DE10252063A1

DE10252063A1 - Fahrzeugklimagerät mit einem Heißgas-Heizzyklus

Info

Publication number: DE10252063A1
Application number: DE10252063A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Takano; Toshitaka Shimizu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2003-05-22
Also published as: CA2411546C; JP2003146057A; US7028767B2; CA2411546A1; JP3815302B2; US20030089493A1

Abstract

Ein Fahrzeugklimagerät schaltet wahlweise einen Kühlmodus, in dem ein innerer Wärmetauscher (18) eines Kühlzyklus als Verdampfapparat zum Kühlen von Luft betrieben wird, und einen Heizmodus, in dem der innere Wärmetauscher als Heizkörper zum Erwärmen von Luft betrieben wird. In dem Fahrzeugklimagerät ist ein Speicher (19) zum Trennen eines gasförmigen Kühlmittels und eines flüssigen Kühlmittels voneinander und zum Speichern des getrennten flüssigen Kühlmittels darin zwischen einem Ausgang des inneren Wärmetauschers und einem Sauganschluss eines Kompressors (10) vorgesehen. Ferner enthält der Speicher eine Heizvorrichtung (40, 50) zum Heizen des in dem Speicher gespeicherten flüssigen Kühlmittels im Heizmodus. Deshalb kann die Heizleistung zum Heizen von Luft im Heizmodus effektiv verbessert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeugklimagerät mit einem Heißgas-Heizzyklus, in dem ein innerer Wärmetauscher durch Einleiten eines Heißgas-Kühlmittels von einem Kompressor direkt in den inneren Wärmetauscher als Heizkörper betrieben wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Speicher mit einer Heizvorrichtung zum Heizen eines Kühlmittels in dem Speicher des Heißgas-Heizzyklus des Fahrzeugklimageräts.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein herkömmliches Fahrzeugklimagerät, wie in der JP-A-11-42934 offenbart, führt einen Heizvorgang unter Verwendung eines Heißgas-Heizzyklus in einem Kühlkreislaufsystem durch. In diesem herkömmlichen Fahrzeugklimagerät wird, wenn eine Temperatur eines Kühlwassers (heißes Wasser) von dem Fahrzeugmotor zu einem Heizkern niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, wenn zum Beispiel der Betrieb des Fahrzeugmotors gestartet wird, ein von einem Kompressor ausgegebenes gasförmiges Kühlmittel direkt in einen inneren Wärmetauscher eingeleitet, während es an einem Kondensator vorbei läuft. In diesem Fall wird Wärme von dem Gaskühlmittel an Luft in dem inneren Wärmetauscher abgestrahlt, so dass von dem inneren Wärmetauscher eine Hilfsheizfunktion erzielt werden kann. Das heißt, bei diesem herkömmlichen Fahrzeugklimagerät wird ein einzelner innerer Wärmetauscher, der in einem Klimagehäuse angeordnet ist, wahlweise als ein Verdampfapparat in einem Kühlmodus und als Heizkörper in einem Heizmodus betrieben. Ferner ist ein Heizgerät, wie beispielsweise ein elektrischer Heizer, an einem Niederdruck-Kühlmittelrohr zum Verbinden des inneren Wärmetauschers und einer Ansaugseite des Kompressors vorgesehen. Dann wird eine Heizleistung in dem Heizmodus durch Heizen des Kühlmittels in dem Niederdruck-Kühlmittelrohr unter Verwendung der Heizvorrichtung verbessert. Insbesondere wird der Druck des in den Kompressor zu saugenden Kühlmittels durch das erwärmte Niederdruck-Kühlmittel erhöht, und eine Massendichte des in den Kompressor zu saugenden Kühlmittels wird erhöht. Deshalb wird eine Strömungsmenge des Kühlmittels erhöht, und eine Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors wird erhöht.

In dem Heißgas-Heizzyklus ist ein Speicher zum Trennen von Kühlmittel in ein flüssiges Kühlmittel und ein gasförmiges Kühlmittel und zum Speichern des flüssigen Kühlmittels darin in dem Niederdruck-Kühlmittelrohr vorgesehen. Deshalb steht das gasförmige Kühlmittel mit dem flüssigen Kühlmittel in dem Speicher in Gleichgewicht, so dass das Niederdruck-Kühlmittel an einem Auslass des inneren Wärmetauschers zu einem Sättigungsgas-Kühlmittel wird. Somit heizt die Heizvorrichtung nur das Sättigungsgas- Kühlmittel in dem Niederdruck-Kühlmittelrohr. Da jedoch eine Wärmeübertragungsrate des gasförmigen Kühlmittels viel kleiner als diejenige eines flüssigen Kühlmittels ist, wird eine Wärmeübertragungsmenge von dem Heizgerät zu dem Kühlmittel notwendigerweise reduziert. Demzufolge kann eine Heizleistung in dem Heizmodus nicht ausreichend verbessert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizleistung in einem Heißgas-Heizmodus eines Fahrzeugklimagerätes effektiv zu verbessern.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten wasserdichten Aufbau des elektrischen Heizers vorzusehen, der zur Verbesserung der Heizleistung in dem Heißgas-Heizmodus verwendet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem Fahrzeugklimagerät, bei dem ein in einem Klimagehäuse angeordneter innerer Wärmetauscher als ein Verdampfapparat in einem Kühlmodus und als ein Heizkörper in einem Heizmodus verwendet wird, ein Speicher zum Trennen des Kühlmittels in ein gasförmiges Kühlmittel und ein flüssiges Kühlmittel und zum Speichern des getrennten flüssigen Kühlmittels darin zwischen einem Auslass des inneren Wärmetauschers und einem Sauganschluss eines Kompressors angeordnet. Ferner enthält der Speicher eine Heizvorrichtung zum Heizen des in dem Speicher gespeicherten flüssigen Kühlmittels. Demgemäß kann im Heizmodus das in dem Speicher gespeicherte flüssige Kühlmittel durch die Heizvorrichtung geheizt werden. Da hier eine Wärmeübertragungsrate des flüssigen Kühlmittels deutlich größer als diejenige des gasförmigen Kühlmittels ist, kann die durch die Heizvorrichtung erzeugte Wärme effektiv auf das Kühlmittel in dem Speicher übertragen werden. Deshalb wird das flüssige Kühlmittel in dem Speicher aufgrund der übertragenen Wärme von der Heizvorrichtung verdampft, und der Druck des in den Kompressor zu saugenden Kühlmittels wird erhöht. Deshalb wird die Dichte des in den Kompressor zu saugenden Kühlmittels erhöht, die Strömungsmenge des aus dem Kompressor ausgegebenen Kühlmittels wird erhöht, und der Druck des aus dem Kompressor ausgegebenen Kühlmittels wird erhöht. Somit wird eine Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors erhöht. Als Ergebnis kann eine Strahlungsmenge des inneren Wärmetauschers effektiv erhöht werden, und eine Heizleistung zum Heizen von in eine Fahrgastzelle zu blasender Luft kann in dem Heizmodus effektiv verbessert werden.

Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung ein Heißwasserrohr, in das heißes Wasser von dem Motor zirkuliert wird. In diesem Fall ist das Heißwasserrohr so angeordnet, dass es eine Außenfläche des Speichers an einer Position, in der das flüssige Kühlmittel gespeichert ist, heizt. Alternativ ist die Heizvorrichtung ein elektrischer Heizer. In diesem Fall enthält der elektrische Heizer einen Heizkörper mit einer mit einem Filmelement überzogenen dünnen Plattenform, und der Heizkörper hat ein elektrisches Widerstandsmaterial. Demzufolge kann es ein Einleiten von Wasser in den Heizkörper des elektrischen Heizers verhindern, wodurch die Wasserdichtheit des elektrischen Heizers verbessert wird.

Vorzugsweise ist ein Druckerfassungsgerät zum Erfassen des Drucks des Kühlmittels an einer Hochdruckseite des Heißgas-Heizzyklus in dem Heizmodus angeordnet, und eine Heizsteuereinheit steuert einen Betriebszustand des elektrischen Heizers basierend auf dem durch die Druckerfassungsvorrichtung erfassten Druck derart, dass der Druck des Kühlmittels an der Hochdruckseite höher als ein vorgegebener Druck wird. Demzufolge kann die Heizkapazität exakt verbessert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden < detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gesamtsystems eines Fahrzeugklimageräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Befestigungskonstruktion eines elektrischen Heizers an einem Speicher in dem Fahrzeugklimagerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Aufbaus des elektrischen Heizers in dem Fahrzeugklimagerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 ein Blockschaltbild der elektronischen Steuerung in dem Fahrzeugklimagerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 ein Flussdiagramm des Steuerprozesses in einem Heißgas-Heizmodus des Fahrzeugklimagerätes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 ein Mollier-Diagramm der Steuerfunktion eines Heißgas-Heizzyklus in einem Heißgas-Heizmodus des Fahrzeugklimagerätes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 ein Mollier-Diagramm der Steuerfunktion eines Heißgas-Heizzyklus in einem Heißgas-Heizmodus eines ersten Vergleichsbeispiels;
Fig. 8 ein Mollier-Diagramm der Steuerfunktion eines Heißgas-Heizzyklus in einem Heißgas-Heizmodus eines zweiten Vergleichsbeispiels;
Fig. 9 eine Graphik zur Erläuterung einer Steigerung der Strahlungsmenge in einem Verdampfapparat im Heißgas-Heizmodus des Fahrzeugklimagerätes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 eine Graphik einer Steigerung der Strahlungsmenge des Heißgas-Kühlmittels in einem Verdampfapparat im Heißgas-Heizmodus des ersten Vergleichsbeispiels;
Fig. 11 eine Graphik einer Steigerung der Heizleistung (Steigerung der Heizkapazität) im Heißgas-Heizmodus des Fahrzeugklimageräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines gesamten Kühlsystems eines Fahrzeugklimageräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ein Flussdiagramm des Steuerprozesses im Heißgas-Heizmodus eines Fahrzeugklimagerätes gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 14 ein Flussdiagramm des Steuerprozesses im Heißgas-Heizmodus eines Fahrzeugklimagerätes gemäß einer weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 15 ein Flussdiagramm des Steuerprozesses im Heißgas-Heizmodus eines Fahrzeugklimagerätes gemäß einer noch weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 16 ein Flussdiagramm des Steuerprozesses im Heißgas-Heizmodus eines Fahrzeugklimagerätes gemäß einer noch weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels; und
Fig. 17 ein Flussdiagramm des Steuerprozesses im Heißgas-Heizmodus eines Fahrzeugklimagerätes gemäß einer noch weiteren Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

1. Ausführungsbeispiel

Ein Fahrzeugklimagerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt. Ein Kompressor wird durch einen wassergekühlten Fahrzeugmotor 12 durch eine Magnetkupplung 11 angetrieben und ist zum Beispiel aus einem Trommelscheibenkompressor fester Kapazität ausgebaut. Ein Ausgabeanschluss des Kompressors 10 ist durch ein Kühlmagnetventil 13 mit einem Kondensator 14 verbunden, und ein Auslass des Kondensators 14 ist mit einem Empfänger 15 zum Trennen des Kühlmittels in ein gasförmiges Kühlmittel und ein flüssiges Kühlmittel und zum Speichern des getrennten flüssigen Kühlmittels darin verbunden. Der Kondensator 14 ist zusammen mit dem Kompressor 10 und dergleichen in einem Motorraum angeordnet und ist ein äußerer Wärmetauscher, in dem das Kühlmittel mit der durch einen elektrischen Kühllüfter 14a geblasenen Außenluft in Wärmeaustausch steht. Der elektrische Kühllüfter 14a wird durch einen Lüftermotor 14b angetrieben. Ein Auslass des Empfängers 15 ist mit einem eine kühlende Dekompressionsvorrichtung bildenden Wärmedehnungsventil 16 verbunden, und ein Auslass des Wärmedehnungsventils 16 ist über ein Rückschlagventil 17 mit einem Verdampfapparat 18 verbunden. Ein Auslass des Verdampfapparats 18 ist mit einem Sauganschluss des Kompressors 10 durch einen Speicher 19 verbunden. Wie oben beschrieben, ist ein kühlender Kühlkreislauf C aus einem geschlossenen Kreislauf von dem Ausgabeanschluss des Kompressors 10 durch das Kühlmagnetventil 13, den Kondensator 14, den Empfänger 15, das Wärmedehnungsventil 16, das Rückschlagventil 17, den Verdampfapparat 18 und den Speicher 19 zu dem Sauganschluss des Kompressors 10 aufgebaut.
Das Wärmedehnungsventil 16 stellt eine Strömungsmenge des Kühlmittels durch Einstellen eines Ventilöffnungsgrades ein, so dass ein Überhitzungsgrad des Kühlmittels am Auslass des Verdampfapparates 18 im Kühlmodus auf einen vorgegebenen Wert gehalten wird. Der Speicher 19 enthält einen zylindrischen Behälterkörper 19a, in dem ein Kühlmittel in ein gasförmiges Kühlmittel und ein flüssiges Kühlmittel getrennt wird und das getrennte flüssige Kühlmittel darin gespeichert wird. Ferner enthält der Speicher 19 ein U-förmiges Kühlmittelauslassrohr 19b mit einer oberen Endöffnung 19c in dem Behältergehäuse 19a. Deshalb kann das gasförmige Kühlmittel in dem Behältergehäuse 19a in den Sauganschluss des Kompressors 10 gesaugt werden. Das Kühlmittelauslassrohr 19b enthält ein Ölrückführloch (nicht dargestellt) an seinem Boden, so dass eine kleine Menge des Schmieröl enthaltenden flüssigen Kühlmittels von dem Behältergehäuse 19a um seinen Boden abgesaugt werden kann. Dann wird das flüssige Kühlmittel mit dem gasförmigen Kühlmittel gemischt, und das gemischte Kühlmittel wird von dem Kühlmittelauslassrohr 19b in den Kompressor 10 eingeleitet. Eine Heißgas-Nebenleitung 20, durch welche ein Heißgas-Kühlmittel von dem Kompressor 10 an dem Kondensator 14 und dergleichen vorbei strömt, ist zwischen dem Ausgabeanschluss des Kompressors 10 und dem Einlass des Verdampfapparats 18 vorgesehen. Ein Heizmagnetventil 21 und eine Drosselvorrichtung 21a sind in Reihe in der Heißgas-Nebenleitung 20 vorgesehen. Die Drosselvorrichtung 21a bildet eine wärmende Dekompressionsvorrichtung und kann durch eine feste Drosselvorrichtung wie beispielsweise eine Öffnung und eine Kapillarität gebildet werden. Ein Heißgas-Heizzyklus H ist durch einen geschlossenen Kreislauf von dem Ausgabeanschluss des Kompressors 10 durch das Heizmagnetventil 21, die Drosselvorrichtung 21a, den Verdampfapparat 18 und den Speicher 19 zu dem Sauganschluss des Kompressors 10 gebildet.
Ein Klimagehäuse 22 des Fahrzeugklimageräts definiert einen Luftdurchgang, durch welchen durch ein Klimagebläse 23 geblasene Luft in eine Fahrgastzelle strömt. Das Klimagebläse 23 ist zur Vereinfachung der Zeichnung in Fig. 1 als ein axialer Strömungslüfter dargestellt. Tatsächlich ist das Klimagebläse 23 jedoch ein Zentrifugalgebläse mit einem Zentrifugallüfter. Das Klimagebläse 23 wird durch einen elektrischen Gebläsemotor 23a angetrieben und gedreht, der durch eine Gebläseantriebsschaltung gesteuert wird. Eine Luftblasmenge von dem Gebläse 23 kann kontinuierlich oder stufenweise durch Einstellen einer an den Gebläsemotor 23a angelegten Gebläsesteuerspannung verändert werden. Ein Außenluft-Sauganschluss 70, ein Innenluft-Sauganschluss 71 und eine plattenförmige Innen/Außenluft-Wechselklappe 72 sind an einer Luftansaugseite des Klimagebläses 23 vorgesehen. Der Außenluft-Sauganschluss 70 dient dem Ansaugen von Außenluft außerhalb der Fahrgastzelle, und der Innenluft-Sauganschluss 71 dient dem Ansaugen von Innenluft in der Fahrgastzelle. Die Wechselklappe 72 wird durch ein Stellglied, wie beispielsweise einen Servomotor, über einen Verbindungsmechanismus (nicht dargestellt) angetrieben, um zum Beispiel in einen Außenluft-Saugmodus und einen Innenluft-Saugmodus zu schalten. Im Außenluft-Saugmodus wird von dem Außenluft-Sauganschluss 70 Außenluft angesaugt, und im Innenluft-Saugmodus wird von dem Innenluft-Sauganschluss 71 Innenluft angesaugt.
Der Verdampfapparat 18 ist ein in dem Innengehäuse 22 vorgesehener innerer Wärmetauscher. Im Kühlmodus wird das Kühlmittel in dem kühlenden Kühlkreislauf C zirkuliert und im Verdampfapparat 18 durch Aufnehmen von Wärme aus der Luft verdampft, so dass durch den Verdampfapparat strömende Luft gekühlt wird. Im Heizmodus strömt ein Hochtemperaturgas-Kühlmittel (heißes Gas) von dem Kompressor 10 durch die Heißgas- Nebenleitung 20 in den Verdampfapparat 18, so dass durch den Verdampfapparat 18 strömende Luft durch das Hochtemperaturgas-Kühlmittel geheizt wird. Das heißt, der Verdampfapparat 18 wird im Kühlmodus als Kühlvorrichtung und im Heizmodus als Heizkörper betrieben. Ein heizender Heißwasser-Wärmetauscher 24 ist im Klimagehäuse 22 an einer stromabwärtigen Seite des Verdampfapparats 18 angeordnet, um mittels heißem Wasser (Motorkühlwasser) von dem Fahrzeugmotor 12 als Wärmequelle geblasene Luft zu heizen. Ein Heißwasserventil 25 ist in einem Heißwasserkreislauf vorgesehen, um eine Strömungsmenge des in den heizenden Wärmetauscher 24 strömenden heißen Wassers einzustellen. Hier wird der heizende Wärmetauscher 24 als Hauptheizeinheit zum Heizen der Fahrgastzelle verwendet, und der Verdampfapparat 18 wird als Hilfsheizquelle benutzt, wenn er im Heißgas-Heizkreislauf H als Heizkörper betrieben wird.
Ein Enteisungsluftanschluss DEF 31, ein Gesichtsluftanschluss 32 und ein Fußluftanschluss 33 sind im Klimagehäuse 22 auf der stromabwärtigsten Seite vorgesehen. Klimatisierte Luft (hauptsächlich warme Luft) wird von dem DEF-Luftanschluss 31 an eine Innenseite einer Windschutzscheibe geblasen. Klimatisierte Luft (hauptsächlich kalte Luft) wird von dem Gesichtsluftanschluss 32 zu der oberen Körperhälfte eines Fahrgastes geblasen, und klimatisierte Luft (hauptsächlich warme Luft) wird von dem Fußluftanschluss 33 zu dem Fußabschnitt (untere Körperhälfte) des Fahrgastes geblasen. Moduswechselklappen 34-36 sind drehbar vorgesehen, um die Luftanschlüsse 31-33 jeweils wahlweise zu öffnen und zu schließen. Die Moduswechselklappen 34-36 werden durch ein Stellglied, wie beispielsweise einen Servomotor, über einen Verbindungsmechanismus (nicht dargestellt) angetrieben. Eine Klimasteuereinheit (ECU) 26 ist durch einen Mikrocomputer und seine Peripherieschaltung ausgebaut. Die ECU 26 führt eine vorgegebene Verarbeitung entsprechend einem im voraus eingestellten Programm durch und steuert Betriebszustände der Magnetventile 13, 21 und Betriebszustände anderer elektrischer Vorrichtungen 11, 14a, 23, 25, 40 und dergleichen.
Der Speicher 19 enthält einen elektrischen Heizer 40 zum Heizen des flüssigen Kühlmittels im Speicher 19. Der elektrische Heizer 40 ist zum Verbessern der Heizleistung im Heißgas-Heizmodus vorgesehen. Insbesondere ist der elektrische Heizer 40, wie in Fig. 2 dargestellt, an einer Außenfläche des zylindrischen Behälterkörpers 19a an seinem unteren Abschnitt befestigt. Insbesondere ist, wie in Fig. 3 dargestellt, zwischen mehrlagigen Filmelementen 43, 44 ein Heizkörper 42 aus einer dünnen Platte angeordnet, um den elektrischen Heizer 40 integral auszubilden. Mehrere flexible elektrische Widerstände, jeweils mit der Form einer länglichen dünnen Platte, sind mit einem elastischen Element wie beispielsweise Silikonkautschuk überzogen, um den Heizkörper 42 zu bilden. Die mehreren elektrischen Widerstände sind parallel angeordnet, um elektrisch miteinander verbunden zu werden. Die elektrischen Widerstände sind voneinander durch den Silikonkautschuk isoliert und durch den Silikonkautschuk befestigt.
Die mehrlagigen Filmelemente 43, 44 haben den gleichen Aufbau, wobei drei Arten von Filmelementen gestapelt sind. Innere Filmschichten 43a, 44a sind aus Harz wie beispielsweise Polyethylen gefertigt, das einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt und zur Verbindung durch Warmschmelzen verwendet werden kann. Da der elektrische Heizer 40 auf 150°C geregelt wird, wird das Harzmaterial der inneren Filmschichten 43a, 44a so gewählt, dass es einen Schmelzpunkt höher als 150°C hat. Zum Beispiel hat Polyethylen einen Schmelzpunkt von 200°C. Mittlere Filmschichten 43b, 44b sind aus einer Metallfolie wie beispielsweise einer Aluminiumfolie gemacht und verhindern einen Durchtritt von Wasser durch die mehrlagigen Filmelemente 43, 44, so dass der Wasserwiderstand des elektrischen Heizers 40 verbessert werden kann. Äußere Filmschichten 43c, 44c sind zur Verbesserung des Wärmewiderstandes des elektrischen Heizers 40 ausgebildet und bestehen aus Harz wie beispielsweise Polyethylenterephtalat (PET) mit einem ausgezeichneten Wärmewiderstand.
Der Dünnplatten-Heizkörper 42 ist zwischen den mehrlagigen Filmelementen 43, 44 angeordnet und der gestapelte Körper des Heizkörpers 42 und die mehrlagigen Filmelemente 43, 44 werden erwärmt und gleichzeitig zusammengedrückt. So hat das Harz der inneren Filmschichten 43a, 44a eine Bindungswirkung, und der Heizkörper 42 wird aufgrund der Wärmeschmelzung der inneren Filmschichten 43a, 44a mit den mehrlagigen Filmelementen 43, 44 integriert. Da der integrierte elektrische Heizer 40 eine flexible dünne Platte ist, kann der elektrische Heizer 40 einfach entlang der Außenseite des zylindrischen Behälterkörpers 19a gebogen werden, um an der Außenseite des Behälterkörpers 19a angebracht zu werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Dann wird ein Ringband 41 an eine Außenseite des elektrischen Heizers 40 angepasst und angebracht, und darum durch Verschrauben und dergleichen befestigt, wodurch der elektrische Heizer 40 an der Außenseite des Behälterkörpers 19a des Speichers 19 befestigt und fixiert wird.
Ein Bleidraht 45 und der Heizkörper 42 sind elektrisch miteinander an einem Fußabschnitt des Bleidrahtes 45 verbunden. Am Fußabschnitt wird ein Klebstoff 45b zwischen den Bleidraht 45 und ein Isolierüberzugselement 45a eingespritzt und wird verfestigt, wodurch eine Wasserfestigkeit eines elektrischen Verbindungsabschnitts zwischen dem Heizkörper 42 und dem Bleidraht 45 sichergestellt wird. Ferner ist ein elektrischer Widerstand des Heizkörpers 42 nicht ein Widerstand, der bei einer Solltemperatur eigengesteuert ist. Deshalb ist ein Temperatursensor 46 zum Erfassen der Temperatur des elektrischen Heizers 40 an der Außenseite des elektrischen Heizers 40 angeordnet, wie in Fig. 2 dargestellt. Eine Erregung für den elektrischen Heizer 40 wird basierend auf der durch den Temperatursensor 46 erfassten Temperatur gesteuert.
Wie in Fig. 4 dargestellt, werden Messsignale der ECU 26 von einer Sensorgruppe mit einem Wassertemperatursensor 27a des Fahrzeugmotors 12, einem Außenlufttemperatursensor 27b, einem Verdampfapparattemperatursensor 27c, einem Drucksensor 27d, einem Innenlufttemperatursensor 27e und einem Sonnenlichtsensor 27f eingegeben. Der Drucksensor 27d dient der Erfassung des Drucks des aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Kühlmittels, und der Sonnenlichtsensor 27f dient der Erfassung einer Menge in die Fahrgastzelle gestrahlten Sonnenlichts, und der Verdampfapparattemperatursensor 27c dient der Erfassung einer direkt aus dem Verdampfapparat 18 geblasenen Lufttemperatur. Ferner wird ein Messsignal der ECU 26 von einem Temperatursensor 46 des elektrischen Heizers 40 eingegeben.
Funktionssignale werden der ECU 26 von einer Bedienschaltergruppe eingegeben, die an einer um ein Armaturenbrett in der Fahrgastzelle angeordneten Klimaschalttafel 28 vorgesehen ist. Die Bedienschaltergruppe enthält einen Klimaschalter 29a, einen Heißgasschalter 29b, einen Luftauslassmodusschalter 29c, einen Temperatureinstellschalter 29d, einen Gebläseschalter 29e, einen Innen/Außenluftschalter 29f und dergleichen. Der Klimaschalter 29a dient dem Betätigen des Startens und Stoppens der Funktion des Kompressors 10 und dient auch als Kühlschalter zum Einstellen eines Kühlmodus. Der Heißgasschalter 29b dient der Einstellung des Heizmodus unter Verwendung des Heißgas-Heizzyklus und ist auch ein Heizschalter. Der Luftauslassmodusschalter 29c dient dem Umschalten des Luftauslassmodus, und der Temperatureinstellschalter 29d dient dem Einstellen einer Lufttemperatur in der Fahrgastzelle. Der Gebläseschalter 29e dient dem Betätigen des Einschaltens und Ausschaltens des Gebläses 23 und dem Einstellen der Luftblasmenge des Gebläses 23. Der Innen/Außenluftschalter 29f dient zum Beispiel dem Schalten des Außenluftmodus oder des Innenluftmodus.
Als nächstes wird die Funktionsweise des Fahrzeugklimageräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Zuerst wird die Funktionsweise des Kühlzyklus beschrieben. Wenn der Kühlmodus durch Einschalten des Klimaschalters 29a eingestellt wird, wird durch die ECU 26 das Kühlmagnetventil 13 geöffnet und das Heizmagnetventil 21 geschlossen. Dann wird der Kompressor 10 durch den Fahrzeugmotor 12 durch die Magnetkupplung 11 angetrieben, und das aus dem Kompressor 10 ausgegebene gasförmige Hochdruck-Hochtemperatur-Kühlmittel strömt durch das geöffnete Kühlmagnetventil 13 in den Kondensator 14. Im Kondensator 14 wird das gasförmige Kühlmittel aus dem Kompressor 10 durch durch den Kühllüfter 14a geblasene Außenluft gekühlt und verflüssigt (kondensiert). Das kondensierte Kühlmittel wird im Empfänger 15 in ein gasförmiges Kühlmittel und ein flüssiges Kühlmittel getrennt, und nur das getrennte flüssige Kühlmittel wird durch das Wärmedehnungsventil 16 dekomprimiert, um in einem Gas/Flüssig-Zweiphasenkühlmittel mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck zu sein. Das Niederdruck-Kühlmittel strömt durch das Rückschlagventil 17 und strömt in den Verdampfapparat 18. Im Verdampfapparat absorbiert das Niederdruck-Kühlmittel Wärme von durch das Gebläse 23 geblasener Luft und wird verdampft. Die gekühlte Luft von dem Verdampfapparat 18 strömt in die Fahrgastzelle aus dem Gesichtsluftanschluss 32 und dergleichen, und die Fahrgastzelle wird gekühlt. Das in dem Verdampfapparat 18 verdampfte Kühlmittel wird in den Kompressor 10 durch den Speicher 19 gesaugt und im Kompressor 10 wieder komprimiert.
Wenn im Winter der Heizmodus unter Verwendung des Heißgas-Heizzyklus H durch Einschalten des Heißgasschalters 29b eingestellt wird, wird durch die ECU 26 das Kühlmagnetventil 13 geschlossen und das Heizmagnetventil 21 geöffnet. Deshalb strömt ein Hochtemperaturgas-Kühlmittel (überhitztes gasförmiges Kühlmittel), das von dem Kompressor 10 ausgegeben wird, durch das geöffnete Heizmagnetventil 21 und wird in der Drosselvorrichtung 21a dekomprimiert. Anschließend strömt das dekomprimierte Kühlmittel von der Drosselvorrichtung 21a in den Verdampfapparat 18. Das heißt, das von dem Kompressor 10 ausgegebene überhitzte gasförmige Kühlmittel (heißes Gas) strömt an dem Kondensator 14 und dergleichen vorbei und wird direkt in den Verdampfapparat 18 eingeleitet. Hierbei verhindert das Rückschlagventil 17 ein Strömen des gasförmigen Kühlmittels in das Wärmedehnungsventil 16 aus der Heißgas-Nebenleitung 20. Demzufolge wird der Kühlzyklus in dem geschlossenen Kreislauf (Heißgas-Heizzyklus H) von dem Ausgabeanschluss des Kompressors 10 durch das Heizmagnetventil 21, die Drosselvorrichtung 21a, den Verdampfapparat 18 und den Speicher 19 zu dem Sauganschluss des Kompressors 10 betrieben.
Dann strahlt das überhitzte gasförmige Kühlmittel, das in der Drosselvorrichtung 21a dekomprimiert wird, Wärme in den Verdampfapparat 18 ab, so dass durch den Verdampfapparat 18 strömende Luft erwärmt wird. Eine Wärmemenge, die von dem gasförmigen Kühlmittel in dem Verdampfapparat 18 abgestrahlt wird, entspricht einer Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 10. Das gasförmige Kühlmittel, das in dem Verdampfapparat 18 Wärme abgestrahlt hat, wird durch den Speicher 19 in den Kompressor 10 gesaugt und wird darin komprimiert. Wenn eine Wassertemperatur TW in dem Heißwasserzyklus niedrig ist, zum Beispiel zu einem Zeitpunkt direkt nach dem Start des Fahrzeugmotors 12, wird eine Aufwärmsteuerung durchgeführt, so dass das Gebläse 23 bei einer niedrigen Blasmenge betrieben wird. Heißes Wasser von dem Fahrzeugmotor 12 wird in den heizenden Wärmetauscher 24 durch das Heißwasserventil 25 zirkuliert, so dass durch den Verdampfapparat 18 erwärmte Luft durch den heizenden Wärmetauscher 24 in dem Klimagehäuse 22 weiter erwärmt wird. Demzufolge kann auch im Winter eine warme Luft höherer Temperatur, die sowohl durch den Verdampfapparat 18 als auch den heizenden Wärmetauscher 24 erwärmt wurde, in die Fahrgastzelle geblasen werden, und eine Heizkapazität zum Heizen der Fahrgastzelle kann erhöht werden.
Der Heißgas-Heizzyklus H enthält den Speicher 19 an der Ausgangsseite des Verdampfapparats 18, um die Kühlmittelmenge in dem Heißgas-Heizzyklus und die in den Kompressor 10 zurückgeführte Menge Schmieröl sicherzustellen. Da in dem Speicher 19 eine Gas-Flüssigkeit-Grenzfläche des Kühlmittels gebildet wird, steht ein gasförmiges Niederdruck-Kühlmittel am Ausgang des Verdampfapparats 18 mit einem flüssigen Kühlmittel im Speicher 19 im Gleichgewicht, um ein Sättigungsgas-Kühlmittel zu werden. Das in dem Speicher 19 an der unteren Seite gespeicherte flüssige Kühlmittel kann durch den an dem Speicher 19 um seine Außenseite an der unteren Seite angebrachten elektrischen Heizer 40 erwärmt und verdampft werden. Hier heizt der elektrische Heizer 40 das flüssige Kühlmittel in dem Speicher 19, und eine Wärmeübertragungsrate des flüssigen Kühlmittels ist größer als diejenige des gasförmigen Kühlmittels. Deshalb kann durch den elektrischen Heizer 40 erzeugte Wärme effizient auf das Kühlmittel in dem Speicher 19 übertragen werden.
Der Druck des in den Kompressor 10 zu saugenden Kühlmittels wird aufgrund der Verdampfung des flüssigen Kühlmittels in dem Speicher 19 erhöht, und die Dichte des in den Kompressor 10 zu saugenden Kühlmittels wird erhöht. Deshalb wird eine Massenströmungsmenge des aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Kühlmittels erhöht, und der Druck des aus dem Kompressor 10 ausgegebenen Kühlmittels wird erhöht. So wird eine Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 10 erhöht. Als Ergebnis kann eine Strahlungsmenge des Kühlmittels im Verdampfapparat 18 effektiv erhöht werden, und eine Heizleistung zum Erwärmen von Luft kann im Heißgas-Heizmodus effektiv verbessert werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 eine Heizkapazitätssteuerung im Heizmodus unter Verwendung des Heißgas-Heizzyklus H gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. In Fig. 5 wird eine Steuerroutine gestartet, wenn ein Betrieb des Fahrzeugmotors 12 gestartet wird, d. h. wenn ein Zündschalter eingeschaltet wird. In Schritt S10 wird bestimmt, ob der Heißgasschalter 29b an der Klimabedientafel 28 eingeschaltet ist oder nicht. Wenn der Heißgasschalter 29b eingeschaltet ist, wird in Schritt S20 bestimmt, ob eine Außenlufttemperatur TAM gleich oder niedriger als eine vorgegebene Lufttemperatur (z. B. 10°C) ist oder nicht. Die Bestimmung in Schritt S20 wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Außenlufttemperatur TAM in einem Bereich niedriger Außentemperatur liegt, in dem der Heißgas-Heizmodus (Hilfsheizfunktion) erforderlich ist. Wenn die Außenlufttemperatur TAM gleich oder niedriger als die erste vorgegebene Lufttemperatur ist, wird in Schritt S30 bestimmt, ob die Motorwassertemperatur TW gleich oder niedriger als eine erste vorgegebene Wassertemperatur (z. B. 80°C) ist oder nicht. Die Bestimmung in Schritt S30 wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Motorwassertemperatur TW in einem Bereich niedriger Temperatur liegt, in dem der Heißgas-Heizmodus erforderlich ist. Wenn die Motorwassertemperatur TW gleich oder niedriger als die erste vorgegebene Wassertemperatur ist, wird in Schritt S40 der Heißgas-Heizmodus eingestellt. Im Heißgas-Heizmodus wird das Kühlmagnetventil 13 geschlossen und das Heizmagnetventil 21 geöffnet.
In Schritt S50 wird bestimmt, ob die Motorwassertemperatur gleich oder niedriger als eine zweite vorgegebene Wassertemperatur (z. B. 50°C) ist oder nicht. Die zweite vorgegebene Wassertemperatur ist um eine vorgegebene Wassertemperatur niedriger als die erste vorgegebene Wassertemperatur. Die Bestimmung in Schritt S50 wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Motorwassertemperatur TW in einem Bereich niedriger Temperatur liegt, in dem ein Betrieb des elektrischen Heizers 40 erforderlich ist. Wenn die Motorwassertemperatur TW gleich oder niedriger als die zweite vorgegebene Wassertemperatur ist, wird in Schritt S60 bestimmt, ob ein Ausgangsdruck Pd des Kompressors 10 gleich oder niedriger als ein vorgegebener Druck (z. B. 1,5 kgf/cm²) ist oder nicht. Wenn der Ausgangsdruck Pd gleich oder niedriger als der vorgegebene Druck ist, wird in Schritt S70 bestimmt, ob eine Oberflächentemperatur TH des elektrischen Heizers 40 gleich oder niedriger als eine vorgegebene Heizertemperatur (z. B. 150°C) ist oder nicht.
Hierbei wird die Oberflächentemperatur TH durch den Temperatursensor 46 erfasst. Wenn die Oberflächentemperatur TH des elektrischen Heizers 40 gleich oder niedriger als die vorgegebene Heizertemperatur ist, wird der elektrische Heizer 40 in Schritt S80 eingeschaltet, und der Kompressor 10 wird in Schritt S90 durch Erregen der Magnetkupplung 11 angetrieben. So kann das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kühlmittel im Heißgas-Heizzyklus H zirkuliert werden, und das in dem Speicher 19 im unteren Bereich gespeicherte flüssige Kühlmittel kann durch den elektrischen Heizer 40 erwärmt und verdampft werden.
Wenn die Bestimmung in den Schritten S50-S70 "N" ist, wird der elektrische Heizer 40 in Schritt S100 ausgeschaltet. In dem vorliegenden Beispiel wird die Oberflächentemperatur TH des elektrischen Heizers 40 durch die Bestimmung in Schritt S70 auf etwa 150°C geregelt. Wen in Schritt S20 bestimmt wird, dass die Außenlufttemperatur TAM höher als die vorgegebene Lufttemperatur ist, oder wenn in Schritt S30 bestimmt wird, dass die Motorwassertemperatur TW höher als die erste vorgegebene Wassertemperatur ist, kann bestimmt werden, dass der Heißgas-Heizmodus bei der vorliegenden Umgebungsbedingung nicht erforderlich ist. Deshalb werden das Kühlmagnetventil 13 und das Heizmagnetventil 21 in Schritt S110 geschlossen. Weiter wird der elektrische Heizer 40 in Schritt S120 ausgeschaltet, und der Betrieb des Kompressors 10 wird in Schritt S130 durch Ausschalten der Magnetkupplung 11 gestoppt. Somit kann, selbst wenn der Heißgasschalter 29b eingeschaltet ist, falls der Heißgas-Heizmodus nicht erforderlich ist, der elektrische Heizer 40 automatisch ausgeschaltet werden, und der Betrieb des Kompressors 10 kann automatisch gestoppt werden.
Als nächstes wird speziell der funktionale Vorteil des Fahrzeugklimageräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. In Fig. 6 zeigt ein Mollier-Diagramm A einen Betriebszustand des Kühlmittels im Heißgas-Heizzyklus H, wenn die Oberflächentemperatur TH des elektrischen Heizers 40 durch Einschalten des elektrischen Heizers 40 auf etwa 150°C geregelt wird. Andererseits zeigt das Mollier-Diagramm B einen Betriebszustand des Kühlmittels im Heißgas-Heizzyklus H, wenn der elektrische Heizer 40 ausgeschaltet ist. Wenn der elektrische Heizer 40 eingeschaltet ist, wird der Kühlmittelsaugdruck des Kompressors 10 aufgrund der Verdampfung des Kühlmittels im Speicher 19 erhöht, so dass die Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 10 erhöht werden kann. Deshalb kann die Strahlungsmenge des Verdampfapparats 18 durch die erhöhte Kompressionsmenge des Kompressors 10 zusätzlich zu der von dem elektrischen Heizer 40 direkt zu dem Kühlmittel übertragenen Wärmeübertragungsmenge erhöht werden. So kann in Fig. 6 die Strahlungsmenge des Kühlmittels im Verdampfapparat 18 durch Einschalten des elektrischen Heizers 40 von einer Strahlungsmenge Q2 zu einer Strahlungsmenge Q1 erhöht werden. Die Strahlungsmenge Q1 wird von dem Verdampfapparat 18 erzeugt, wenn der elektrische Heizer 40 eingeschaltet ist, wie in dem Mollier- Diagramm A in Fig. 6 dargestellt, und die Strahlungsmenge Q2 wird von dem Verdampfapparat 18 erzeugt, wenn der elektrische Heizer 40 ausgeschaltet ist, wie in dem Mollier- Diagramm B dargestellt.
Die Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 10 wird aufgrund der Kühlmittelverdampfung im Speicher 19 mittels Wärme von dem elektrischen Heizer 40 erhöht. Deshalb wird eine Kompressorantriebslast des Fahrzeugmotors 12 erhöht, und die Motorwassertemperatur TW wird einfacher erhöht, wodurch auch die Heizleistung des heizenden Wärmetauschers 24 verbessert wird. Ferner wird, wenn der elektrische Heizer 40 eingeschaltet ist, eine Energieerzeugungslast eines Generators (Wechselstromgenerator) erhöht, und eine Generatorantriebslast des Fahrzeugmotors 12 wird erhöht, so dass die Motorwassertemperatur TW weiter erhöht wird. Demgemäß werden die Strahlungsmenge von dem Verdampfapparat 18 und die Strahlungsmenge von dem heizenden Wärmetauscher 24 erhöht, und eine Heizleistung im Heißgas-Heizmodus kann effizient verbessert werden. So kann selbst bei einer niedrigen Außenlufttemperatur die Fahrgastzelle schnell geheizt werden.
Fig. 7 ist ein Mollier-Diagramm in einem ersten Vergleichsbeispiel, bei dem ein Niederdruck-Kühlmittelrohr (Kühlmittelsaugrohr) zwischen dem Ausgang des Speichers 19 und der Ansaugseite des Kompressors 10 unter Verwendung eines elektrischen Heizers erwärmt wird. In Fig. 7 zeigt das Mollier-Diagramm C einen Zustand, in dem der elektrische Heizer nicht eingeschaltet ist, und das Mollier-Diagramm zeigt einen Zustand, in dem der elektrische Heizer eingeschaltet ist. Wie in Fig. 7 dargestellt, wird, wenn das Mollier-Diagramm von dem C-Zustand zu dem D-Zustand bewegt wird, der Überhitzungsgrad des in den Kompressor gesaugten gasförmigen Kühlmittels erhöht, und dadurch wird die Strahlungsmenge des Verdampfapparats 18 erhöht. Jedoch wird in diesem Fall, weil nur das in den Kompressor 10 gesaugte gasförmige Kühlmittel durch den elektrischen Heizer erwärmt wird, nur der Überhitzungsgrad des in den Kompressor 10 gesaugten Kühlmittels erhöht, aber der Saugdruck des in den Kompressor 10 gesaugten Kühlmittels wird beinahe nicht erhöht, weil das flüssige Kühlmittel in diesem Fall nicht verdampft wird. Demzufolge kann die Strahlungsmenge aufgrund einer Erhöhung des Kühlmittelsaugdrucks des Kompressors 10 nicht erzielt werden.
Andererseits ist Fig. 8 ein Mollier-Diagramm in einem zweiten Vergleichsbeispiel, bei dem ein Niederdruck-Kühlmittelrohr zwischen der Drosselvorrichtung 21a (Heizdekompressionsvorrichtung) und dem Einlass des Verdampfapparats 18 unter Verwendung eines elektrischen Heizers erwärmt wird. In Fig. 18 wird hauptsächlich der Überhitzungsgrad des gasförmigen Kühlmittels erhöht, weil das überhitzte gasförmige Kühlmittel nach der Dekompression in der Drosselvorrichtung 21a durch den elektrischen Heizer erwärmt wird. So kann, ähnlich wie bei dem Fall in Fig. 7, die Wärmestrahlungsmenge aufgrund der Erhöhung der Kompressionsarbeitsmenge nicht groß verbessert werden. Zusätzlich wird in dem in Fig. 8 gezeigten zweiten Vergleichsbeispiel, weil das überhitzte gasförmige Kühlmittel nach der Dekompression in der Drosselvorrichtung 21a durch den elektrischen Heizer weiter erwärmt wird, die Temperatur des gasförmigen Kühlmittels nach der Erwärmung in dem elektrischen Heizer deutlich höher als die Außenlufitemperatur, der Wärmeverlust an die Außenluft wird erhöht.
Als nächstes wird speziell die Verbesserung der Heizleistung des Fahrzeugklimageräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel basierend auf Testdaten unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben. In Fig. 9 ist der elektrische Heizer 40 mit einer Heizkapazität von 120 W an dem Speicher 19 an seiner Außenseite in seinem unteren Abschnitt angebracht. Ferner ist eine Menge von in die Fahrgastzelle geblasene Luft auf 300 m³/h eingestellt, und eine Drehzahl des Kompressors 10 ist auf 2.000 U/min eingestellt. Dann wird das flüssige Kühlmittel in dem Speicher 19 durch Regeln der Oberflächentemperatur TH des elektrischen Heizers 40 auf 150°C erwärmt. In diesem Zustand wird die Strahlungsmenge des Verdampfapparats 18 von der Kurve B zu der Kurve A erhöht, wie in Fig. 9 dargestellt. Im Heizmodus, wenn im Heißgas-Heizzyklus H die Heizfunktion des flüssigen Kühlmittels im Speicher 19 durchgeführt wird, kann die Strahlungsmenge des Verdampfapparats 18 im Vergleich zu einem Fall, in dem die Heizfunktion des flüssigen Kühlmittels im Speicher 19 in einem Außenlufttemperaturbereich von -30 bis 0°C nicht vorgesehen ist, um 100-340 W erhöht werden. In dem Außenlufttemperaturbereich außer einer extrem niedrigen Außenlufttemperatur niedriger als -25°C wird, wenn das flüssige Kühlmittel im Speicher 19 erwärmt und verdampft wird, die Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 10 erhöht, und die Strahlungsmenge des Verdampfapparats 18 wird zumindest um die Heizmenge (120 W) des elektrischen Heizers 40 erhöht, wodurch die Strahlungsmenge des Verdampfapparats 18 effizient erhöht wird.
Hierbei werden, wenn der elektrische Heizer 40 eingeschaltet ist, die Kompressorantriebslast und die Generatorantriebslast des Fahrzeugmotors 12 erhöht, und die Motorwassertemperatur TW wird erhöht. Deshalb wird auch die Heizleistung des heizenden Wärmetauschers 24 verbessert. Das in Fig. 9 dargestellte Bench-Testergebnis berücksichtigt diese Verbesserung der Heizleistung des heizenden Wärmetauschers 24 nicht. Gemäß dem Bench-Test kann diese Verbesserung der Heizleistung des heizenden Wärmetauschers 24 in einem wirklichen Fahrzeug wie folgt geschätzt werden. Das heißt, die Strahlungsmenge des heizenden Wärmetauschers 24 wird aufgrund dieser Verbesserung der Heizleistung um etwa 360 W entsprechend dem Dreifachen der Heizmenge des elektrischen Heizers 40 in einem Außenlufttemperaturbereich von -20°C erhöht.
Fig. 10 zeigt den Anstieg der Strahlungsmenge in dem Verdampfapparat des ersten Vergleichsbeispiels. Im gleichen Zustand wie bei Fig. 9 wird die Strahlungsmenge von dem Verdampfapparat in dem Außenlufttemperaturbereich von -30°C bis 0°C nur um 80-130 W erhöht.
Fig. 11 zeigt den Anstieg der Heizleistung (HP-Anstieg) des Fahrzeugklimageräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei der Außenlufttemperatur TAM von -20°C, und der Anstieg der Heizleistung ist für jeden Faktor dargestellt. In Fig. 11 zeigt die linke Ordinate den Temperaturanstieg der Fahrgastzelle (TR-Anstieg) aufgrund des Heißgas- Heizmodus, und die rechte Ordinate zeigt den Anstieg der Heizleistung aufgrund des Heißgas-Heizmodus. Wie in Fig. 11 dargestellt, zeigt das Balkendiagramm auf der linken Seite den Anstieg der Heizleistung, wenn nur der Heißgas-Heizzyklus H betrieben wird, d. h. wenn die Heizmenge aufgrund des elektrischen Heizers 40 auf 0 W eingestellt ist. Das Balkendiagramm auf der linken Seite enthält den Abschnitt des HP-Anstiegs aufgrund eines Faktors des Wassertemperaturanstiegs (TW-Abschnitt) und den Abschnitt des HP-Anstiegs aufgrund eines Faktors der Verdampfapparatstrahlungsmenge (RE- Abschnitt). Ferner zeigt das Balkendiagramm in der Mitte den Anstieg der Heizleistung, wenn die Heizmenge des elektrischen Heizers 40 auf 120 W eingestellt ist. Wie man aus diesen Balkendiagrammen erkennen kann, wird, wenn die Heizmenge von 120 W zugegeben wird, die Heizleistung um 0,37 kW erhöht, und eine Lufttemperatur in der Fahrgastzelle eines kleinen Fahrzeugs wird um etwa 2°C erhöht, im Vergleich zu dem Fall, in dem der elektrische Heizer 40 ausgeschaltet ist. Insbesondere wird die Wassertemperatur (TW-Abschnitt) um einen Generatorantriebslastabschnitt (G-Lastabschnitt) und einen Kompressorantriebslastabschnitt (C-Lastabschnitt) erhöht, und die Verdampfapparatstrahlungsmenge wird um einen RE-Anstiegsabschnitt erhöht. Ferner zeigt das Balkendiagramm auf der rechten Seite den Anstieg der Heizleistung, wenn die Heizmenge des elektrischen Heizers 40 auf 150 W erhöht wird.

2. Ausführungsbeispiel

In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird der elektrische Heizer 40 als Heizvorrichtung zum Heizen des flüssigen Kühlmittels im Speicher 19 benutzt. In dem in Fig. 12 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist anstelle des elektrischen Heizers 40 an dem Speicher 19 an seinem unteren Abschnitt ein Heißwasserrohr 50 vorgesehen, in dem Motorkühlwasser zirkuliert wird. Das heißt, das flüssige Kühlmittel im Speicher 19 wird durch das heiße Wasser in dem Heißwasserrohr 50 als Wärmequelle erwärmt.
Insbesondere ist der Heißwasserkreislauf des heizenden Wärmetauschers 24 um Dreiwege-Magnetventile 51, 52 ergänzt, und das Heißwasserrohr 50 ist mit den Magnetventilen 51, 52 verbunden. Normalerweise ist das Heißwasserrohr 50 durch die Magnetventile 51, 52 von dem Heißwasserkreislauf des heizenden Wärmetauschers 24 getrennt. Wenn die Bestimmungen in den Schritten S50, S60 in Fig. 5 "Y" sind, d. h. wenn die Motorwassertemperatur TW niedrig ist und der Ausgangsdruck des Kühlmittels aus dem Kompressor 10 niedrig ist, ist das Heißwasserrohr 50 in dem Heißwasserkreislauf des heizenden Wärmetauschers 24 durch Schalten der Magnetventile 51, 52 geöffnet. So kann das flüssige Kühlmittel in dem Speicher 19 durch das heiße Wasser in dem Heißwasserrohr 50 als Wärmequelle erwärmt werden. Ferner ist in dem Kühlkreislauf gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die kühlende Dekompressionsvorrichtung 16 durch eine feste Drosselvorrichtung wie beispielsweise ein Kapillarrohr aufgebaut, und der in Fig. 1 dargestellte Empfänger ist weggelassen. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die übrigen Teile ähnlich jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels und auf eine detaillierte Beschreibung davon wird verzichtet. Demgemäß kann auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Heizleistung im Heißwasser-Heizmodus effektiv erhöht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen davon vollständig beschrieben wurden, wird darauf hingewiesen, dass für den Fachmann verschiedene Veränderungen und Modifikationen offensichtlich sind.
Zum Beispiel wird in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Funktion des elektrischen Heizers 40 wie in Fig. 5 dargestellt gesteuert. Die Steuerschritte S50 und S60 in Fig. 5 können jedoch verändert werden, wie in den Fig. 13-17 dargestellt. Das heißt, die Erregungssteuerung für den elektrischen Heizer 40 kann vielfältig verändert werden, ohne auf die in Fig. 5 dargestellte Steuerung beschränkt zu sein. In Fig. 5 wird in Schritt S60 bestimmt, ob der Ausgangsdruck Pd des Kompressors 10 gleich oder niedriger als der vorgegebene Druck ist oder nicht. In der in Fig. 13 dargestellten Abwandlung ist ein Schritt S140 vorgesehen, und Schritt S60 aus Fig. 5 ist weggelassen. Eine zweite vorgegebene Lufttemperatur (z. B. -10°C) ist niedriger als die erste vorgegebene Lufttemperatur (z. B. 10°C) eingestellt, und in Schritt S140 wird bestimmt, ob die Außenlufttemperatur TAM gleich oder niedriger als die zweite vorgegebene Lufttemperatur ist oder nicht. Wenn die Bestimmung in Schritt S140 "N" ist, wird der elektrische Heizer 40 ausgeschaltet. Das heißt, in der in Fig. 13 dargestellten Abwandlung wird der elektrische Heizer 40 eingeschaltet, wenn zumindest die Außenlufttemperatur gleich oder niedriger als -10°C ist und die Motorwassertemperatur TW gleich oder niedriger als 50°C ist. Die anderen in Fig. 13 dargestellten Steuerschritte sind identisch zu jenen in Fig. 5.
In der in Fig. 14 dargestellten Abwandlung ist der in Fig. 5 dargestellte Schritt S50 weggelassen, und der in Fig. 13 beschriebene Schritt S140 ist hinzugefügt. Deshalb wird bei der in Fig. 14 dargestellten Abwandlung der elektrische Heizer 40 eingeschaltet, wenn die Außenlufttemperatur TAM gleich oder niedriger als die zweite vorgegebene Lufttemperatur (z. B. -10°C) ist und der Ausgangsdruck Pd gleich oder niedriger als 1,5 kgf/cm² ist. Die übrigen in Fig. 14 dargestellten Steuerschritte sind identisch zu jenen in Fig. 5.
Bei der in Fig. 15 dargestellten Abwandlung sind anstelle der Schritte S50, S60 in Fig. 5 die Schritte S 140 und S 150 vorgesehen. Wenn die Außenlufttemperatur TAM in Schritt S140 gleich oder niedriger als die zweite vorgegebene Lufttemperatur (z. B. -10°C) ist, wird in Schritt S150 bestimmt, ob die durch den Verdampfapparattemperatursensor 27c erfasste Verdampfapparatlufttemperatur TE gleich oder niedriger als eine vorgegebene Temperatur (z. B. 10°C) ist oder nicht. Das heißt, in Schritt S150 wird bestimmt, ob die Strahlungsleistung des Verdampfapparats 18 niedrig ist oder nicht. Deshalb wird bei der in Fig. 15 dargestellten Abwandlung der elektrische Heizer 40 eingeschaltet, zumindest wenn die Außenlufttemperatur TAM gleich oder niedriger als -10°C ist und die Verdampfapparatlufttemperatur TE gleich oder niedriger als 10°C ist. Die übrigen in Fig. 15 dargestellten Steuerschritte sind identisch zu jenen in Fig. 5.
Bei der in Fig. 16 dargestellten Abwandlung ist der in Fig. 5 dargestellte Schritt S60 weggelassen. Wenn die Motorwassertemperatur TW gleich oder niedriger als 50°C ist, und wenn die Oberflächentemperatur TH des elektrischen Heizers 40 niedriger als die vorgegebene Heizertemperatur ist, wird der elektrische Heizer 40 eingeschaltet. Die übrigen in Fig. 16 dargestellten Steuerschritte sind identisch zu jenen in Fig. 5.
Bei der in Fig. 17 dargestellten Abwandlung sind anstelle der Schritte S50 und S60 in Fig. 5 die Schritte S 140 und S 160 vorgesehen. Bei der in Fig. 17 dargestellten Abwandlung wird, wenn die Außenlufttemperatur TAM gleich oder niedriger als -10°C ist, in Schritt S160 bestimmt, ob die durch den Innentemperatursensor 27e erfasste Innenlufttemperatur TR der Fahrgastzelle gleich oder niedriger als eine vorgegebene Temperatur (z. B. 15°C) ist oder nicht. Das heißt, in Schritt S160 wird bestimmt, ob die Innenlufttemperatur TR niedrig ist oder nicht, insbesondere ob die Heizfunktion in der Fahrgastzelle unzulänglich ist oder nicht. Bei der in Fig. 17 dargestellten Abwandlung wird der elektrische Heizer 40 eingeschaltet, wenn zumindest die Außenlufttemperatur TAM gleich oder niedriger als -10°C ist und die Innenlufttemperatur TR gleich oder niedriger als 15°C ist. Die übrigen in Fig. 17 dargestellten Steuerschritte sind identisch zu jenen in Fig. 5.
In dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Widerstand des elektrischen Heizers 40 kein selbst geregelter Widerstand, bei dem die Temperatur auf eine eingestellte Temperatur selbst geregelt wird. Deshalb wird die Oberflächentemperatur TH des elektrischen Heizers 40 durch den Temperatursensor 46 erfasst, und die Erregung für den elektrischen Heizer 40 wird basierend auf der erfassten Oberflächentemperatur TH unterbrochen, wodurch die Oberflächentemperatur TH auf eine vorgegebene Temperatur (z. B. 150°C) geregelt wird. Wenn jedoch der elektrische Heizer 40 durch einen elektrischen Heizer mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (Heizer mit positiven Temperaturkoeffizienten, d. h. PTC-Heizer) aufgebaut ist, ist der Temperatursensor 46 nicht erforderlich, weil sich der PTC-Heizer selbst regelt. Demgemäß ist Schritt S70 in Fig. 5 und in Fig. 13-17 nicht erforderlich. Hierbei hat der PTC-Heizer eine Widerstandstemperaturcharakteristik, bei welcher der Widerstandswert bei einer vorgegebenen Temperatur schnell ansteigt, wenn sich seine Temperatur erhöht.
Ferner kann der elektrische Heizer 40 an dem Speicher 19 zusätzlich zu seiner Außenseite an seiner Unterbodenseite vorgesehen sein, oder er kann nur an seiner Unterbodenseite vorgesehen sein. Das heißt, der elektrische Heizer 40 kann angeordnet sein, um die Außenseite und/oder die Unterbodenseite des Speichers 90 zu erwärmen, an einer Position, wo das flüssige Kühlmittel gespeichert ist. Ähnlich wie bei dem elektrischen Heizer 40 kann auch die Anordnungsposition des in Fig. 12 dargestellten Heißwasserrohres 52 an dem Speicher 19 verändert werden.
Derartige Veränderungen und Abwandlungen liegen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Klimagerät für ein Fahrzeug, mit
einem Kompressor (10) zum Komprimieren und Ausgeben eines Kühlmittels;
einem äußeren Wärmetauscher (14) zum Kühlen eines aus dem Kompressor ausgegebenen Kühlmittels in einem Kühlmodus;
einem Klimagehäuse (22), in dem Luft zu einer Fahrgastzelle strömt;
einem inneren Wärmetauscher (18) zum Kühlen von Luft durch Absorbieren von Wärme aus der Luft in dem Kühlmodus, wobei der innere Wärmetauscher in dem Klimagehäuse angeordnet ist, um die Luft in einem Heizmodus zu erwärmen, in dem das aus dem Kompressor ausgegebene Kühlmittel in den inneren Wärmetauscher durch einen Heißgas-Heizzyklus (H) eingeleitet wird, wobei es an dem äußeren Wärmetauscher vorbei strömt;
einem Schaltelement (21, 13), das angeordnet ist, um wahlweise zwischen dem Kühlmodus und dem Heizmodus zu schalten;
einem Speicher (19) zum Trennen des Kühlmittels in ein gasförmiges Kühlmittel und ein flüssiges Kühlmittel und zum Speichern des getrennten flüssigen Kühlmittels darin, wobei der Speicher zwischen einem Ausgang des inneren Wärmetauschers und einem Sauganschluss des Kompressors angeordnet ist,
wobei der Speicher eine Heizvorrichtung (40, 50) zum Heizen des in dem Speicher gespeicherten flüssigen Kühlmittels enthält.

2. Klimagerät nach Anspruch 1, ferner mit einem heizenden Wärmetauscher (18) zum Erwärmen von Luft unter Verwendung von heißem Wasser von einem Motor (12) des Fahrzeugs als Wärmequelle, wobei der heizende Wärmetauscher in dem Klimagehäuse in Strömungsrichtung der Luft nach dem inneren Wärmetauscher angeordnet ist, wobei der Kompressor durch den Motor angetrieben wird.

3. Klimagerät nach Anspruch 2, bei welchem die Heizvorrichtung ein Heißwasserrohr ist, in welches heißes Wasser von dem Motor zirkuliert wird.

4. Klimagerät nach Anspruch 3, bei welchem das Heißwasserrohr angeordnet ist, um eine Außenseite des Speichers an einer Position zu heizen, bei der das flüssige Kühlmittel gespeichert ist.

5. Klimagerät nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem
der Speicher einen Behälterkörper (19a) enthält, in dem das flüssige Kühlmittel gespeichert wird; und
die Heizvorrichtung vorgesehen ist, um eine Außenseite des Behälterkörpers an einer Position zu heizen, bei der das getrennte flüssige Kühlmittel gespeichert ist.

6. Klimagerät nach Anspruch 5, bei welchem die Heizvorrichtung vorgesehen ist, um die Außenseite des Behälterkörpers und eine Unterbodenseite des Behälterkörpers zu heizen.

7. Klimagerät nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem der Behälterkörper eine zylindrische Außenform aufweist.

8. Klimagerät nach einem der Ansprüche 1, 2 und 5-7, bei welchem die Heizvorrichtung ein elektrischer Heizer ist.

9. Klimagerät nach Anspruch 8, bei welchem
der elektrische Heizer einen Heizkörper (42) mit einer dünnen Plattenform und ein den Heizkörper überdeckendes Filmelement (43, 44) enthält; und
der Heizkörper ein elektrisches Widerstandsmaterial aufweist.

10. Klimagerät nach Anspruch 9, bei welchem der Speicher einen Behälterkörper enthält, in dem das getrennte flüssige Kühlmittel gespeichert wird;
der Behälterkörper eine zylindrische Außenform aufweist; und
der elektrische Heizer zylindrisch gebogen ist, um an der Außenseite des Behälterkörpers an einer unteren Position befestigt zu werden.

11. Klimagerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner mit
einer Druckerfassungsvorrichtung (27d) zum Erfassen eines Drucks des Kühlmittels an einer Hochdruckseite des Heißgas-Heizzyklus im Heizmodus; und
einer Heizsteuereinheit (26) zum Steuern eines Betriebszustandes des elektrischen Heizers basierend auf dem durch die Druckerfassungsvorriehtung erfassten Druck derart, dass der Druck des Kühlmittels an der Hochdruckseite höher als ein vorgegebener Druck wird.

12. Klimagerät nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Speicher einen Behälterkörper aufweist, in dem das getrennte flüssige Kühlmittel gespeichert wird, wobei das Klimagerät ferner aufweist:
eine Oberflächentemperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Außenflächentemperatur des Behälterkörpers,
wobei die Heizvorrichtung, wenn die durch die Oberflächentemperaturerfassungsvorrichtung erfasste Temperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, das flüssige Kühlmittel in den Behälterkörper des Speichers erwärmt.

13. Klimagerät nach Anspruch 2, ferner mit
einer Wassertemperaturerfassungsvorrichtung (27a) zum Erfassen einer Temperatur des von dem Motor zu dem heizenden Wärmetauscher strömenden Wassers,
wobei die Heizvorrichtung, wenn die durch den Wassertemperatursensor erfasste Temperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, das flüssige Kühlmittel in dem Speicher erwärmt.

14. Klimagerät nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit
einer Lufttemperaturerfassungsvorrichtung (27e, 27c) zum Erfassen einer direkt aus dem inneren Wärmetauscher geblasenen Lufttemperatur und/oder einer Lufttemperatur in der Fahrgastzelle im Heizmodus,
wobei die Heizvorrichtung, wenn die durch die Lufttemperaturerfassungsvorrichtung erfasste Lufttemperatur niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, das flüssige Kühlmittel in dem Speicher erwärmt.