsleitung kann durch den Betrieb des Steuerventils in dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges geöffnet sein, und die Nebenzuführleitung kann durch den Betrieb des Steuerventils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet sein.
  • Wenn das Batteriemodul in dem Kühlungsmodus gekühlt wird, kann die erste Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden sein, kann das von dem Radiator gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil hindurch zirkulieren, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der ersten Kühlmittelleitung und der zweiten Kühlmitteilleitung strömt, kann die dritte Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils einen geschlossenen und dichten (bzw. abgedichteten) Kreislauf unabhängig von der ersten und der zweiten Kühlmittelleitung bilden, und kann das durch den Chiller hindurchgetretene Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe in der dritten Kühlmittelleitung dem Batteriemodul zugeführt werden. In der Klimavorrichtung kann in einem Zustand, in dem durch den Betrieb des vierten Expansionsventils die erste Zweigleitung geschlossen ist und die Kältemittelverbindungsleitung geöffnet ist, das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung und der Kältemittelverbindungsleitung zirkulieren, können das dritte und das vierte Expansionsventil das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils zugeordnet dem Verdampfer und dem Chiller zugeführt wird, kann die zweite Zweigleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geschlossen sein, und können die dritte Zweigleitung, die Nebenzuführleitung und die Entfeuchtungsleitung durch den Betrieb des Steuerventils geschlossen sein. In der Gaseinspritzvorrichtung kann das zweite Expansionsventil das von dem inneren Kondensator zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher zuführen, ohne zu expandieren.
  • In der Kühlvorrichtung kann das von dem Radiator gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der ersten Kühlmittelleitung und der zweiten Kühlmittelleitung dem Wärmetauscher zugeführt werden, kann in einem Zustand, in dem ein Ende und ein das andere Ende der dritten Kühlmittelleitung über das Mehrwegeventil miteinander verbunden sind, das Kühlmittel kontinuierlich zirkulieren, während es durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe entlang der dritten Kühlmittelleitung sequentiell durch das Batteriemodul und den Chiller hindurchtritt, und kann der Wärmetauscher das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensieren.
  • Wenn die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird, kann die erste Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden sein, kann das von dem Radiator gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil hindurch zirkulieren, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der ersten Kühlmittelleitung und der zweiten Kühlmittelleitung strömt, und kann die dritte Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils geschlossen sein. In der Klimavorrichtung kann ein Abschnitt der Kältemittelleitung, der den Nebenkondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils geschlossen sein, kann die erste Zweigleitung durch den Betrieb des vierten Expansionsventils geöffnet sein, kann in einem Zustand, in dem ein Teil der Kältemittelverbindungsleitung durch den Betrieb des vierten Expansionsventils geöffnet ist, so dass die mit dem Nebenkondensator verbundene Kältemittelleitung mit der Kältemittelverbindungsleitung verbunden ist, ein Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung, der bezogen auf das vierte Expansionsventil mit dem Chiller verbunden ist, geschlossen sein, kann die zweite Zweigleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet sein, können die dritte Zweigleitung und die Nebenzuführleitung durch den Betrieb des Steuerventils geöffnet sein, und kann das Kältemittel, das in die Nebenzuführleitung strömt, entlang der Kältemittelleitung dem Nebenkondensator zugeführt werden. In der Gaseinspritzvorrichtung kann der Betrieb des ersten Expansionsventils und des Gas-Flüssigkeit-Separators gestoppt sein, kann das zweite Expansionsventil das von dem inneren Kondensator zugeführte Kältemittel expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung verbundenen Wärmetauscher zugeführt zu werden, und kann der Wärmetauscher die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils zurückzugewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das die Wärme von der äußeren Wärmequelle zurückgewinnt und eine Temperatur hat, die während des Kühlens des elektrischen Bauteils erhöht wird, verdampft.
  • Wenn die Gaseinspritzvorrichtung während des Rückgewinnens der Wärme von einer äußeren Wärmequelle und der Abwärme des elektrischen Bauteils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges arbeitet, kann die erste Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden sein, kann das von dem Radiator gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil hindurch zirkulieren, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der ersten Kühlmittelleitung und der zweiten Kühlmittelleitung strömt, und kann die dritte Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils geschlossen sein. In der Klimavorrichtung kann ein Abschnitt der Kältemittelleitung, der den Nebenkondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils geschlossen sein, kann in einem Zustand, in dem ein Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung durch den Betrieb des vierten Expansionsventils geöffnet ist, so dass die mit dem Nebenkondensator verbundene Kältemittelleitung mit der Kältemittelverbindungsleitung verbunden ist, ein Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung, der bezogen auf das vierte Expansionsventil mit dem Chiller verbunden ist, geschlossen sein, kann die zweite Zweigleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet sein, können die dritte Zweigleitung und die Nebenzuführleitung durch den Betrieb des Steuerventils geöffnet sein, und kann das in die Nebenzuführleitung strömende Kältemittel entlang der Kältemittelleitung dem Nebenkondensator zugeführt werden. In der Gaseinspritzvorrichtung kann das erste Expansionsventil das von der Zuführeinheit zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführt zu werden, kann der Gas-Flüssigkeit-Separator das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand unter dem von dem ersten Expansionsventil zugeführten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung dem Kompressor zuführen, kann das zweite Expansionsventil das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführte Kältemittel zusätzlich expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung verbundenen Wärmetauscher zugeführt zu werden, und kann der Wärmetauscher die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils zurückgewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das die Wärme von der äußeren Wärmequelle zurückgewinnt und eine Temperatur hat, die während des Kühlens des elektrischen Bauteils erhöht wird, verdam pft.
  • Wenn die Gaseinspritzvorrichtung während des Rückgewinnens der Abwärme des elektrischen Bauteils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges arbeitet, können die erste Kühlmittelleitung und die dritte Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils geschlossen sein, können ein Ende und das andere Ende der zweiten Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils miteinander verbunden sein, so dass die zweite Kühlmittelleitung einen unabhängigen geschlossenen und dichten (bzw. abgedichteten) Kreislauf bilden kann, und kann in der zweiten Kühlmittelleitung das durch das elektrische Bauteil hindurchgetretene Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe kontinuierlich zirkuliert werden. In der Klimavorrichtung kann die Kältemittelleitung, die den Nebenkondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils geschlossen sein, können die Kältemittelverbindungsleitung und die erste Zweigleitung durch den Betrieb des vierten Expansionsventils geschlossen sein, kann die zweite Zweigleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet sein, und können die dritte Zweigleitung, die Nebenzuführleitung und die Entfeuchtungsleitung durch den Betrieb des Steuerventils geschlossen sein. In der Gaseinspritzvorrichtung kann das erste Expansionsventil das von der Zuführeinheit zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführt zu werden, kann der Gas-Flüssigkeit-Separator das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand unter dem von dem ersten Expansionsventil zugeführten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung dem Kompressor zuführen, kann das zweite Expansionsventil das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator zugeführte Kältemittel zusätzlich expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung verbundenen Wärmetauscher zugeführt zu werden, und kann der Wärmetauscher die Abwärme des elektrischen Bauteils zurückgewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur sich während des Kühlens des elektrischen Bauteils erhöht hat, verdampft.
  • Im Falle des Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges, kann die erste Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils mit der zweiten Kühlmittelleitung verbunden sein, kann das von dem Radiator gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil hindurch zirkulieren, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der ersten Kühlmittelleitung und der zweiten Kühlmittelleitung strömt, und kann die dritte Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils geschlossen sein. In der Klimavorrichtung kann die Kältemittelleitung, die den Nebenkondensator und den Verdampfer miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils geschlossen sein, können die Kältemittelverbindungsleitung und die erste Zweigleitung durch den Betrieb des vierten Expansionsventils geschlossen sein, kann die zweite Zweigleitung durch den Betrieb des Kältemittelventils geöffnet sein, können die dritte Zweigleitung und die Entfeuchtungsleitung durch den Betrieb des Steuerventils geöffnet sein, und kann die Nebenzuführleitung durch den Betrieb des Steuerventils geschlossen sein. In der Gaseinspritzvorrichtung kann der Betrieb des ersten Expansionsventils und des Gas-Flüssigkeit-Separators gestoppt sein, kann das zweite Expansionsventil das von dem inneren Kondensator zugeführte Kältemittel expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung verbundenen Wärmetauscher zugeführt zu werden, kann der Wärmetauscher die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils zurückgewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das die Wärme von einer äußeren Wärmequelle zurückgewinnt und eine Temperatur hat, die während des Kühlens des elektrischen Bauteils erhöht wird, verdampft, und kann die Entfeuchtungsleitung einen Teil des Kältemittels von dem durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils expandierten Kältemittel dem Verdampfer zuführen.
  • Wenn das elektrische Bauteil und das Batteriemodul durch das Kühlmittel gekühlt werden, kann die erste Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils mit einem Ende der dritten Kühlmittelleitung verbunden sein, kann das andere Ende der dritten Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils mit einem Ende der zweiten Kühlmittelleitung verbunden sein, kann das andere Ende der zweiten Kühlmittelleitung durch den Betrieb des Mehrwegeventils mit der ersten Kühlmittelleitung verbunden sein, kann das von dem Radiator gekühlte Kühlmittel von dem Mehrwegeventil durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe entlang der dritten Kühlmittelleitung dem Batteriemodul zugeführt werden, kann das durch das Batteriemodul hindurchgetretene Kühlmittel entlang der dritten Kühlmittelleitung zurück zu dem Mehrwegeventil strömen und wird dann durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe entlang der zweiten Kühlmittelleitung dem elektrischen Bauteil zugeführt, kann das durch das elektrische Bauteil hindurchgetretene Kühlmittel entlang der zweiten Kühlmittelleitung in das Mehrwegeventil hineinströmen und wird dann entlang der ersten Kühlmittelleitung dem Radiator zugeführt, und kann der Betrieb der Klimavorrichtung und der Gaseinspritzvorrichtung gestoppt sein.
  • Die erste Kühlmittelleitung, die zweite Kühlmittelleitung und die dritte Kühlmittelleitung können durch den Betrieb des Mehrwegeventils miteinander verbunden sein, um einen zusammenhängenden (bzw. geschlossenen) Kreislauf zu bilden, in welchem das von dem Radiator gekühlte Kühlmittel zirkuliert.
  • Das erste Expansionsventil kann das Kältemittel während der Steuerung der Strömung des Kältemittels wahlweise expandieren und kann ein elektronisches Zweiwege-Expansionsventil mit einem Einlass und einem Auslas sein, und das zweite Expansionsventil und das vierte Expansionsventil können das Kältemittel während der Steuerung der Strömung des Kältemittels wahlweise expandieren und können ein elektronisches Dreiwege-Expansionsventil mit zwei Einlässen und einem Auslass sein.
  • Die erste Wasserpumpe kann an dem Mehrwegeventil montiert sein, mit welchem die zweite Kühlmittelleitung verbunden ist, und die zweite Wasserpumpe kann an dem Mehrwegeventil montiert sein, mit welchem die dritte Kühlmittelleitung verbunden ist.
  • Das Mehrwegeventil kann mit einem Vorratsbehälter ausgestattet sein, der integral montiert ist.
  • Wie oben beschrieben, kann bei dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß den Ausführungsformen der Erfindung durch Verwendung eines (z.B. eines einzigen) Chillers, in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel Wärme miteinander tauschen, um eine Temperatur eines Batteriemoduls entsprechend einem Modus des Fahrzeuges zu steuern, eine Vereinfachung des Systems realisiert werden.
  • Außerdem ist es gemäß den Ausführungsformen der Erfindung durch effiziente Steuerung einer Temperatur eines Batteriemoduls möglich, das Batteriemodul mit optimaler Leistung zu betreiben, und eine Gesamtfahrstrecke (z.B. eine Gesamtreichweite) des Fahrzeuges kann durch effizientes Management des Batteriemoduls erhöht werden.
  • Ferner kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung die Heizungseffizienz durch wahlweises Verwenden der Wärme von einer äußeren Wärmequelle oder der Abwärme eines elektrischen Bauteils in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges verbessert werden.
  • Außerdem kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung die Heizleistung durch wahlweises Erhöhen der Strömungsrate eines Kältemittels in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges mittels einer Gaseinspritzvorrichtung maximiert werden.
  • Darüber hinaus ist es gemäß den Ausführungsformen der Erfindung möglich, durch Vereinfachung eines gesamten Systems die Herstellungskosten und das Gewicht zu reduzieren und die Raumausnutzung zu verbessern.
  • Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines elektrischen Bauteils und eines Batteriemoduls durch ein Kühlmittel in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines Batteriemoduls durch ein Kältemittel in einem Kühlungsmodus eines Fahrzeuges in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 ein Betriebszustandsdiagramm für eine äußere Wärmequelle entsprechend einem Heizungsmodus und eine Rückgewinnung von Abwärme eines elektrischen Bauteils in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 ein Betriebszustandsdiagramm für eine äußere Wärmequelle entsprechend einem Heizungsmodus und eine Rückgewinnung von Abwärme eines elektrischen Bauteils und einen Betrieb einer Gaseinspritzvorrichtung in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
    • 6 ein Betriebszustandsdiagramm für eine Rückgewinnung von Abwärme eines elektrischen Bauteils entsprechend einem Heizungsmodus und einen Betrieb einer Gaseinspritzvorrichtung in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
    • 7 ein Betriebszustandsdiagramm für einen Entfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen und die in den Zeichnungen gezeigten Konfigurationen sind nur die bevorzugtesten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, jedoch beschränken sie nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung. Daher versteht es sich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen geeignet sein können, diese zu ersetzen.
  • Um die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung klarzustellen, werden die Teile, die nicht mit der Beschreibung verbunden sind, weggelassen, und dieselben Elemente oder Abwandlungen sind mit denselben Bezugszeichen durch die Beschreibung hinweg bezeichnet.
  • Die Größe und Dicke jedes Elements sind in den Zeichnungen willkürlich gezeigt, jedoch sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt darauf beschränkt, und in den Zeichnungen sind die Dicken von Schichten, Filmen, Paneelen, Bereichen usw. zur Klarheit übertrieben.
  • Durch diese Beschreibung und die folgenden Ansprüche hinweg ist, sofern nicht explizit das Gegenteil beschrieben ist, der Begriff „aufweisen“ oder Variationen, wie „aufweist“ oder „aufweisend“ so zu verstehen, dass er den Einschluss der genannten Elemente, nicht jedoch den Ausschluss irgendwelcher anderen Elemente impliziert.
  • Ferner bedeuten die hierin verwendeten Begriffe „... einheit", „... mechanismus", „... abschnitt", „... element" usw. eine Einheit von einbezogenen Komponenten, die wenigstens eine oder mehrere Funktionen oder Vorgänge durchführen.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung steuert eine Temperatur eines Batteriemoduls 33 durch einen Chiller (z.B. einen Wärmetauscher) 40, in welchem ein Kältemittel und ein Kühlmittel Wärme miteinander tauschen, und verbessert die Heizleistung und die Effizienz durch Wärme von einer äußeren Wärmequelle oder Abwärme eines elektrischen Bauteils 23 und eine Gaseinspritzvorrichtung 70.
  • Hier können in dem Wärmepumpensystem eine Kühlvorrichtung 10 zum Zirkulieren des Kühlmittels zu dem elektrischen Bauteil 23 und dem Batteriemodul 33 in einem Elektrofahrzeug und eine Klimavorrichtung 50, welche eine Klimaanlage zum Kühlen und Heizen eines Raumes ist, ineinandergreifen.
  • Das heißt, mit Bezug auf 1 kann das Wärmepumpensystem die Kühlvorrichtung 10, eine zweite Kühlmittelleitung 21, eine dritte Kühlmittelleitung 31, den Chiller 40, die Klimavorrichtung 50 und die Gaseinspritzvorrichtung 70 aufweisen.
  • Zuerst kann die Kühlvorrichtung 10 einen Radiator 12 und ein Mehrwegeventil V aufweisen, die über eine erste Kühlmittelleitung 11 miteinander verbunden sind.
  • Der Radiator 12 ist an der Vorderseite des Fahrzeuges angeordnet, und ein Kühlgebläse 13 ist an der Rückseite vorgesehen. Dementsprechend kann der Radiator 12 das Kühlmittel durch den Betrieb des Kühlgebläses 13 und einen Wärmeaustausch mit der Außenluft kühlen.
  • Ein Ende und das andere Ende der zweiten Kühlmittelleitung 21 sind mit dem Mehrwegeventil V verbunden. Die zweite Kühlmittelleitung 21 kann mit einer ersten Wasserpumpe 24 und dem elektrischen Bauteil 23 ausgestattet sein.
  • Hier kann das elektrische Bauteil 23 eine Elektrische-Leistung-Steuereinheit (EPCU), einen Elektromotor, einen Inverter, ein Ladegerät (ein bordeigenes Ladegerät, OBC) oder eine Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung aufweisen.
  • Die Elektrische-Leistung-Steuereinheit, der Inverter, der Elektromotor oder die Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung kann sich während der Fahrt erwärmen, und das Ladegerät kann sich beim Laden des Batteriemoduls 33 erwärmen.
  • Das in dieser Weise konfigurierte elektrische Bauteil 23 kann in der zweiten Kühlmittelleitung 21 vorgesehen sein und durch Wasserkühlung gekühlt werden.
  • Das heißt, wenn die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 in einem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird, kann die von der Elektrische-Leistung-Steuereinrichtung, dem Elektromotor, dem Inverter, dem Ladegerät oder der Autonomes-Fahren-Steuereinrichtung erzeugte Wärme zurückgewonnen werden.
  • Indessen kann während des Betriebs der ersten Wasserpumpe 24 derart, dass das Kühlmittel dem in der zweiten Kühlmittelleitung 21 vorgesehenen elektrischen Bauteil 23 zugeführt wird, die Kühlvorrichtung 10 das Kühlmittel von der ersten Kühlmittelleitung 11 über das damit verbundene Mehrwegeventil V zu der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkulieren.
  • Das heißt, die Kühlvorrichtung 10 zirkuliert das in dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmittelleitung 21, so dass das elektrische Bauteil 23 nicht überhitzt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind ein Ende und das andere Ende der dritten Kühlmittelleitung 31 mit dem Mehrwegeventil V verbunden. Die dritte Kühlmittelleitung 31 kann mit einer zweiten Wasserpumpe 32 und dem Batteriemodul 33 ausgestattet sein.
  • Dementsprechend kann das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch den wahlweisen Betrieb des Mehrwegeventils V und den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 in der dritten Kühlmittelleitung 31 strömen, oder das in der dritten Kühlmittelleitung 31 gespeicherte Kühlmittel kann unabhängig zirkuliert werden.
  • Das heißt, die dritte Kühlmittelleitung 31 kann das Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 zu dem Batteriemodul 33 zirkulieren.
  • Hier führt das Batteriemodul 33 dem elektrischen Bauteil 23 Strom zu, wobei das Batteriemodul 33 als Wasserkühlungstyp ausgebildet ist und mit einem entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 strömenden Kühlmittel gekühlt wird.
  • Das heißt, das Batteriemodul 33 kann entsprechend dem Betrieb des Mehrwegeventils V über die erste Kühlmittelleitung 11 und die dritte Kühlmittelleitung 31 mit dem Radiator 12 wahlweise verbunden sein.
  • Indessen kann die dritte Kühlmittelleitung 31 entsprechend dem Betrieb des Mehrwegeventils V mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden sein.
  • Die in dieser Weise konfigurierte dritte Kühlmittelleitung 31 kann durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 das von dem Radiator 12 zugeführte Kühlmittel oder das in der dritten Kühlmittelleitung 31 gespeicherte Kühlmittel zu dem Batteriemodul 33 zirkulieren.
  • Hier können die erste und die zweite Wasserpumpe 24 und 32 elektrische Wasserpumpen sein.
  • Außerdem kann die erste Wasserpumpe 24 an dem Mehrwegeventil V, mit welchem die zweite Kühlmittelleitung 21 verbunden ist, integral montiert sein, und die zweite Wasserpumpe 32 kann an dem Mehrwegeventil V, mit welchem die dritte Kühlmittelleitung 31 verbunden ist, integral montiert sein.
  • Indessen kann ein Vorratsbehälter 17 an dem Mehrwegeventil V integral montiert sein. Das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel kann in dem Vorratsbehälter 17 gespeichert sein.
  • Wenn die wie oben konfigurierte Kühlvorrichtung 10 die von dem elektrischen Bauteil 23 erzeugte Abwärme absorbiert, um die Kühlmitteltemperatur zu erhöhen, kann das Mehrwegeventil V die erste Kühlmittelleitung 11 und die zweite Kühlmittelleitung 21 miteinander verbinden oder derart arbeiten, dass die zweite Kühlmittelleitung 21 einen geschlossenen und dichten Kreislauf unabhängig von der ersten und der dritten Kühlmittelleitung 11 und 31 bildet.
  • Außerdem kann beim Rückgewinnen der Abwärme des Batteriemoduls 33, beim Erhöhen der Temperatur des Batteriemoduls 33 oder beim Kühlen des Batteriemoduls 33 das Mehrwegeventil V derart betrieben werden, dass die dritte Kühlmittelleitung 31 einen geschlossenen und dichten Kreislauf unabhängig von der ersten und der zweiten Kühlmittelleitung 11 und 21 bildet, so dass das durch das Batteriemodul 33 hindurchgetretene Kühlmittel zu dem Batteriemodul 33 zurückgeführt wird, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Chiller 40 in der dritten Kühlmittelleitung 31 vorgesehen, und das Kühlmittel kann an der Innenseite optional zirkuliert werden.
  • Der Chiller 40 ist mit einer Kältemittelleitung 51 der Klimavorrichtung 50 und einer Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden. Das heißt, der Chiller 40 kann ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in welchem das Kühlmittel eingeströmt wird.
  • Dementsprechend kann der Chiller 40 Wärme des über die dritte Kühlmitteleitung 31 wahlweise eingeströmten Kühlmittels mit dem von der Klimavorrichtung 50 wahlweise zugeführten Kältemittel tauschen, um die Temperatur des Kühlmittels zu steuern.
  • Indessen kann in der vorliegenden Ausführungsform das Mehrwegeventil V die Strömung des Kühlmittels durch wahlweises Verbinden oder Trennen der ersten Kühlmittelleitung 11, der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der dritten Kühlmittelleitung 31 steuern.
  • Zuerst kann das Mehrwegeventil V die erste Kühlmittelleitung 11 und die zweite Kühlmittelleitung 21 miteinander verbinden, wenn das elektrische Bauteil 23 durch das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel gekühlt wird.
  • Dementsprechend kann das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel das elektrische Bauteil 23 kühlen, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmittelleitung 21, die durch den Betrieb des Mehrwegeventils V miteinander verbunden sind, zirkuliert.
  • Umgekehrt schließt, wenn die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 23 zurückgewonnen wird, das Mehrwegeventil V die erste Kühlmittelleitung 11 und kann betrieben werden, um einen unabhängigen geschlossenen und dichten Kreislauf zu bilden, wenn ein Ende und das andere Ende der zweiten Kühlmittelleitung 21 miteinander verbunden sind.
  • Dann kann sich, während das in der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkulierte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil 23 hindurchtritt, ohne durch den Radiator 12 hindurchzutreten, die Temperatur erhöhen.
  • Außerdem kann, wenn das Batteriemodul 33 durch das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel gekühlt wird, das Mehrwegeventil V die erste Kühlmittelleitung 11 und die dritte Kühlmittelleitung 31 miteinander verbinden.
  • Dementsprechend kann das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel das Batteriemodul 33 kühlen, während es entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der dritten Kühlmittelleitung 31, die durch den Betrieb des Mehrwegeventils V miteinander verbunden sind, strömt.
  • Ebenso schließt, wenn das Batteriemodul 33 durch das Kühlmittel, das mit dem Kältemittel in dem Chiller 40 Wärme getauscht hat, gekühlt wird, das Mehrwegeventil V die erste Kühlmittelleitung 11, die mit dem Radiator 12 verbunden ist, und kann betrieben werden, um einen unabhängigen geschlossenen und dichten Kreislauf zu bilden, wenn ein Ende und das andere Ende der dritten Kühlmittelleitung 31 miteinander verbunden sind.
  • Daher strömt das Kühlmittel mit niedriger Temperatur, das den Wärmeaustausch mit dem Kältemittel in dem Chiller 40 vollendet hat, entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 in das Batteriemodul 33, um dadurch das Batteriemodul 33 effizient zu kühlen.
  • Andererseits, wenn sich die Temperatur des Batteriemoduls 33 erhöht, verhindert das Mehrwegeventil V, dass das in der dritten Kühlmittelleitung 31 zirkulierte Kühlmittel in den Radiator 12 strömt, so dass die Temperatur des Batteriemoduls 33 schnell erhöht werden kann.
  • Hier kann eine Kühlmittelheizung 35 in der dritten Kühlmittelleitung 31 zwischen dem Batteriemodul 33 und dem Chiller 40 vorgesehen sein.
  • Die Kühlmittelheizung 35 wird eingeschaltet, um das in der dritten Kühlmittelleitung 31 zirkulierte Kühlmittel zu erwärmen, wenn die Temperatur des Batteriemoduls 33 erhöht werden muss, und das Kühlmittel, dessen Temperatur sich erhöht hat, kann in das Batteriemodul 33 hineingeströmt werden.
  • Die Kühlmittelheizung 35 kann eine elektrische Heizung sein, die entsprechend der Stromzufuhr arbeitet.
  • Das heißt, die Kühlmittelheizung 35 wird betrieben, wenn die Temperatur des dem Batteriemodul 33 zugeführten Kühlmittels kleiner als eine Zieltemperatur ist, so dass das in der dritten Kühlmittelleitung 31 zirkulierte Kühlmittel erwärmt werden kann.
  • Dementsprechend wird das Kühlmittel, dessen Temperatur sich erhöht hat, während es durch die Kühlmittelheizung 35 hindurchtritt, dem Batteriemodul 33 zugeführt, und die Temperatur des Batteriemoduls 33 kann erhöht werden.
  • Daher kann die Kühlmittelheizung 35 wahlweise betrieben werden, wenn die Temperatur des Batteriemoduls 33 erhöht wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann die Klimavorrichtung 50 ein HVAC(Heizung, Lüftung und Klimatisierung)-Modul 52, einen Wärmetauscher 53, einen Nebenkondensator 54, ein drittes Expansionsventil 55, einen Verdampfer 56, einen Akkumulator 57, einen Kompressor 59 und ein viertes Expansionsventil 62 aufweisen, welche über die Kältemittelleitung 51 miteinander verbunden sind.
  • Zuerst ist das HVAC-Modul 52 an der Innenseite mit dem Verdampfer 56, der mit der Kältemittelleitung 51 verbunden ist, und einer Öffnungs- und Schließklappe 52b versehen, welche die durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft entsprechend einem Kühlungsmodus, einem Heizungsmodus oder einem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges steuert, um wahlweise in einen inneren Kondensator 52a einzuströmen.
  • Das heißt, in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges ist die Öffnungs- und Schließklappe 52b geöffnet, so dass die durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft in den inneren Kondensator 52a einströmt. Umgekehrt schließt in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges die Öffnungs- und Schließklappe 52b die Seite des inneren Kondensators 52a, so dass die während des Hindurchtretens durch den Verdampfer 56 gekühlte Außenluft direkt in den Innenraum des Fahrzeuges strömt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Wärmetauscher 53 mit der Kältemittelleitung 51 verbunden, durch welche das Kältemittel hindurchströmt. Außerdem kann der Wärmetauscher 53 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden sein, so dass das in der zweiten Kühlmittelleitung 21 zirkulierende Kühlmittel hindurchtritt.
  • Der Wärmetauscher 53 kann entsprechend dem wahlweisen Betrieb der Gaseinspritzvorrichtung 70 in dem jeweiligen Modus des Fahrzeuges das in dem inneren Kondensator 52a kondensierte Kältemittel durch den Wärmeaustausch mit dem über die zweite Kühlmittelleitung 21 zugeführten Kühlmittel zusätzlich kondensieren oder verdampfen.
  • Das heißt, der Wärmetauscher 53 kann ein wassergekühlter Wärmetauscher sein, in welchen das Kühlmittel eingeströmt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann der Nebenkondensator 54 in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem Verdampfer 56 vorgesehen sein.
  • Hier kann der Nebenkondensator 54 das in dem Wärmetauscher 53 kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft zusätzlich kondensieren. Das heißt, der Nebenkondensator 54 ist an der Vorderseite des Radiators 12 angeordnet, um wechselseitig Wärme des in den Innenraum strömenden Kältemittels mit der Außenluft zu tauschen.
  • Das heißt, der Nebenkondensator 54 kann ein luftgekühlter Wärmetauscher sein, der ein Kältemittel durch Außenluft kondensiert.
  • Als solches erhöht, wenn der Wärmetauscher 53 das Kältemittel kondensiert, der Nebenkondensator 54 die Nebenkühlung des Kältemittels durch weiteres Kondensieren des in dem Wärmetauscher 53 kondensierten Kältemittels, um dadurch einen Wirkungsgrad (COP), welcher ein Koeffizient der Kühlkapazität relativ zu der von dem Kompressor geforderten Leistung ist, zu verbessern.
  • Das dritte Expansionsventil 55 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Nebenkondensator 54 und dem Verdampfer 56 vorgesehen. Das dritte Expansionsventil 55 nimmt das durch den Nebenkondensator 54 hindurchtretende Kältemittel auf und expandiert es wahlweise.
  • Der Akkumulator 57 ist in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem Kompressor 59 vorgesehen und ist mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden.
  • Der Akkumulator 57 verbessert die Effizienz und die Haltbarkeit des Kompressors 59 durch Zuführen von lediglich gasförmigem Kältemittel zu dem Kompressor 59.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Ende der Kältemittelverbindungsleitung 61 mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Nebenkondensator 54 und dem dritten Expansionsventil 55 verbunden. Ebenso kann das andere Ende der Kältemittelverbindungsleitung 61 mit der mit dem Akkumulator 57 verbundenen Kältemittelleitung 51 verbunden sein.
  • Hier kann der Akkumulator 57 ein gasförmiges Kältemittel unter dem Kältemittel, das über die Kältemittelverbindungsleitung 61 zugeführt wird, dem Kompressor 59 zuführen.
  • Andererseits kann die Kältemittelverbindungsleitung 61 mit dem vierten Expansionsventil 62 versehen sein.
  • Das vierte Expansionsventil 62 kann, wenn das Batteriemodul 33 durch das Kältemittel, das mit dem Kühlmittel Wärme getauscht hat, gekühlt wird, das durch die Kältemittelverbindungsleitung 61 hindurchströmende Kältemittel expandieren, um in den Chiller 40 hineinzuströmen.
  • Das heißt, das vierte Expansionsventil 62 expandiert das von dem Nebenkondensator 54 abgeführte Kältemittel und strömt es in einem Zustand, in dem die Temperatur verringert ist, in den Chiller 40 hinein, um dadurch die Wassertemperatur des durch den Chiller 40 hindurchtretenden Kühlmittels weiter zu verringern.
  • Dementsprechend wird das Kühlmittel, dessen Wassertemperatur verringert wird, während es durch den Chiller 40 hindurchtritt, in das Batteriemodul 33 eingeströmt und kann effizienter gekühlt werden.
  • Der Kompressor 59 ist mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem inneren Kondensator 52a und dem Wärmetauscher 53 verbunden. Der Kompressor 59 komprimiert das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand und kann das komprimierte Kältemittel dem Wärmetauscher 53 zuführen.
  • Die in dieser Weise konfigurierte Klimavorrichtung 50 kann ferner eine erste Zweigleitung 63, eine zweite Zweigleitung 65, eine dritte Zweigleitung 66, eine Entfeuchtungsleitung 68 und eine Nebenzuführleitung 69 aufweisen.
  • Zuerst ist ein Ende der ersten Zweigleitung 63 mit dem vierten Expansionsventil 62 verbunden. Das andere Ende der ersten Zweigleitung 63 ist mit der Kältemittelleitung 51 verbunden, die zwischen dem Verdampfer 56 und dem Akkumulator 57 vorgesehen ist.
  • Hier kann die erste Zweigleitung 63 durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet und geschlossen sein.
  • Das heißt, wenn die erste Zweigleitung 63 geöffnet ist, kann das von der Kältemittelverbindungsleitung 61 zu dem vierten Expansionsventil 62 strömende Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 dem Akkumulator 57 zugeführt werden, ohne durch den Chiller 40 hindurchzutreten.
  • Die zweite Zweigleitung 65 strömt das von dem Wärmetauscher 53 abgeführte Kältemittel durch den Betrieb eines in der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem Nebenkondensator 54 vorgesehenen Kältemittelventils 64 wahlweise direkt in den Akkumulator 57.
  • Hier ist ein Ende der zweiten Zweigleitung 65 mit dem Kältemittelventil 64 verbunden. Ebenso kann das andere Ende der zweiten Zweigleitung 65 mit dem Akkumulator 57 verbunden sein.
  • Hier kann das Kältemittelventil 64 die zweite Zweigleitung 65 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges öffnen und die mit dem Nebenkondensator 54 verbundene Kältemittelleitung 51 schließen.
  • Umgekehrt kann das Kältemittelventil 64 die zweie Zweigleitung 65 in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges schließen und die mit dem Nebenkondensator 54 verbundene Kältemittelleitung 51 öffnen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Ende der dritten Zweigleitung 66 mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und der Gaseinspritzvorrichtung 70 verbunden. Ebenso kann das andere Ende der dritten Zweigleitung 66 mit einem Steuerventil 67 verbunden sein.
  • Hier kann die dritte Zweigleitung 66 durch den Betrieb des Steuerventils 67 in dem Heizungsmodus oder dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet und geschlossen sein.
  • Ein Ende der Entfeuchtungsleitung 68 kann mit dem Steuerventil 67 verbunden sein. Das andere Ende der Entfeuchtungsleitung 68 kann mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Verdampfer 56 und dem dritten Expansionsventil 55 verbunden sein.
  • Hier kann die Entfeuchtungsleitung 68 durch den Betrieb des Steuerventils 67 in dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges geöffnet sein.
  • Außerdem kann ein Ende der Nebenzuführleitung 69 mit dem Steuerventil 67 verbunden sein. Das andere Ende der Nebenzuführleitung 69 kann mit der Kältemittelleitung 51 zwischen dem Wärmetauscher 53 und dem Nebenkondensator 54 verbunden sein.
  • Die Nebenzuführleitung 69 kann durch den Betrieb des Steuerventils 67 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet sein.
  • Die Nebenzuführleitung 69 kann einen Teil des dem Wärmetauscher 53 zugeführten Kältemittels vorbeiführen, um dem Nebenkondensator 54 zugeführt zu werden.
  • Außerdem kann das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner die Gaseinspritzvorrichtung 70 aufweisen.
  • Die Gaseinspritzvorrichtung 70 ist in der Klimavorrichtung 50 vorgesehen. Die Gaseinspritzvorrichtung 70 kann wahlweise das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Wärmetauscher 53 zugeführt zu werden.
  • Außerdem kann die Gaseinspritzvorrichtung 70 wahlweise einen Teil des von dem inneren Kondensator 52a zugeführten Kältemittels dem Kompressor 59 zuführen, um die Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierten Kältemittels zu erhöhen.
  • Die in dieser Weise konfigurierte Gaseinspritzvorrichtung 70 kann wahlweise in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges betrieben werden.
  • Hier weist die Gaseinspritzvorrichtung 70 einen Gas-Flüssigkeit-Separator 71, eine Zuführeinheit 72, ein erstes Expansionsventil 73, ein zweites Expansionsventil 74 und eine Zuführleitung 75 auf.
  • Zuerst kann der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 das Kältemittel durch Trennen desselben in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel unter den darin eingeströmten Kältemitteln wahlweise abführen.
  • Die Zuführeinheit 72 kann über die Kältemittelleitung 51 mit dem inneren Kondensator 52a verbunden sein, so dass das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel einströmt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann das erste Expansionsventil 73 zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 und der Zuführeinheit 72 vorgesehen sein, um das der Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel wahlweise zu expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt zu werden.
  • Das zweite Expansionsventil 74 kann zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 und der Zuführeinheit 72 vorgesehen sein, um das der Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel wahlweise zu expandieren, um dem Wärmetauscher 53 zugeführt zu werden, oder das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher 53 zuzuführen.
  • Hier können das zweite Expansionsventil 74 und das vierte Expansionsventil 62 das Kältemittel wahlweise expandieren, während die Strömung des Kältemittels gesteuert wird, und können ein elektronisches Dreiwege-Expansionsventil mit zwei Einlässen und einem Auslass sein.
  • Außerdem verbindet die Zuführleitung 75 den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 und den Kompressor 59 miteinander. Die Zuführleitung 75 kann das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 wahlweise dem Kompressor 59 zuführen, wenn das Kältemittel dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt wird.
  • Das heißt, die Zuführleitung 75 kann den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 und den Kompressor 59 miteinander verbinden, so dass das durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 getrennte gasförmige Kältemittel wahlweise in den Kompressor 59 eingeströmt wird.
  • Andererseits kann, wenn die Gaseinspritzvorrichtung 70 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges betrieben wird, das erste Expansionsventil 73 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt zu werden.
  • Hier ist die Zuführleitung 75 geöffnet. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 kann das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand unter dem darin eingeströmten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zuführen.
  • Außerdem kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel expandieren, um in die Kältemittelleitung 51 zu strömen.
  • Umgekehrt wird, wenn die Gaseinspritzvorrichtung 70 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges nicht betrieben wird, der Betrieb des ersten Expansionsventils 73 gestoppt.
  • Dementsprechend kann der Zustrom des Kältemittels in den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 blockiert werden.
  • Außerdem kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Wärmetauscher 53 zugeführt zu werden.
  • Ebenso kann im Falle des Kühlungsmodus oder des Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges der Betrieb des ersten Expansionsventils 73 in der Gaseinspritzvorrichtung 70 gestoppt werden.
  • Dementsprechend kann der Zustrom des Kältemittels in den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 blockiert werden.
  • Außerdem kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel ohne die Expansion durch die Kältemittelleitung 51 hindurch strömen.
  • Hier kann entsprechend dem optionalen Betrieb des zweiten Expansionsventils 74 der Wärmetauscher 53 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel oder das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 abgeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft zusätzlich kondensieren oder verdampfen.
  • Wenn der Wärmetauscher 53 das Kältemittel kondensiert, kondensiert der Wärmetauscher 53 das in dem inneren Kondensator 52a kondensierte Kältemittel weiter, um dadurch die Nebenkühlung des Kältemittels zu erhöhen und somit den Wirkungsgrad (COP), welcher der Koeffizient der Kühlkapazität relativ zu der von dem Kompressor geforderten Leistung ist, zu verbessern.
  • Das heißt, in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges kann das durch den inneren Kondensator 52a hindurchgetretene Kältemittel, ohne durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 74 expandiert zu werden, direkt dem Wärmetauscher 53 zugeführt werden, ohne durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 hindurchzutreten.
  • Durch diesen Betrieb kann der Druck des entlang der Kältemittelleitung 51 zirkulierten Kältemittels in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges reduziert werden, und die Kühlleistung des Innenraumes des Fahrzeuges kann verbessert werden.
  • Indessen kann in der vorliegenden Ausführungsform das erste Expansionsventil 73 das Kältemittel wahlweise expandieren, während es die Strömung des durch die Kältemittelleitung 51 hindurchtretenden Kältemittels steuert, und kann ein elektronisches Zweiwege-Expansionsventil mit einem Einlass und einem Auslass sein.
  • Außerdem können das Kältemittelventil 64 und das Steuerventil 67 ein Dreiwegeventil sein, das geeignet ist, eine Strömungsrate zu verteilen.
  • Nachfolgend werden der Betrieb und die Wirkungsweise des wie oben beschrieben konfigurierten Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die 2 bis 7 ausführlich beschrieben.
  • Zuerst wird der Betrieb für den Fall des Kühlens des elektrischen Bauteils 23 und des Batteriemoduls 33 durch das Kühlmittel in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben.
  • 2 ist ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines elektrischen Bauteils und eines Batteriemoduls in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 2 ist die erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V mit einem Ende der dritten Kühlmittelleitung 31 verbunden.
  • Das andere Ende der dritten Kühlmittelleitung 31 ist durch den Betrieb des Mehrwegeventils V mit einem Ende der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden.
  • Das andere Ende der zweiten Kühlmittelleitung 21 ist durch den Betrieb des Mehrwegeventils V mit der ersten Kühlmittelleitung 11 verbunden.
  • Das heißt, die erste Kühlmittelleitung 11, die zweite Kühlmittelleitung 21 und die dritte Kühlmittelleitung 31 können durch den Betrieb des Mehrwegeventils V miteinander verbunden sein, um einen zusammenhängenden Kreislauf zu bilden, in welchem das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel zirkuliert.
  • Dementsprechend wird das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel von dem Mehrwegeventil V durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 dem Batteriemodul 33 zugeführt.
  • Das heißt, das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel mit niedriger Temperatur wird dem Batteriemodul 33 zugeführt, so dass das Batteriemodul 33 effizient gekühlt werden kann.
  • Das durch das Batteriemodul 33 hindurchgetretene Kühlmittel strömt entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 zurück zu dem Mehrwegeventil V. Dann kann das Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 dem elektrischen Bauteil 23 zugeführt werden.
  • Dementsprechend kann das elektrische Bauteil 23 durch das der zweiten Kühlmittelleitung 21 zugeführte Kühlmittel effizient gekühlt werden.
  • Das durch das elektrische Bauteil 23 hindurchgetretene Kühlmittel strömt entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 in das Mehrwegeventil V hinein. Dann kann das Kühlmittel entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 dem Radiator 12 zugeführt werden.
  • Als solches kühlt das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel jeweils zugeordnet das elektrische Bauteil 23 und das Batteriemodul 33, während es durch den Betrieb der ersten und der zweiten Wasserpumpe 24 und 32 sequentiell entlang der ersten Kühlmittelleitung 11, der dritten Kühlmittelleitung 31, der zweiten Kühlmittelleitung 21 und der ersten Kühlmittelleitung 11 zirkuliert, um dadurch das elektrische Bauteil 23 und das Batteriemodul 33 effizient zu kühlen.
  • Hier werden die Klimavorrichtung 50 und die Gaseinspritzvorrichtung 70 nicht betrieben.
  • Indessen ist in der vorliegenden Ausführungsform das Kühlen sowohl des elektrischen Bauteils 23 als auch des Batteriemoduls 33 mit dem durch den Radiator 12 gekühlten Kühlmittel beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • Das heißt, wenn eines von dem elektrischen Bauteil 23 und dem Batteriemodul 33 separat gekühlt wird, kann die erste Wasserpumpe 24 oder die zweite Wasserpumpe 32 zusammen mit der Betriebssteuerung des Mehrwegeventils V wahlweise betrieben werden.
  • Der Betrieb für den Fall des Kühlens des Batteriemoduls 33 in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • 3 ist ein Betriebszustandsdiagramm zum Kühlen eines Batteriemoduls durch ein Kältemittel in einem Kühlungsmodus eines Fahrzeuges in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 3 ist in der Kühlvorrichtung 10 die erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V für das Kühlen des elektrischen Bauteils 23 und des Wärmetauschers 53 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden.
  • Dementsprechend kann in der ersten Kühlvorrichtung 10 das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil 23 und den Wärmetauscher 53 hindurch zirkulieren, wenn es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmitteilleitung 21 strömt.
  • Hier kann der Wärmetauscher 53 das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensieren.
  • Indessen kann die dritte Kühlmittelleitung 31 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V einen geschlossenen und dichten Kreislauf unabhängig von der ersten und der zweiten Kühlmittelleitung 11 und 21 bilden.
  • Dementsprechend kann in der dritten Kühlmittelleitung 31 das durch den Chiller 40 hindurchgetretene Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 dem Batteriemodul 33 zugeführt werden.
  • Das heißt, in dem Zustand, in dem ein Ende und das andere Ende der dritten Kühlmittelleitung 31 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V miteinander verbunden sind, kann das Kühlmittel durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 kontinuierlich entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 sequentiell durch das Batteriemodul 33 und den Chiller 40 zirkuliert werden.
  • Hier zirkuliert das durch den Chiller 40 hindurchgetretene Kühlmittel kontinuierlich entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 und kann wiederholt durch das Batteriemodul 33 hindurchtreten.
  • In der Klimavorrichtung 50 arbeitet jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen. Dementsprechend wird das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 zirkuliert.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist die erste Zweigleitung 63 durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geschlossen. Ebenso kann die Kältemittelverbindungsleitung 61 durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geöffnet sein.
  • Hier ist die zweite Zweigleitung 65 durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geschlossen. Außerdem kann das Kältemittelventil 64 die mit dem Nebenkondensator 54 verbundene Kältemittelleitung 51 öffnen, so dass der Wärmetauscher 53 mit dem Nebenkondensator 54 verbunden ist.
  • Ebenso ist die Kältemittelleitung 51, die den Nebenkondensator 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils 55 geöffnet.
  • Außerdem können die dritte Zweigleitung 66, die Entfeuchtungsleitung 68 und die Nebenzuführleitung 69 durch den Betrieb des Steuerventils 67 geschlossen sein.
  • Dann kann das durch den Nebenkondensator 54 hindurchgetretene Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 und der Kältemittelverbindungsleitung 61 zirkuliert werden.
  • Hier können das dritte und das vierte Expansionsventil 55 und 62 das Kältemittel expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils zugeordnet dem Verdampfer 56 und dem Chiller 40 zugeführt wird.
  • Ebenso kann der Nebenkondensator 54 das von dem Wärmetauscher 53 eingeströmte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit Außenluft weiter kondensieren.
  • Außerdem kondensiert der Wärmetauscher 53 das Kältemittel durch das entlang der zweiten Kühlmittelleitung 21 strömende Kühlmittel.
  • Indessen wird das durch den Chiller 40 hindurchgetretene Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit dem zu dem Chiller 40 geführten expandierten Kältemittel gekühlt.
  • Das in dem Chiller 40 gekühlte Kühlmittel wird entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 dem Batteriemodul 33 zugeführt. Dementsprechend wird das Batteriemodul 33 von dem in dem Chiller 40 gekühlten Kühlmittel effizient gekühlt.
  • Das heißt, das vierte Expansionsventil 62 expandiert einen Teil des durch den Nebenkondensator 54 hindurchgetretenen Kältemittels, um das expandierte Kältemittel dem Chiller 40 zuzuführen, und öffnet die Kältemittelverbindungsleitung 61.
  • Dementsprechend wird ein Teil des von dem Nebenkondensator 54 abgeführten Kältemittels durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 74 expandiert, um dadurch in einem Niedrigtemperatur- und Niederdruckzustand zu sein und in den mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbundenen Chiller 40 zu strömen.
  • Dann tauscht das in den Chiller 40 eingeströmte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel und strömt dann in den Kompressor 59, nachdem es über die Kältemittelverbindungsleitung 61 durch den Akkumulator 57 hindurchgetreten ist.
  • Das Kühlmittel, dessen Temperatur sich erhöht, während es das Batteriemodul 33 kühlt, wird durch Wärmeaustausch mit dem Niedrigtemperatur- und Niederdruckkältemittel in dem Chiller 40 gekühlt.
  • Das gekühlte Kühlmittel wird entlang der dritten Kühlmittelleitung 31 zu dem Batteriemodul 33 zurückgeführt.
  • Das heißt, das Kühlmittel kann das Batteriemodul 33 effizient kühlen, während es den oben beschriebenen Betrieb wiederholt durchführt.
  • Indessen strömt das von den Nebenkondensator 54 abgeführte übrige Kältemittel durch die Kältemittelleitung 51 hindurch, um den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen, und tritt sequentiell durch das dritte Expansionsventil 55, den Verdampfer 56, den Akkumulator 57, den Kompressor 59, den inneren Kondensator 52a und den Wärmetauscher 53 hindurch.
  • Hier wird die in das HVAC-Modul 52 eingeströmte Außenluft, während sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, von dem in den Verdampfer 56 eingeströmten Kältemittel in einem Niedrigtemperaturzustand gekühlt.
  • Zu diesem Zeitpunkt schließt die Öffnungs- und Schließklappe 52b den Abschnitt, der durch den inneren Kondensator 52 hindurchtritt, so dass die gekühlte Außenluft nicht durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt. Daher wird die gekühlte Außenluft direkt in den Innenraum des Fahrzeuges eingeströmt, um dadurch den Innenraum des Fahrzeuges zu kühlen.
  • Indessen wird in dem Verdampfer 56 das Kältemittel, welches eine erhöhte Menge an Kondensation hat, während es sequentiell durch den inneren Kondensator 52a, den Wärmetauscher 53 und den Nebenkondensator 54 hindurchtritt, expandiert und zugeführt, so dass das Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur verdampft werden kann.
  • Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform kondensiert der innere Kondensator 52a primär das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft, und der Wärmetauscher 53 kondensiert sekundär das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, und anschließend kondensiert der Nebenkondensator 54 zusätzlich das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der Außenluft, so dass die Nebenkühlung des Kältemittels vorteilhaft gebildet wird.
  • Da das in der Nebenkühlung gebildete Kältemittel auf eine niedrige Temperatur in dem Verdampfer 56 verdampft wird, kann die Temperatur der durch den Verdampfer 56 hindurchtretenden Außenluft weiter verringert werden, um dadurch die Kühlleistung und die Effizienz zu verbessern.
  • Indessen kann in der Gaseinspritzvorrichtung 70 das zweite Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher 53 ohne die Expansion zuführen.
  • Durch Wiederholen des oben beschriebenen Vorgangs kann das Kältemittel das Kühlmittel durch Wärmeaustausch kühlen, während es gleichzeitig durch den Chiller 40 hindurchtritt, wodurch der Innenraum in dem Kühlungsmodus des Fahrzeuges gekühlt wird.
  • Das in dem Chiller 40 gekühlte Niedrigtemperaturkühlmittel strömt in das Batteriemodul 33 hinein. Dementsprechend kann das Batteriemodul 33 von dem zugeführten Niedrigtemperaturkühlmittel effizient gekühlt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall der Rückgewinnung der Wärme von einer äußeren Wärmequelle und der Abwärme des elektrischen Bauteils 23 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges mit Bezug auf 4 beschrieben.
  • 4 ist ein Betriebszustandsdiagramm für eine äußere Wärmequelle entsprechend einem Heizungsmodus und eine Rückgewinnung von Abwärme eines elektrischen Bauteils in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 4 kann das Wärmepumpensystem die Wärme von einer äußeren Wärmequelle von der Außenluft zusammen mit der Abwärme des elektrischen Bauteils 23 absorbieren.
  • Zuerst ist in der Kühlvorrichtung 10 die erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V zum Kühlen des elektrischen Bauteils 23 und des Wärmetauschers 53 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden.
  • Dementsprechend kann in der Kühlvorrichtung 10 das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil 23 und den Wärmetauscher 53 hindurch zirkulieren, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmittelleitung 21 strömt.
  • Zu diesem Zeitpunkt gewinnt das Kühlmittel die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 23 zurück, während es das elektrische Bauteil 23 kühlt und sich die Temperatur erhöht, und die Temperatur kann sich durch Absorbieren der Wärme von einer äußeren Wärmequelle weiter erhöhen, während es durch den Radiator 12 hindurchtritt. Das Kühlmittel, dessen Temperatur sich durch diesen Vorgang erhöht hat, kann dem Wärmetauscher 53 zugeführt werden.
  • Indessen kann die dritte Kühlmittelleitung 31 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V geschlossen sein. Dementsprechend ist der Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 gestoppt, und das Kühlmittel wird in der dritten Kühlmittelleitung 31 nicht zirkuliert.
  • Das heißt, das Kühlmittel, dessen Temperatur durch die Wärme von einer äußeren Wärmequelle in dem Radiator 12 und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 erhöht wird, tritt durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 durch den Wärmetauscher 53 hindurch.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann der Wärmetauscher 53 die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewinnen, während das zugeführte Kühlmittel Wärme mit dem Kältemittel tauscht.
  • Indessen arbeitet in der Klimavorrichtung 50 jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Dementsprechend zirkuliert das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Hier ist ein Abschnitt der Kältemittelleitung 51, der den Nebenkondensator 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die erste Zweigleitung 63 ist durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung 61 durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geöffnet, so dass die mit dem Nebenkondensator 54 verbundene Kältemittelleitung 51 mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden ist.
  • In diesem Zustand kann ein Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung 61, der in Bezug auf das vierte Expansionsventil 62 mit dem Chiller 40 verbunden ist, geschlossen sein.
  • Die zweite Zweigleitung 65 ist durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffnet. Die dritte Zweigleitung 66 und die Nebenzuführleitung 69 können durch den Betrieb des Steuerventils 67 geöffnet sein.
  • Dementsprechend kann das in die dritte Zweigleitung 66 und die Nebenzuführleitung 69 eingeströmte Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 dem Nebenkondensator 54 zugeführt werden.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird in der Gaseinspritzvorrichtung 70 der Betrieb des ersten Expansionsventils 73 und des Gas-Flüssigkeit-Separators 71 gestoppt.
  • Außerdem kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel durch die Expansion dem Wärmetauscher 53 zuführen.
  • Dementsprechend kann der Wärmetauscher 53 die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewinnen, während er das während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Rückgewinnens der Wärme von der äußeren Wärmequelle und des gleichzeitigen Kühlens des elektrischen Bauteils 23 erhöht wird, verdampft.
  • Das durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kältemittel wird entlang der durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffneten zweiten Zweigleitung 65 dem Akkumulator 57 zugeführt.
  • Andererseits kann ein Teil des während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandierten Kältemittels in die dritte Zweigleitung 66 und die Nebenzuführleitung 69 hineinströmen, die durch den Betrieb des Steuerventils 67 geöffnet sind.
  • Das in die Nebenzuführleitung 69 hineinströmende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit der Außenluft verdampft, während es durch den Nebenkondensator 54 hindurchtritt, um dadurch direkt die Wärme von einer äußeren Wärmequelle zurückzugewinnen.
  • Das durch den Nebenkondensator 54 hindurchgetretene Kältemittel tritt sequentiell durch einen Abschnitt der Kältemittelleitung 51, die geöffnete Kältemittelverbindungsleitung 61 und die erste Zweigleitung 63 hindurch, um dem Akkumulator 57 zugeführt zu werden.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt. Von dem Kältemittel, das in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt wird, wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das von dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck wird in den inneren Kondensator 52a eingeströmt.
  • Hier kann das dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel die Temperatur der in das HVAC-Modul 52 strömenden Außenluft erhöhen.
  • Die Öffnungs- und Schließklappe 52b ist geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 einströmende und durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Dementsprechend wird die von der Außenseite eingeströmte Außenluft in dem ungekühlten Raumtemperaturzustand eingeströmt, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem das Kältemittel nicht zugeführt wird. Die eingeströmte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, und in den Innenraum des Fahrzeuges eingeströmt, um dadurch das Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges zu realisieren.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall, dass die Gaseinspritzvorrichtung 70 betrieben wird, während die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewonnen werden, in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges mit Bezug auf 5 beschrieben.
  • 5 ist ein Betriebszustandsdiagramm für eine äußere Wärmequelle entsprechend einem Heizungsmodus und eine Rückgewinnung von Abwärme eines elektrischen Bauteils und einen Betrieb einer Gaseinspritzvorrichtung in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 5 kann das Wärmepumpensystem die Wärme von einer äußeren Wärmequelle von der Außenluft zusammen mit der Abwärme des elektrischen Bauteils 23 absorbieren.
  • Zuerst ist in der Kühlvorrichtung 10 die erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V zum Kühlen des elektrischen Bauteils 23 und des Wärmetauschers 53 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden.
  • Dementsprechend kann in der Kühlvorrichtung 10 das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil 23 und den Wärmetauscher 53 hindurch zirkulieren, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmittelleitung 21 strömt.
  • Zu diesem Zeitpunkt gewinnt das Kühlmittel die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 23 zurück, während es das elektrische Bauteil 23 kühlt und sich die Temperatur erhöht, und die Temperatur kann sich durch Absorbieren der Wärme von einer äußeren Wärmequelle weiter erhöhen, während es durch den Radiator 12 hindurchtritt. Das Kühlmittel, dessen Temperatur sich durch diesen Vorgang erhöht hat, kann dem Wärmetauscher 53 zugeführt werden.
  • Indessen kann die dritte Kühlmittelleitung 31 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V geschlossen sein. Dementsprechend ist der Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 gestoppt, und das Kühlmittel wird in der dritten Kühlmittelleitung 31 nicht zirkuliert.
  • Das heißt, das Kühlmittel, dessen Temperatur durch die Wärme von einer äußeren Wärmequelle von dem Radiator 12 und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 erhöht wird, tritt durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 durch den Wärmetauscher 53 hindurch.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann der Wärmetauscher 53 die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewinnen, während das zugeführte Kühlmittel Wärme mit dem Kältemittel tauscht.
  • Indessen arbeitet in der Klimavorrichtung 50 jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Dementsprechend zirkuliert das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Hier ist ein Abschnitt der Kältemittelleitung 51, der den Nebenkondensator 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Die erste Zweigleitung 63 ist durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung 61 durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geöffnet, so dass die mit dem Nebenkondensator 54 verbundene Kältemittelleitung 51 mit der Kältemittelverbindungsleitung 61 verbunden ist.
  • In diesen Zustand kann ein Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung 61, der in Bezug auf das vierte Expansionsventil 62 mit dem Chiller 40 verbunden ist, geschlossen sein.
  • Die zweite Zweigleitung 65 ist durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffnet. Die dritte Zweigleitung 66 und die Nebenzuführleitung 69 können durch den Betrieb des Steuerventils 67 geöffnet sein.
  • Dementsprechend kann das in die dritte Zweigleitung 66 und die Nebenzuführleitung 69 eingeströmte Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51 dem Nebenkondensator 54 zugeführt werden.
  • Hier kann in der Gaseinspritzvorrichtung 70 das erste Expansionsventil 73 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt zu werden.
  • Der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 kann das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand unter dem von dem ersten Expansionsventil 73 zugeführten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zuführen.
  • Ebenso kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel zusätzlich expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung 51 verbundenen Wärmetauscher 53 zugeführt zu werden.
  • Dementsprechend kann der Wärmetauscher 53 die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewinnen, während er das während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Rückgewinnens der Wärme von der äußeren Wärmequelle und des gleichzeitigen Kühlens des elektrischen Bauteils 23 erhöht wird, verdampft.
  • Das durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kältemittel wird entlang der durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffneten zweiten Zweigleitung 65 dem Akkumulator 57 zugeführt.
  • Andererseits kann ein Teil des während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandierten Kältemittels in die dritte Zweigleitung 66 und die Nebenzuführleitung 69 hineinströmen, die durch den Betrieb des Steuerventils 67 geöffnet sind.
  • Das in die Nebenzuführleitung 69 hineinströmende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit der Außenluft verdampft, während es durch den Nebenkondensator 54 hindurchtritt, um dadurch direkt die Wärme von einer äußeren Wärmequelle zurückzugewinnen.
  • Das durch den Nebenkondensator 54 hindurchgetretene Kältemittel tritt sequentiell durch einen Abschnitt der Kältemittelleitung 51, die geöffnete Kältemittelverbindungsleitung 61 und die erste Zweigleitung 63 hindurch, um dem Akkumulator 57 zugeführt zu werden.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt. Von dem Kältemittel, das in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt wird, wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das von dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck wird in den inneren Kondensator 52a eingeströmt.
  • Hier kann das dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel die Temperatur der in das HVAC-Modul 52 strömenden Außenluft erhöhen.
  • Die Öffnungs- und Schließklappe 52b ist geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 einströmende und durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Dementsprechend wird die von der Außenseite eingeströmte Außenluft in dem ungekühlten Raumtemperaturzustand eingeströmt, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem das Kältemittel nicht zugeführt wird. Die eingeströmte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, und in den Innenraum des Fahrzeuges eingeströmt, um dadurch das Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges zu realisieren.
  • Indessen wird von dem Kältemittel, das dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt wird, das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand über die offene Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das heißt, die Gaseinspritzvorrichtung 70 kann die Strömungsrate des durch die Kältemittelleitung 51 hindurch zirkulierenden Kältemittels durch (z.B. erneutes) Einströmen des während des Hindurchtretens durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 getrennten Kältemittels in dem gasförmigen Zustand über die Zuführleitung 75 in den Kompressor 59 erhöhen.
  • Ebenso kann das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 gespeicherte flüssige Kältemittel entlang der durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 74 geöffneten Kältemittelleitung 51 in den Wärmetauscher 53 strömen, und ein Teil des Kältemittels strömt in die offene dritte Zweigleitung 66 und die Nebenzuführleitung 69 hinein.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel expandieren.
  • Das heißt, in der Gaseinspritzvorrichtung 70 kann der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 das gasförmige Kältemittel über die Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zuführen und das flüssige Kältemittel dem zweiten Expansionsventil 74 zuführen.
  • Dann kann das Kältemittel expandiert werden, während es durch das zweite Expansionsventil 74 hindurchtritt, und kann durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem Wärmetauscher 53 verdampft werden.
  • Andererseits kann von dem Kältemittel, das während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandiert wird, ein Teil des Kältemittels entlang der geöffneten dritten Zweigleitung 66, der Nebenzuführleitung 69 und einem Abschnitt der Kältemittelleitung 51 zu dem Nebenkondensator 54 strömen und kann durch Wärmeaustausch mit der Außenluft in dem Nebenkondensator 54 verdampft werden.
  • Dementsprechend kann das Kältemittel die Wärme von einer äußeren Wärmequelle von dem Wärmetauscher 53 zurückgewinnen und kann die Abwärme von dem Kühlmittel, dessen Temperatur sich während des Hindurchtretens durch das elektrische Bauteil 23 erhöht hat, problemlos zurückgewinnen und zusätzlich die Wärme von einer äußeren Wärmequelle von dem Nebenkondensator 54 zurückgewinnen, um dadurch die gesamte Heizleistung und die Effizienz zu verbessern.
  • Das heißt, wenn das Heizen in einem Anfangsstartzustand (Leerlauf) oder in einem Anfangsfahrzustand des Fahrzeuges in dem Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform erforderlich ist, können durch Absorbieren der Wärme von einer äußeren Wärmequelle direkt von dem Nebenkondensator 54, Absorbieren der Wärme von einer äußeren Wärmequelle indirekt von der Kühlvorrichtung 10 und gleichzeitiges Verwenden der Abwärme des elektrischen Bauteils 23, um die Kältemitteltemperatur zu erhöhen, der Leistungsverbrauch des Kompressors 59 reduziert werden und die Heizungseffizienz verbessert werden.
  • Außerdem können Ausführungsformen der Erfindung die Heizungseffizienz und die Leistung verbessern, während die Verwendung einer separaten elektrischen Heizung minimiert wird.
  • Darüber hinaus kann die Gaseinspritzvorrichtung 70 die Heizleistung durch Erhöhen der Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels maximieren.
  • Andererseits ist in der vorliegenden Ausführungsform die Rückgewinnung der Wärme von einer äußeren Wärmequelle zusammen mit der Abwärme des elektrischen Bauteils 23 als eine Ausführungsform beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Abwärme des Batteriemoduls 33 kann auch wahlweise zurückgewonnen werden.
  • Das heißt, wenn die Abwärme des Batteriemoduls 33 zurückgewonnen wird, kann die dritte Kühlmittelleitung 31 geöffnet sein, und die Kältemittelverbindungsleitung 61 kann durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geöffnet sein, so dass das Kältemittel dem Chiller 40 zugeführt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrieb für den Fall, dass die Gaseinspritzvorrichtung 70 betrieben wird, während die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewonnen wird, in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges mit Bezug auf 6 beschrieben.
  • 6 ist ein Betriebszustandsdiagramm für eine Rückgewinnung von Abwärme eines elektrischen Bauteils entsprechend einem Heizungsmodus und einen Betrieb einer Gaseinspritzvorrichtung in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 6 sind die erste Kühlmittelleitung 11 und die dritte Kühlmittelleitung 31 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V geschlossen.
  • Gleichzeitig können ein Ende und das andere Ende der zweiten Kühlmittelleitung 21 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V miteinander verbunden sein, so dass die zweite Kühlmittelleitung 21 einen unabhängigen geschlossenen und dichten Kreislauf bildet.
  • Dementsprechend kann in der zweiten Kühlmittelleitung 21 das durch das elektrische Bauteil 23 und den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 kontinuierlich zirkuliert werden.
  • Hier kann, wenn das Kühlmittel die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 23 zurückgewinnt, während es das elektrische Bauteil 23 kühlt, die Temperatur erhöht werden. Das Kühlmittel, dessen Temperatur sich durch diesen Vorgang erhöht hat, kann dem Wärmetauscher 53 zugeführt werden.
  • Das heißt, das Kühlmittel, dessen Temperatur durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 erhöht wird, tritt durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 durch den Wärmetauscher 53 hindurch.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann der Wärmetauscher 53 die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewinnen, während das zugeführte Kühlmittel Wärme mit dem Kältemittel tauscht.
  • Indessen arbeitet in der Klimavorrichtung 50 jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Dementsprechend zirkuliert das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Nebenkondensator 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Ebenso sind die Kältemittelverbindungsleitung 61 und die erste Zweigleitung 63 durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geschlossen.
  • Das heißt, die den Nebenkondensator 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindende Kältemittelleitung 51 und die mit dem Chiller 40 verbundene Kältemittelverbindungsleitung 61 sind durch den Betrieb des dritten und des vierten Expansionsventils 55 und 62 geschlossen.
  • Indessen ist die zweite Zweigleitung 65 durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffnet. Außerdem können die dritte Zweigleitung 66, die Entfeuchtungsleitung 68 und die Nebenzuführleitung 69 durch den Betrieb des Steuerventils 67 geschlossen sein.
  • Dementsprechend kann das durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kältemittel über die geöffnete zweite Zweigleitung 65 in den Akkumulator 57 strömen.
  • Hier kann in der Gaseinspritzvorrichtung 70 das erste Expansionsventil 73 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt zu werden.
  • Der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 kann das Kältemittel im gasförmigen Zustand unter dem von dem ersten Expansionsventil 73 zugeführten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zuführen.
  • Ebenso kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel zusätzlich expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung 51 verbundenen Wärmetauscher 53 zugeführt zu werden.
  • Dementsprechend kann der Wärmetauscher 53 die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 durch Verdampfen des während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandierten Kältemittels durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur sich während des Kühlens des elektrischen Bauteils 23 erhöht hat, zurückgewinnen.
  • Indessen wird das durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kältemittel entlang der durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffneten zweiten Zweigleitung 65 dem Akkumulator 57 zugeführt.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt. Von dem Kältemittel, das in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt wird, wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das von dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck wird in den inneren Kondensator 52a eingeströmt.
  • Hier kann das dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel die Temperatur der in das HVAC-Modul 52 strömenden Außenluft erhöhen.
  • Die Öffnungs- und Schließklappe 52b ist geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 einströmende und durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Dementsprechend wird die von der Außenseite eingeströmte Außenluft in dem ungekühlten Raumtemperaturzustand eingeströmt, wenn sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, welchem das Kältemittel nicht zugeführt wird. Die eingeströmte Außenluft wird in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, und in den Innenraum des Fahrzeuges eingeströmt, um dadurch das Heizen des Innenraumes des Fahrzeuges zu realisieren.
  • Indessen wird von dem Kältemittel, das dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt wird, das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand über die offene Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das heißt, die Gaseinspritzvorrichtung 70 kann die Strömungsrate des durch die Kältemittelleitung 51 hindurch zirkulierenden Kältemittels durch erneutes Einströmen des während des Hindurchtretens durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 getrennten Kältemittels in dem gasförmigen Zustand über die Zuführleitung 75 in den Kompressor 59 erhöhen.
  • Ebenso kann das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 gespeicherte flüssige Kältemittel entlang der durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 74 geöffneten Kältemittelleitung 51 in den Wärmetauscher 53 strömen.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel expandieren.
  • Das heißt, in der Gaseinspritzvorrichtung 70 kann der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 das gasförmige Kältemittel über die Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zuführen und das flüssige Kältemittel dem zweiten Expansionsventil 74 zuführen.
  • Dann kann das Kältemittel expandiert werden, während es durch das zweite Expansionsventil 74 hindurchtritt, und kann durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem Wärmetauscher 53 verdampft werden.
  • Dementsprechend kann das Kältemittel die Abwärme von dem Kühlmittel, dessen Temperatur sich während des Hindurchtretens durch das elektrische Bauteil 23 erhöht hat, in dem Wärmetauscher 53 problemlos zurückgewinnen, um dadurch die gesamte Heizleistung und die Effizienz zu verbessern.
  • Das heißt, wenn das Heizen in einem Anfangsstartzustand (Leerlauf) oder in einem Anfangsfahrzustand des Fahrzeuges in dem Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform erforderlich ist, ist es durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 23, um die Temperatur des Kältemittels zu erhöhen, möglich, den Leistungsverbrauch des Kompressors 59 zu reduzieren und die Heizungseffizienz zu verbessern.
  • Außerdem können Ausführungsformen der Erfindung die Heizungseffizienz und die Leistung verbessern, während die Verwendung einer separaten elektrischen Heizung minimiert wird.
  • Darüber hinaus kann die Gaseinspritzvorrichtung 70 die Heizleistung durch Erhöhen der Strömungsrate des in der Kältemittelleitung 51 zirkulierenden Kältemittels maximieren.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Betrieb für den Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges mit Bezug auf 7 beschrieben.
  • 7 ist ein Betriebszustandsdiagramm für einen Entfeuchtungsmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 7 kann das Wärmepumpensystem den Entfeuchtungsmodus durchführen, während der Innenraum des Fahrzeuges geheizt wird.
  • Zuerst ist in der Kühlvorrichtung 10 die erste Kühlmittelleitung 11 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V zum Kühlen des elektrischen Bauteils 23 und des Wärmetauschers 53 mit der zweiten Kühlmittelleitung 21 verbunden.
  • Dementsprechend strömt in der Kühlvorrichtung 10 das von dem Radiator 12 gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 entlang der ersten Kühlmittelleitung 11 und der zweiten Kühlmittelleitung 21 und zirkuliert durch das elektrische Bauteil 23 und den Wärmetauscher 53 hindurch.
  • Zu diesem Zeitpunkt gewinnt das Kühlmittel die Abwärme von dem elektrischen Bauteil 23 zurück, während es das elektrische Bauteil 23 kühlt und sich die Temperatur erhöht, und die Temperatur kann sich durch Absorbieren der Wärme von einer äußeren Wärmequelle weiter erhöhen, während es durch den Radiator 12 hindurchtritt. Das Kühlmittel, dessen Temperatur sich durch diesen Vorgang erhöht hat, kann dem Wärmetauscher 53 zugeführt werden.
  • Indessen kann die dritte Kühlmittelleitung 31 durch den Betrieb des Mehrwegeventils V geschlossen sein. Dementsprechend ist der Betrieb der zweiten Wasserpumpe 32 gestoppt, und das Kühlmittel wird in der dritten Kühlmittelleitung 31 nicht zirkuliert.
  • Das heißt, das Kühlmittel, dessen Temperatur durch die Wärme von einer äußeren Wärmequelle von dem Radiator 12 und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 erhöht wird, tritt durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe 24 durch den Wärmetauscher 53 hindurch.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann der Wärmetauscher 53 die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewinnen, während das zugeführte Kühlmittel Wärme mit dem Kältemittel tauscht.
  • Indessen arbeitet in der Klimavorrichtung 50 jedes Bauelement, um den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen. Dementsprechend zirkuliert das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung 51.
  • Hier ist die Kältemittelleitung 51, die den Nebenkondensator 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindet, durch den Betrieb des dritten Expansionsventils 55 geschlossen.
  • Außerdem sind die Kältemittelverbindungsleitung 61 und die erste Zweigleitung 63 durch den Betrieb des vierten Expansionsventils 62 geschlossen.
  • Das heißt, die den Nebenkondensator 54 und den Verdampfer 56 miteinander verbindende Kältemittelleitung 51 und die mit dem Chiller 40 verbundene Kältemittelverbindungsleitung 61 sind durch den Betrieb des dritten und des vierten Expansionsventils 55 und 62 geschlossen.
  • Indessen ist die zweite Zweigleitung 65 durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffnet. Ebenso können die dritte Zweigleitung 66 und die Entfeuchtungsleitung 68 durch den Betrieb des Steuerventils 67 geöffnet sein.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann die Nebenzuführleitung 69 durch den Betrieb des Steuerventils 67 geschlossen sein.
  • Dementsprechend kann das durch den Wärmetauscher 53 hindurchgetretene Kältemittel über die geöffnete zweite Zweigleitung 65 in den Akkumulator 57 strömen.
  • Hier wird in der Gaseinspritzvorrichtung 70 der Betrieb des ersten Expansionsventils 73 und des Gas-Flüssigkeit-Separators 71 gestoppt.
  • Außerdem kann das zweite Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher 53 zuführen.
  • Dementsprechend kann der Wärmetauscher 53 die Wärme von einer äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils 23 zurückgewinnen, während er das während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur während des Rückgewinnens der Wärme von der äußeren Wärmequelle und des gleichzeitigen Kühlens des elektrischen Bauteils 23 erhöht wird, verdampft.
  • Hier können die dritte Zweigleitung 66 und die Entfeuchtungsleitung 68 durch den Betrieb des Steuerventils 67 geöffnet sein, so dass ein Teil des durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 74 expandierten Kältemittels dem Verdampfer 56 zugeführt wird.
  • Dementsprechend kann von dem Kältemittel, das in dem zweiten Expansionsventil 74 expandiert wird, ein Teil des Kältemittels über die geöffnete dritte Zweigleitung 66 und die geöffnete Entfeuchtungsleitung 68 in den Verdampfer 56 geströmt werden.
  • Ebenso wird das von dem Wärmetauscher 53 verdampfte Kältemittel entlang der durch den Betrieb des Kältemittelventils 64 geöffneten zweiten Zweigleitung 65 dem Akkumulator 57 zugeführt.
  • Das dem Akkumulator 57 zugeführte Kältemittel wird in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt. Von dem Kältemittel, das in ein Gas und eine Flüssigkeit getrennt wird, wird das gasförmige Kältemittel dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das von dem Kompressor 59 komprimierte Kältemittel mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck wird in den inneren Kondensator 52a eingeströmt.
  • Hier kann das dem inneren Kondensator 52a zugeführte Kältemittel die Temperatur der in das HVAC-Modul 52 strömenden Außenluft erhöhen.
  • Die Öffnungs- und Schließklappe 52b ist geöffnet, so dass die in das HVAC-Modul 52 einströmende und durch den Verdampfer 56 hindurchtretende Außenluft durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt.
  • Das heißt, die in das HVAC-Modul 52 eingeströmte Außenluft wird, während sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, durch das in den Verdampfer eingeströmte Kältemittel in einem Niedrigtemperaturzustand entfeuchtet. Dann wird sie während des Hindurchtretens durch den inneren Kondensator 52a in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt und strömt in den Innenraum des Fahrzeuges hinein, um dadurch den Innenraum des Fahrzeuges zu heizen und zu entfeuchten.
  • Andererseits kann die Gaseinspritzvorrichtung 70 in dem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise betrieben werden.
  • Zuerst kann, wenn die Gaseinspritzvorrichtung 70 nicht arbeitet, das zweite Expansionsventil 74 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Wärmetauscher 53 zugeführt zu werden.
  • Dementsprechend kann der Wärmetauscher 53 das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampfen.
  • Umgekehrt kann, wenn die Gaseinspritzvorrichtung 70 nicht betrieben wird, das erste Expansionsventil 73 das von dem inneren Kondensator 52a über die Zuführeinheit 72 zugeführte Kältemittel expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt zu werden.
  • Unter dem Kältemittel, das dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführt wird, wird das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand über die offene Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zugeführt.
  • Das heißt, die Gaseinspritzvorrichtung 70 kann die Strömungsrate des durch die Kältemittelleitung 51 hindurch zirkulierenden Kältemittels durch erneutes Einströmen des während des Hindurchtretens durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 71 getrennten Kältemittels in dem gasförmigen Zustand über die Zuführleitung 75 in den Kompressor 59 erhöhen.
  • Ebenso kann das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 gespeicherte flüssige Kältemittel entlang der durch den Betrieb des zweiten Expansionsventils 74 geöffneten Kältemittelleitung 51 in den Wärmetauscher 53 strömen.
  • Zu diesem Zeitpunkt expandiert das zweite Expansionsventil 74 das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 71 zugeführte Kältemittel.
  • Dementsprechend kann der Wärmetauscher 53 das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampfen.
  • Das heißt, in der Gaseinspritzvorrichtung 70 kann der Gas-Flüssigkeit-Separator 71 das gasförmige Kältemittel über die Zuführleitung 75 dem Kompressor 59 zuführen und das flüssige Kältemittel dem zweiten Expansionsventil 74 zuführen.
  • Dann kann das Kältemittel expandiert werden, während es durch das zweite Expansionsventil 74 hindurchtritt, und kann durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem Wärmetauscher 53 verdampft werden.
  • Außerdem wird von dem Kältemittel, das während des Hindurchtretens durch das zweite Expansionsventil 74 expandiert wurde, ein Teil des Kältemittels entlang der geöffneten dritten Zweigleitung 66 und der geöffneten Entfeuchtungsleitung 68 dem Verdampfer 56 zugeführt.
  • Dementsprechend wird die in das HVAC-Modul 52 eingeströmte Außenluft, während sie durch den Verdampfer 56 hindurchtritt, durch das in den Verdampfer 56 eingeströmte Kältemittel in einem Niedrigtemperaturzustand entfeuchtet. Dann wird sie in einen Hochtemperaturzustand umgewandelt, während sie durch den inneren Kondensator 52a hindurchtritt, und in den Innenraum des Fahrzeuges eingeströmt, um dadurch den Innenraum des Fahrzeuges problemlos zu heizen und zu entfeuchten.
  • Daher kann, wie oben beschrieben, bei dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß den Ausführungsformen der Erfindung durch Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls 33 entsprechend dem Modus des Fahrzeuges durch Verwendung eines (z.B. eines einzigen) Chillers 40, in welchem das Kühlmittel und das Kältemittel Wärme miteinander tauschen, das gesamte System vereinfacht werden.
  • Außerdem kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung durch effiziente Steuerung der Temperatur des Batteriemoduls 33 das Batteriemodul 33 in einem optimalen Leistungszustand betrieben werden, und die Gesamtfahrstrecke (z.B. die Gesamtreichweite) des Fahrzeuges kann durch das effiziente Management des Batteriemoduls 33 erhöht werden.
  • Ferner kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung die Heizungseffizienz durch wahlweises Verwenden der Wärme von einer äußeren Wärmequelle oder der Abwärme des elektrischen Bauteils 23 in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges verbessert werden.
  • Außerdem kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung die Heizleistung durch wahlweises Erhöhen der Strömungsrate des Kältemittels in dem Heizungsmodus mittels der Gaseinspritzvorrichtung 70 maximiert werden.
  • Darüber hinaus können gemäß den Ausführungsformen der Erfindung durch Vereinfachung des gesamten Systems die Herstellungskosten und das Gewicht reduziert werden und die Raumausnutzung verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kühlvorrichtung
    11, 21, 31
    erste, zweite und dritte Kühlmittelleitung
    12
    Radiator
    13
    Kühlgebläse
    17
    Vorratsbehälter
    23
    elektrisches Bauteil
    33
    Batteriemodul
    35
    Kühlmittelheizung
    50
    Klimavorrichtung
    51
    Kältemittelleitung
    52
    HVAC-Modul
    53
    Wärmetauscher
    54
    Nebenkondensator
    55, 62
    drittes und viertes Expansionsventil
    56
    Verdampfer
    57
    Akkumulator
    59
    Verdampfer
    61
    Kältemittelverbindungsleitung
    63, 65, 66
    erste, zweite und dritte Zweigleitung
    64
    Kältemittelventil
    67
    Steuerventil
    68
    Entfeuchtungsleitung
    70
    Gaseinspritzvorrichtung
    71
    Gas-Flüssigkeit-Separator
    72
    Zuführeinheit
    73, 74
    erstes und zweites Expansionsventil
    75
    Zuführleitung
    V
    Mehrwegeventil

Claims (20)

  1. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, wobei das Wärmepumpensystem aufweist: eine Kühlvorrichtung (10), die einen Radiator (12) und ein Mehrwegeventil (V) aufweist, die über eine erste Kühlmittelleitung (11) miteinander verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) konfiguriert ist, ein Kühlmittel in der ersten Kühlmittelleitung (11) zu zirkulieren, eine zweite Kühlmittelleitung (21), die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die mit dem Mehrwegeventil (V) verbunden sind, wobei die zweite Kühlmittelleitung (21) mit einer ersten Wasserpumpe (24) und einem elektrischen Bauteil (23) ausgestattet ist, eine dritte Kühlmittelleitung (31), die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die mit dem Mehrwegeventil (V) verbunden sind, wobei die dritte Kühlmittelleitung (31) mit einer zweiten Wasserpumpe (32) und einem Batteriemodul (33) ausgestattet ist, einen Chiller (40), der in der dritten Kühlmittelleitung (31) vorgesehen ist, über eine Kältemittelverbindungsleitung (61) mit einer Kältemittelleitung (51) einer Klimavorrichtung (50) verbunden ist und konfiguriert ist, eine Temperatur des in der dritten Kühlmittelleitung (31) zirkulierten Kühlmittels durch Wärmetauschen des über die dritte Kühlmittelleitung (31) wahlweise einströmenden Kühlmittels mit einem von der Klimavorrichtung (50) wahlweise zugeführten Kältemittel einzustellen, und eine Gaseinspritzvorrichtung (70), die konfiguriert ist, das von einem in der Klimavorrichtung (50) einbezogenen inneren Kondensator (52a) zugeführte Kältemittel wahlweise zu expandieren, um einem mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbundenen Wärmetauscher (53) zugeführt zu werden, und einen Teil des von dem inneren Kondensator (52a) zugeführten Kältemittels einem Kompressor (59) wahlweise zuzuführen, um eine Strömungsrate des in der Kältemittelleitung (51) zirkulierenden Kältemittels zu erhöhen, wobei die Gaseinspritzvorrichtung (70) aufweist: einen Gas-Flüssigkeit-Separator (71), der konfiguriert ist, das darin einströmende Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel zu trennen, um wahlweise abgeführt zu werden, eine Zuführeinheit (72), die über die Kältemittelleitung (51) mit dem inneren Kondensator (52a) verbunden ist, so dass das von dem inneren Kondensator (52a) zugeführte Kältemittel einströmt, ein erstes Expansionsventil (73), das zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) und der Zuführeinheit (72) vorgesehen ist und konfiguriert ist, das der Zuführeinheit (72) zugeführte Kältemittel wahlweise zu expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführt zu werden, ein zweites Expansionsventil (74), das konfiguriert ist, das der Zuführeinheit (72) zugeführte Kältemittel wahlweise zu expandieren, um dem Wärmetauscher (53) zugeführt zu werden, und das zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) und der Zuführeinheit (72) vorgesehen ist, um das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher (53) zuzuführen, und eine Zuführleitung (75), die den Gas-Flüssigkeit-Separator (71) und den Kompressor (59) miteinander verbindet und konfiguriert ist, das Kältemittel in einem gasförmigen Zustand von dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) dem Kompressor (59) wahlweise zuzuführen.
  2. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Klimavorrichtung (50) aufweist: ein HVAC(Heizung, Lüftung, Klimatisierung)-Modul (52), das einen Verdampfer (56), der mit der Kältemittelleitung (51) verbunden ist, und eine Öffnungs- und Schließklappe (52b) aufweist, die konfiguriert ist, durch den Verdampfer (56) hindurchtretende Außenluft zu steuern, um entsprechend einem Kühlungsmodus, einem Heizungsmodus, einem Entfeuchtungsmodus oder einem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges in den inneren Kondensator (52a) wahlweise einzuströmen, den Kompressor (59), der mit der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem inneren Kondensator (52a) verbunden ist, einen Nebenkondensator (54), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (53) und dem Verdampfer (56) vorgesehen ist, ein drittes Expansionsventil (55), das in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Nebenkondensator (54) und den Verdampfer (56) vorgesehen ist, ein viertes Expansionsventil (62), das in der Kältemittelverbindungsleitung (61) vorgesehen ist, und einen Akkumulator (57), der in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem Kompressor (59) vorgesehen ist und mit der Kältemittelverbindungsleitung (61) verbunden ist.
  3. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei: wenn die Gaseinspritzvorrichtung (70) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges betrieben wird, das erste Expansionsventil (73) konfiguriert ist, das von dem inneren Kondensator (52a) über die Zuführeinheit (72) zugeführte Kältemittel zu expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführt zu werden, das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführte Kältemittel zu expandieren, um zu der Kältemittelleitung (51) zu strömen, die Zuführleitung (75) geöffnet ist, und der Gas-Flüssigkeit-Separator (71) konfiguriert ist, das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand unter dem darin eingeströmten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung (75) dem Kompressor (59) zuzuführen.
  4. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei: wenn die Gaseinspritzvorrichtung (70) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges nicht betrieben wird, ein Betrieb des ersten Expansionsventils (73) gestoppt ist, das Einströmen des Kältemittels in den Gas-Flüssigkeit-Separator (71) blockiert ist, und das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem inneren Kondensator (52a) über die Zuführeinheit (72) zugeführte Kältemittel zu expandieren, um dem Wärmetauscher (53) zugeführt zu werden.
  5. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei: im Falle des Kühlungsmodus oder des Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges in der Gaseinspritzvorrichtung (70) ein Betrieb des ersten Expansionsventils (73) gestoppt ist, das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem inneren Kondensator (52a) über die Zuführeinheit (72) zugeführte Kältemittel ohne Expansion durch die Kältemittelleitung (51) hindurchzuströmen, und das Einströmen des Kältemittels in den Gas-Flüssigkeit-Separator (71) blockiert ist.
  6. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Wärmetauscher (53) konfiguriert ist, das in dem inneren Kondensator (52a) kondensierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel entsprechend einem wahlweisen Betrieb der Gaseinspritzvorrichtung (70) zusätzlich zu kondensieren oder zu verdampfen.
  7. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei, wenn das Batteriemodul (33) durch das mit dem Kältemittel Wärme getauschte Kühlmittel gekühlt wird, das vierte Expansionsventil (62) konfiguriert ist, das durch die Kältemittelverbindungsleitung (61) hindurchströmende Kältemittel zu expandieren, um zu dem Chiller (40) zu strömen.
  8. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Klimavorrichtung (50) ferner aufweist: eine erste Zweigleitung (63), die ein erstes Ende, das mit dem vierten Expansionsventil (62) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der Kältemittelleitung (51) verbunden ist, die zwischen dem Verdampfer (56) und dem Akkumulator (57) vorgesehen ist, eine zweite Zweigleitung (65), die konfiguriert ist, das von dem Wärmetauscher (53) abgeführte Kältemittel durch einen Betrieb eines in der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (53) und dem Nebenkondensator (54) vorgesehenen Kältemittelventils (64) direkt in den Akkumulator (57) zu strömen, eine dritte Zweigleitung (66), die ein erstes Ende, das mit der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (53) und der Gaseinspritzvorrichtung (70) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit einem Steuerventil (67) verbunden ist, eine Entfeuchtungsleitung (68), die ein erstes Ende, das mit dem Steuerventil (67) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Verdampfer (56) und dem dritten Expansionsventil (55) verbunden ist, und eine Nebenzuführleitung (69), die ein erstes Ende, das mit dem Steuerventil (67) verbunden ist, und ein zweite Ende aufweist, das mit der Kältemittelleitung (51) zwischen dem Wärmetauscher (53) und dem Nebenkondensator (54) verbunden ist.
  9. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8, wobei: die erste Zweigleitung (63) konfiguriert ist, durch einen Betrieb des vierten Expansionsventils (62) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet und geschlossen zu sein, die zweite Zweigleitung (65) konfiguriert ist, durch den Betrieb des Kältemittelventils (64) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges geöffnet zu sein, die dritte Zweigleitung (66) konfiguriert ist, durch einen Betrieb des Steuerventils (67) in dem Heizungsmodus oder dem Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet und geschlossen zu sein, die Entfeuchtungsleitung (68) konfiguriert ist, durch den Betrieb des Steuerventils (67) in dem Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges geöffnet zu sein, und die Nebenzuführleitung (69) konfiguriert ist, durch den Betrieb des Steuerventils (67) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges wahlweise geöffnet zu sein.
  10. Wärmepumpensystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei: wenn das Batteriemodul (33) in dem Kühlungsmodus gekühlt wird, die erste Kühlmittelleitung (11) durch einen Betrieb des Mehrwegeventils (V) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, das von dem Radiator (12) gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil (23) hindurch zirkuliert, während es durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe (24) entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der zweiten Kühlmitteilleitung (21) strömt, die dritte Kühlmittelleitung (31) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) einen geschlossenen und dichten Kreislauf unabhängig von der ersten Kühlmittelleitung (11) und der zweiten Kühlmittelleitung (21) definiert, das durch den Chiller (40) hindurchgetretene Kühlmittel durch einen Betrieb der zweiten Wasserpumpe (32) in der dritten Kühlmittelleitung (31) dem Batteriemodul (33) zugeführt wird, in der Klimavorrichtung (50) in einem Zustand, in dem durch einen Betrieb des vierten Expansionsventils (62) die erste Zweigleitung (63) geschlossen ist und die Kältemittelverbindungsleitung (61) geöffnet ist, das Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) und der Kältemittelverbindungsleitung (61) zirkuliert, das dritte und das vierte Expansionsventil (55, 62) konfiguriert sind, das Kältemittel zu expandieren, so dass das expandierte Kältemittel jeweils zugeordnet dem Verdampfer (56) und dem Chiller (40) zugeführt wird, die zweite Zweigleitung (65) durch den Betrieb des Kältemittelventils (64) geschlossen ist, die dritte Zweigleitung (66), die Nebenzuführleitung (69) und die Entfeuchtungsleitung (68) durch einen Betrieb des Steuerventils (67) geschlossen sind, und in der Gaseinspritzvorrichtung (70) das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem inneren Kondensator (52a) zugeführte Kältemittel dem Wärmetauscher (53) zuzuführen, ohne zu expandieren.
  11. Wärmepumpensystem nach Anspruch 10, wobei: in der Kühlvorrichtung (10) das von dem Radiator (12) gekühlte Kühlmittel durch den Betrieb der ersten Wasserpumpe (24) entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der zweiten Kühlmittelleitung (21) dem Wärmetauscher (53) zugeführt wird, in einem Zustand, in dem ein erstes Ende und ein zweites Ende der dritten Kühlmittelleitung (31) über das Mehrwegeventil (V) miteinander verbunden sind, das Kühlmittel kontinuierlich zirkuliert, während es durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe (32) entlang der dritten Kühlmittelleitung (31) sequentiell durch das Batteriemodul (33) und den Chiller (40) hindurchtritt, und der Wärmetauscher (53) konfiguriert ist, das Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel zu kondensieren.
  12. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei: wenn Wärme von einer äußeren Wärmequelle und Abwärme des elektrischen Bauteils (23) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges zurückgewonnen wird, die erste Kühlmittelleitung (11) durch einen Betrieb des Mehrwegeventils (V) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, das von dem Radiator (12) gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil (23) hindurch zirkuliert, während es durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe (24) entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der zweiten Kühlmittelleitung (21) strömt, die dritte Kühlmittelleitung (31) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) geschlossen ist, in der Klimavorrichtung (50) ein Abschnitt der Kältemittelleitung (51), der den Nebenkondensator (54) und den Verdampfer (56) miteinander verbindet, durch einen Betrieb des dritten Expansionsventils (55) geschlossen ist, die erste Zweigleitung (63) durch einen Betrieb des vierten Expansionsventils (62) geöffnet ist, in einem Zustand, in dem ein erster Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung (61) durch den Betrieb des vierten Expansionsventils (62) geöffnet ist, so dass die mit dem Nebenkondensator (54) verbundene Kältemittelleitung (51) mit der Kältemittelverbindungsleitung (61) verbunden ist, ein zweiter Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung (61), der bezogen auf das vierte Expansionsventil (62) mit dem Chiller (40) verbunden ist, geschlossen ist, die zweite Zweigleitung (65) durch den Betrieb des Kältemittelventils (64) geöffnet ist, die dritte Zweigleitung (66) und die Nebenzuführleitung (69) durch den Betrieb des Steuerventils (67) geöffnet sind, das Kältemittel, das in die Nebenzuführleitung (69) strömt, entlang der Kältemittelleitung (51) dem Nebenkondensator (54) zugeführt wird, in der Gaseinspritzvorrichtung (70) ein Betrieb des ersten Expansionsventils (73) und des Gas-Flüssigkeit-Separators (71) gestoppt ist, das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem inneren Kondensator (52a) zugeführte Kältemittel zu expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung (51) verbundenen Wärmetauscher (53) zugeführt zu werden, und der Wärmetauscher (53) konfiguriert ist, die Wärme von der äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils (23) zurückzugewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil (74) zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das die Wärme von der äußeren Wärmequelle zurückgewinnt und dessen Temperatur während des Kühlens des elektrischen Bauteils (23) erhöht wird, verdampft.
  13. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei: wenn die Gaseinspritzvorrichtung (70) während des Rückgewinnens von Wärme von einer äußeren Wärmequelle und Abwärme des elektrischen Bauteils (23) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges arbeitet, die erste Kühlmittelleitung (11) durch einen Betrieb des Mehrwegeventils (V) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, das von dem Radiator (12) gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil (23) hindurch zirkuliert, während es durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe (24) entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der zweiten Kühlmittelleitung (21) strömt, die dritte Kühlmittelleitung (31) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) geschlossen ist, in der Klimavorrichtung (50) ein Abschnitt der Kältemittelleitung (51), der den Nebenkondensator (54) und den Verdampfer (56) miteinander verbindet, durch einen Betrieb des dritten Expansionsventils (55) geschlossen ist, in einem Zustand, in dem ein erster Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung (61) durch einen Betrieb des vierten Expansionsventils (62) geöffnet ist, so dass die mit dem Nebenkondensator (54) verbundene Kältemittelleitung (51) mit der Kältemittelverbindungsleitung (61) verbunden ist, ein zweiter Abschnitt der Kältemittelverbindungsleitung (61), der bezogen auf das vierte Expansionsventil (62) mit dem Chiller (40) verbunden ist, geschlossen ist, die zweite Zweigleitung (65) durch den Betrieb des Kältemittelventils (64) geöffnet ist, die dritte Zweigleitung (66) und die Nebenzuführleitung (69) durch den Betrieb des Steuerventils (67) geöffnet sind, das in die Nebenzuführleitung (69) strömende Kältemittel entlang der Kältemittelleitung (51) dem Nebenkondensator (54) zugeführt wird, in der Gaseinspritzvorrichtung (70) das erste Expansionsventil (73) konfiguriert ist, das von der Zuführeinheit (72) zugeführte Kältemittel zu expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführt zu werden, der Gas-Flüssigkeit-Separator (71) konfiguriert ist, das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand unter dem von dem ersten Expansionsventil (73) zugeführten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung (75) dem Kompressor (59) zuzuführen, das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführte Kältemittel zusätzlich zu expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung (51) verbundenen Wärmetauscher (53) zugeführt zu werden, und der Wärmetauscher (53) konfiguriert ist, die Wärme von der äußeren Wärmequelle und die Abwärme des elektrischen Bauteils (23) zurückzugewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil (74) zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das die Wärme von der äußeren Wärmequelle zurückgewinnt und dessen Temperatur während des Kühlens des elektrischen Bauteils (23) erhöht wird, verdampft.
  14. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei: wenn die Gaseinspritzvorrichtung (70) während des Rückgewinnens von Abwärme des elektrischen Bauteils (23) in dem Heizungsmodus des Fahrzeuges arbeitet, die erste Kühlmittelleitung (11) und die dritte Kühlmittelleitung (31) durch einen Betrieb des Mehrwegeventils (V) geschlossen sind, das erste Ende und das zweite Ende der zweiten Kühlmittelleitung (21) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) miteinander verbunden sind, so dass die zweite Kühlmittelleitung (21) einen unabhängigen geschlossenen und dichten Kreislauf definiert, in der zweiten Kühlmittelleitung (21) das durch das elektrische Bauteil (23) hindurchgetretene Kühlmittel durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe (24) kontinuierlich zirkuliert wird, in der Klimavorrichtung (50) die Kältemittelleitung (51), die den Nebenkondensator (54) und den Verdampfer (56) miteinander verbindet, durch einen Betrieb des dritten Expansionsventils (55) geschlossen ist, die Kältemittelverbindungsleitung (61) und die erste Zweigleitung (63) durch einen Betrieb des vierten Expansionsventils (62) geschlossen sind, die zweite Zweigleitung (65) durch den Betrieb des Kältemittelventils (64) geöffnet ist, die dritte Zweigleitung (66), die Nebenzuführleitung (69) und die Entfeuchtungsleitung (68) durch den Betrieb des Steuerventils (67) geschlossen sind, in der Gaseinspritzvorrichtung (70) das erste Expansionsventil (73) konfiguriert ist, das von der Zuführeinheit (72) zugeführte Kältemittel zu expandieren, um dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführt zu werden, der Gas-Flüssigkeit-Separator (71) konfiguriert ist, das Kältemittel in dem gasförmigen Zustand unter dem von dem ersten Expansionsventil (73) zugeführten Kältemittel über die geöffnete Zuführleitung (75) dem Kompressor (59) zuzuführen, das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator (71) zugeführte Kältemittel zusätzlich zu expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung (51) verbundenen Wärmetauscher (53) zugeführt zu werden, und der Wärmetauscher (53) konfiguriert ist, die Abwärme des elektrischen Bauteils (23) zurückzugewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil (74) zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, dessen Temperatur sich während des Kühlens des elektrischen Bauteils (23) erhöht hat, verdampft.
  15. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei: im Falle des Heizungs- und Entfeuchtungsmodus des Fahrzeuges, die erste Kühlmittelleitung (11) durch einen Betrieb des Mehrwegeventils (V) mit der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, das von dem Radiator (12) gekühlte Kühlmittel durch das elektrische Bauteil (23) hindurch zirkuliert, während es durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe (24) entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) und der zweiten Kühlmittelleitung (21) strömt, die dritte Kühlmittelleitung (31) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) geschlossen ist, in der Klimavorrichtung (50) die Kältemittelleitung (51), die den Nebenkondensator (54) und den Verdampfer (56) miteinander verbindet, durch einen Betrieb des dritten Expansionsventils (55) geschlossen ist, die Kältemittelverbindungsleitung (61) und die erste Zweigleitung (63) durch einen Betrieb des vierten Expansionsventils (62) geschlossen sind, die zweite Zweigleitung (65) durch den Betrieb des Kältemittelventils (64) geöffnet ist, die dritte Zweigleitung (66) und die Entfeuchtungsleitung (68) durch einen Betrieb des Steuerventils (67) geöffnet sind, die Nebenzuführleitung (69) durch den Betrieb des Steuerventils (67) geschlossen ist, in der Gaseinspritzvorrichtung (70) ein Betrieb des ersten Expansionsventils (73) und des Gas-Flüssigkeit-Separators (71) gestoppt ist, das zweite Expansionsventil (74) konfiguriert ist, das von dem inneren Kondensator (52a) zugeführte Kältemittel zu expandieren, um dem mit der Kältemittelleitung (51) verbundenen Wärmetauscher (53) zugeführt zu werden, der Wärmetauscher (53) konfiguriert ist, Wärme von einer äußeren Wärmequelle und Abwärme des elektrischen Bauteils (23) zurückzugewinnen, während er das über das zweite Expansionsventil (74) zugeführte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das die Wärme von der äußeren Wärmequelle zurückgewinnt und dessen Temperatur während des Kühlens des elektrischen Bauteils (23) erhöht wird, verdampft, und die Entfeuchtungsleitung (68) konfiguriert ist, einen Teil des Kältemittels von dem durch einen Betrieb des zweiten Expansionsventils (74) expandierten Kältemittel dem Verdampfer (56) zuzuführen.
  16. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei: wenn das elektrische Bauteil (23) und das Batteriemodul (33) durch das Kühlmittel gekühlt werden, die erste Kühlmittelleitung (11) durch einen Betrieb des Mehrwegeventils (V) mit dem ersten Ende der dritten Kühlmittelleitung (31) verbunden ist, das zweite Ende der dritten Kühlmittelleitung (31) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) mit dem ersten Ende der zweiten Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, das zweite Ende der zweiten Kühlmittelleitung (21) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) mit der ersten Kühlmittelleitung (11) verbunden ist, das von dem Radiator (12) gekühlte Kühlmittel von dem Mehrwegeventil (V) durch den Betrieb der zweiten Wasserpumpe (32) entlang der dritten Kühlmittelleitung (31) dem Batteriemodul (33) zugeführt wird, das durch das Batteriemodul (33) hindurchgetretene Kühlmittel entlang der dritten Kühlmittelleitung (31) zurück zu dem Mehrwegeventil (V) strömt und dann durch einen Betrieb der ersten Wasserpumpe (24) entlang der zweiten Kühlmittelleitung (21) dem elektrischen Bauteil (23) zugeführt wird, das durch das elektrische Bauteil (23) hindurchgetretene Kühlmittel entlang der zweiten Kühlmittelleitung (21) in das Mehrwegeventil (V) hineinströmt und dann entlang der ersten Kühlmittelleitung (11) dem Radiator (12) zugeführt wird, und ein Betrieb der Klimavorrichtung (50) und der Gaseinspritzvorrichtung (70) gestoppt ist.
  17. Wärmepumpensystem nach Anspruch 16, wobei die erste Kühlmittelleitung (11), die zweite Kühlmittelleitung (21) und die dritte Kühlmittelleitung (31) durch den Betrieb des Mehrwegeventils (V) miteinander verbunden sind, um einen zusammenhängenden Kreislauf zu definieren, in welchem das von dem Radiator (12) gekühlte Kühlmittel zirkuliert.
  18. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei: das erste Expansionsventil (73) konfiguriert ist, das Kältemittel während der Steuerung einer Strömung des Kältemittels wahlweise zu expandieren, und ein elektronisches Zweiwege-Expansionsventil mit einem Einlass und einem Auslas aufweist, und das zweite Expansionsventil (74) und das vierte Expansionsventil (62) konfiguriert sind, das Kältemittel während der Steuerung der Strömung des Kältemittels wahlweise zu expandieren, und jeweils ein elektronisches Dreiwege-Expansionsventil mit zwei Einlässen und einem Auslass aufweisen.
  19. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei: die erste Wasserpumpe (24) an dem Mehrwegeventil (V) montiert ist, mit welchem die zweite Kühlmittelleitung (21) verbunden ist, und die zweite Wasserpumpe (32) an dem Mehrwegeventil (V) montiert ist, mit welchem die dritte Kühlmittelleitung (31) verbunden ist.
  20. Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Mehrwegeventil (V) mit einem Vorratsbehälter (17) ausgestattet ist, der integral montiert ist.
DE102022132511.3A 2022-07-05 2022-12-07 Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug Pending DE102022132511A1 (de)

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