DE112013001478T5

DE112013001478T5 - Kühlsystem

Info

Publication number: DE112013001478T5
Application number: DE112013001478.5T
Authority: DE
Inventors: c/o NIPPON SOKEN INC. Ohno Yuichi; c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI K Kawakami Yoshiaki; c/o NIPPON SOKEN INC. Uchida Kazuhide
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-12-04
Also published as: JP2013193499A; JP5531045B2; CN104169111A; WO2013136154A1; US20150027162A1

Abstract

Ein Drei-Wege-Ventil (41) schaltet zwischen einer Strömung eines Kältemittels von einem Wärmetauscher (14) zu einem Kühlabschnitt (30) über einen Gas-Flüssigkeit-Separator (80) und einer Strömung des Kältemittels von einem Wärmetauscher (15) zu dem Kühlabschnitt (30) über den Gas-Flüssigkeit-Separator (80) um. Eine Kältemittelleitung (23) stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscher (14) und dem Gas-Flüssigkeit-Separator (80) bereit. Eine Kältemittelleitung (24) stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscher (15) und dem Gas-Flüssigkeit-Separator (80) bereit. Ein Auswahlventil (36) schaltet zwischen der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt (30) zu dem Wärmetauscher (14) über eine Kältemittelleitung (34, 23a) und der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt (30) zu dem Wärmetauscher (15) über eine Kältemittelleitung (35, 24b) um.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem und genauer ein Kühlsystem, das eine Wärmeerzeugungsquelle durch Verwenden eines Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs kühlt.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Hinsichtlich eines vorhandenen Fahrzeugklimaanlagensystems beschreibt z. B. die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 5-96940 ( JP 5-96940 A ) ein Klimaanlagensystem, das einen internen Luftwärmetauscher hat, und das in der Lage ist, einen Heizbetriebsartbetrieb und einen Kühlbetriebsartbetrieb mit der Verwendung eines Vierwegeventils auszuführen.
In zurückliegenden Jahren erlangten Hybridfahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge und ähnliche, die mit einer Antriebskraft eines Motors fahren, als Maßnahme betreffend auf die Umwelt bezogene Angelegenheiten Aufmerksamkeit. In derartigen Fahrzeugen tauschen elektrische Vorrichtungen wie z. B. ein Motor, ein Generator, ein Wandler, ein Umwandler und eine Batterie elektrische Leistung aus, um Wärme zu erzeugen. Deswegen müssen diese elektrischen Vorrichtungen gekühlt werden. Dann ist eine Technologie zum Kühlen eines Wärmeerzeugers durch Verwenden eines Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs vorgeschlagen, der als Fahrzeugklimaanlagensystem verwendet wird.
Zum Beispiel beschreibt die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2005-90862 ( JP 2005-90862 A ) ein Kühlsystem, in dem ein Wärmeerzeugerkühlmittel zum Kühlen eines Wärmeerzeugers in einem Umgehungsdurchtritt bereitgestellt ist, das einen Entspanner, einen Verdampfer und einen Verdichter eines Klimaanlagenkühlkreislaufs umgeht. Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2007-69733 ( JP 2007-69733 A ) beschreibt ein System, in dem ein Wärmetauscher, der Wärme mit einer Klimaanlagenluft austauscht, und ein Wärmetauscher, der Wärme mit einem Wärmeerzeuger austauscht, in einer Kältemittelleitung parallel von einem Ausdehnungsventil zu einem Verdichter angeordnet sind, und dann wird der Wärmeerzeuger durch das Verwenden des Kältemittels für ein Klimaanlagensystem gekühlt.
Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2000-198347 ( JP 2000-198347 A ) beschreibt ein Wärmepumpenklimaanlagensystem, das eine Heizleistungsfähigkeit durch das Wiedergewinnen einer Abwärme von einem Motor mit der Verwendung des Kühlmittels und dann Übertragen der Wärme von dem Kühlmittel zu dem Kältemittel verbessert. Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 9-290622 ( JP 9-290622 A ) beschreibt eine Technik zum wirkungsvollen Verbessern einer Heizungsleistfähigkeit zu der Zeit einer niedrigen Außentemperatur, während ein Anstieg des elektrischen Leistungsverbrauchs durch das Wiedergewinnen von Abwärme von einem an einem Fahrzeug montierten Wärmeerzeugungsabschnitt und dann Verursachen, dass ein Kältemittel für eine Gaseinspritzung Wärme absorbiert, unterdrückt wird.
In dem in der JP 2005-90862 A beschriebenen Kühlsystem ist es erforderlich, den Verdichter zu betreiben, um das Kältemittel in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf zu zirkulieren, und zusätzlich ist es erforderlich, eine Pumpe konstant anzutreiben, um einen Wärmeerzeuger durch Zuführen von Kältemittel zu dem Wärmeerzeuger zu kühlen. Deswegen besteht ein Problem, dass sich ein Kraftstoffverbrauch und/oder ein Verbrauch elektrischer Leistung verschlechtern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Kühlsystem bereit, das in der Lage ist, eine Wärmeerzeugungsquelle mit niedriger Leistung sowohl während des Kühlens wie auch während des Heizens wirkungsvoll zu kühlen.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung stellt ein Kühlsystem bereit, das eine Wärmeerzeugungsquelle kühlt. Das Kühlsystem hat: einen Verdichter, der konfiguriert ist, ein Kältemittel zu verdichten; einen ersten Wärmetauscher und einen zweiten Wärmetauscher, die konfiguriert sind, zwischen dem Kältemittel und einer Umgebungsluft Wärme auszutauschen; einen ersten Entspanner (Entkomprimierer), der konfiguriert ist, das Kältemittel zu entspannen (entkomprimieren); einen dritten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Kältemittel und der Klimaanlagenluft auszutauschen; einen Speicher, der konfiguriert ist, das Kältemittel in einer flüssigen Phase zu speichern, das in dem ersten Wärmetauscher oder dem zweiten Wärmetauscher kondensiert wurde; und einen Kühlabschnitt, der konfiguriert ist, die Wärmeerzeugungsquelle unter Verwendung des Kältemittels in einer flüssigen Phase zu kühlen. Das Kühlsystem hat außerdem ein erstes Auswahlventil. Das erste Auswahlventil ist konfiguriert, zwischen der Strömung des Kältemittels von dem ersten Wärmetauscher zu dem Kühlabschnitt über den Speicher und der Strömung des Kältemittels von dem zweiten Wärmetauscher zu dem Kühlabschnitt über den Speicher umzuschalten. Das Kühlsystem hat außerdem: eine erste Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Speicher bereitstellt; eine zweite Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem Speicher bereitstellt; eine dritte Leitung, durch die das Kältemittel in einer flüssigen Phase von dem Speicher zu dem Kühlabschnitt strömt; ein erstes Strömungsregulierungsventil, das in der ersten Leitung bereitgestellt ist, und das konfiguriert ist, eine Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt strömenden Kältemittels anzupassen; und ein zweites Strömungsregulierungsventil, das in der zweiten Leitung bereitgestellt ist, und das konfiguriert ist, die Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt strömenden Kältemittels anzupassen. Das Kühlsystem hat außerdem: eine vierte Leitung; eine fünfte Leitung; und ein zweites Auswahlventil. Die vierte Leitung stellt eine Fluidverbindung zwischen einer Auslassseite des Kühlabschnitts und der ersten Leitung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem ersten Strömungsregulierungsventil bereit. Die fünfte Leitung stellt eine Fluidverbindung zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts und der zweiten Leitung zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem zweiten Strömungsregulierungsventil bereit. Das zweite Auswahlventil ist konfiguriert, zwischen der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt zu dem ersten Wärmetauscher über die vierte Leitung und der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt zu dem zweiten Wärmetauscher über die fünfte Leitung umzuschalten.
Das Kühlsystem kann haben: eine sechste Leitung; eine Verbindungsleitung; und ein Ein-Aus-Ventil. Die sechste Leitung bestimmt zusammen mit der ersten Leitung einen Pfad des Kältemittels, das in den Wärmetauscher hinein oder aus diesem herausströmt. Die Verbindungsleitung stellt eine Fluidverbindung zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts und der sechsten Leitung bereit. Das Ein-Aus-Ventil ist konfiguriert, die Verbindungsleitung zu öffnen oder zu schließen.
In dem Kühlsystem kann die Wärmeerzeugungsquelle unterhalb des ersten Wärmetauschers angeordnet sein.
In dem Kühlsystem kann der erste Wärmetauscher eine höhere Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit zum Freigeben von Wärme von dem Kältemittel als der zweite Wärmetauscher aufweisen.
Das Kühlsystem kann außerdem einen inneren Kondensator haben, der an einer stromabwärts liegenden Seite einer Strömung einer Klimaanlagenluft mit Bezug auf den dritten Wärmetauscher angeordnet ist, und der konfiguriert ist, Wärme von dem Kältemittel, das in dem Verdichter verdichtet wurde, zu dem Klimaanlagensystem zu übertragen, und dabei die Klimaanlagenluft zu heizen.
Das Kühlsystem kann außerdem einen zweiten Entspanner haben, der in einem Pfad des über das erste Auswahlventil von dem Verdichter zu dem zweiten Wärmetauscher strömenden Kältemittels bereitgestellt ist, und der konfiguriert ist, das Kältemittel zu entspannen; und eine Zweigleitung haben, die konfiguriert ist, einen Teil des in dem zweiten Entspanner entspannten Kältemittels abzuzweigen, und den Teil des Kältemittels zu dem dritten Wärmetauscher strömen zu lassen.
Mit dem voranstehend beschriebenen Kühlsystem ist es möglich, die Wärmeerzeugungsquelle sowohl während eines Kühlvorgangs wie auch während eines Heizvorgangs mit einer niedrigen Leistung wirkungsvoll zu kühlen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 eine schematische Ansicht ist, die die Konfiguration eines Kühlsystems gemäß einer Ausführungsform zeigt, die ein Beispiel der Erfindung ist;
2A und 2B Ansichten sind, die Einstellungen eines Verdichters und von Ventilen in jeder Betriebsart des Kühlsystems gemäß der Ausführungsform zeigen;
3 ein Mollier-Diagramm ist, das den Zustand des Kältemittels in einem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf in einer ersten Betriebsart des Kühlsystems gemäß der Ausführungsform zeigt;
4 eine schematische Ansicht ist, die den Betrieb des Kältesystems in einer zweiten Betriebsart des Kühlsystems der Ausführungsform zeigt;
5 ein Mollier-Diagramm ist, das den Zustand des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf in der zweiten Betriebsart zeigt;
6 eine schematische Ansicht ist, die den Betrieb des Kühlsystems in einer dritten Betriebsart des Kühlsystems gemäß der Ausführungsform zeigt;
7 ein Mollier-Diagramm ist, das den Zustand des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf in der dritten Betriebsart zeigt;
8 eine schematische Ansicht ist, die den Betrieb des Kühlsystems in einer vierten Betriebsart des Kühlsystems gemäß der Ausführungsform zeigt;
9 eine schematische Ansicht ist, die die Konfiguration eines Teils des in 8 gezeigten Kühlsystems zeigt;
10 ein Mollier-Diagramm ist, das den Zustand des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf in der vierten Betriebsart zeigt; und
11 eine schematische Ansicht ist, die den Betrieb des Kühlsystems in einer fünften Betriebsart des Kühlsystems gemäß der Ausführungsform zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, das gleiche Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende Abschnitte in den Zeichnungen bezeichnen, und dass deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
Konfiguration des Kühlsystems 1
1 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Kühlsystems 1 zeigt. Wie aus 1 ersichtlich ist, hat das Kühlsystem 1 einen Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10. Der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 ist z. B. an einem Fahrzeug montiert, um den Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen oder zu erwärmen. Das Kühlen unter Verwendung des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 wird z. B. durchgeführt, wenn ein Schalter zum Kühlen eingeschaltet wird, oder wenn eine automatische Steuerbetriebsart ausgewählt ist, in der die Temperatur in dem Innenraum des Fahrzeugs automatisch auf eine eingestellte Temperatur angepasst wird, und die Temperatur in dem Innenraum höher als die eingestellte Temperatur ist. Das Heizen unter Verwendung des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 wird z. B. durchgeführt, wenn ein Schalter zum Heizen eingeschaltet ist, oder wenn die automatische Steuerbetriebsart ausgewählt ist, und die Temperatur in dem Innenraum niedriger als die eingestellte Temperatur ist.
Der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 hat einen Verdichter 12, einen Wärmetauscher 14, der als ein erster Wärmetauscher dient, einen Wärmetauscher 15, der als ein zweiter Wärmetauscher dient, ein Expansionsventil 16, das ein Beispiel eines Entspanners ist, und einen Wärmetauscher 18, der als ein dritter Wärmetauscher dient, und einem Wärmetauscher 13, der als interner Kondensator dient.
Der Verdichter 12 wird durch einen Motor oder eine Maschine betätigt, die als eine Leistungsquelle für das Fahrzeug ausgestattet sind, und verdichtet ein Kältemittelgas adiabatisch, um ein überhitztes Kältemittelgas zu erhalten. Der Verdichter 12 bringt ein während des Betriebs des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 strömendes gasförmiges Kältemittel ein und verdichtet dieses, und gibt ein gasförmiges Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks ab. Der Verdichter 12 gibt ein Kältemittel zu der Kältemittelleitung 21 ab, um dabei das Kältemittel in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zu zirkulieren.
Jeder der Wärmetauscher 14 und 15 hat Rohre und Flossen. In den Rohren strömt das Kältemittel. Die Flossen werden verwendet, um Wärme zwischen dem durch die Rohre strömenden Kältemittel und der Luft um den Wärmetauscher 14 oder 15 herum auszutauschen. Die Wärmetauscher 14 und 15 tauschen Wärme zwischen dem Kältemittel und der Außenluft aus, und verursachen, dass überhitztes Kältemittelgas, das in dem Verdichter 12 verdichtet wurde, Wärme zu einem externen Medium mit einem konstanten Druck abgibt, und eine Kältemittelflüssigkeit wird. Geschuldet dem Wärmetausch zwischen der Kühlluft und dem Kältemittel in den Wärmetauschern 14 und 15, verringert sich die Temperatur des Kältemittels und das Kältemittel verflüssigt sich. Die Außenluft, die erzeugt wird, wenn das Fahrzeug fährt, kann durch natürliche Zufuhr zu den Wärmetauschern 14 und 15 zugeführt werden. Alternativ kann die Außenluft durch gezwungene Zufuhr von einem Kühlventilator (nicht gezeigt) wie z. B. einem Kondensatorventilator und einem die Maschine kühlenden Kühlventilator zu den Wärmetauschern 14 und 15 zugeführt werden.
Das Expansionsventil 16 verursacht, dass ein flüssiges Kältemittel hohen Drucks durch eine kleine Bohrung gesprüht wird, um in ein atomisiertes Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks entspannt zu werden. Das Expansionsventil 16 entspannt kondensiertes Kältemittel flüssig in Nassdampf in einem Gas-Flüssigkeit-Gemischzustand. Es ist anzumerken, dass ein Entspanner zum Entspannen der Kältemittelflüssigkeit nicht auf das Expansionsventil 16 begrenzt ist, das eine Drosselentspannung ausführt; anstelle davon kann der Entspanner ein Kapillarrohr sein.
Das Expansionsventil 16 kann ein thermisches Expansionsventil sein, dessen Ventilöffnungsgrad durch ein Gleichgewicht zwischen einem Druckunterschied zwischen einem Kältemittel an einem Auslass des Expansionsventils 16 und dem Kältemittel an einem Auslass des Wärmetauschers 18 und einer Federkraft bestimmt wird. Der Ventilöffnungsgrad des thermischen Expansionsventils wird derart gesteuert, dass ein Überhitzungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Wärmetauschers 18 konstant ist. Wenn z. B. ein Überhitzungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Wärmetauschers 18 hoch ist, erhöht sich der Druckunterschied in dem Kältemittel. In diesem Fall erhöht sich der Ventilöffnungsgrad, um die Strömungsrate des Kältemittels zu erhöhen. Dadurch ist es möglich, einen Überhitzungsgrad des Kältemittels zu reduzieren. Wenn ein Überhitzungsgrad des Kältemittels an dem Auslass des Wärmetauschers 18 niedrig ist, reduziert sich im Gegensatz dazu der Ventilöffnungsgrad, um die Strömungsrate des Kältemittels zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, einen Überhitzungsgrad des Kältemittels zu erhöhen. Das Expansionsventil 16 ist nicht auf ein thermisches Expansionsventil begrenzt. Ein elektrisches Expansionsventil kann als das Expansionsventil 16 eingesetzt sein.
Jeder der Wärmetauscher 13 und 18 hat Rohre und Flossen. In den Rohren strömt das Kältemittel. Die Flossen werden verwendet, um Wärme zwischen dem durch die Rohre strömende Kältemittel und der Luft um den Wärmetauscher 13 oder 18 herum auszutauschen. Die Wärmetauscher 13 und 18 tauschen Wärme zwischen dem Kältemittel und der Klimaanlagenluft aus, die durch die Rohrleitung 90 strömt. Die Temperatur der Klimaanlagenluft wird durch den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel, das in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 über die Wärmetauscher 13 und 18 zirkuliert, und der Klimaanlagenluft angepasst. Die Klimaanlagenluft kann Außenluft oder Luft in dem Innenraum des Fahrzeugs sein.
Der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 hat einen Akkumulator 85, der in einem Pfad des Kältemittels an der stromaufwärts des Kompressors 12 liegenden Seite bereitgestellt ist. Der Akkumulator 85 ist bereitgestellt, um den Zustand des in den Verdichter 12 eingebrachten Kältemittels konstant zu halten. Der Akkumulator 85 hat die Funktion, wenn das in den Akkumulator 85 einströmende Kältemittel sich in einen zweiphasigen Gas-Flüssigkeits-Zustand befindet, das Kältemittel in Gas und Flüssigkeit zu trennen, das flüssige Kältemittel in dem Akkumulator 85 zu speichern, und das gasförmige Kältemittel in einem Sattdampfzustand zu dem Verdichter 12 zurückzuführen. Der Akkumulator 85 bringt nur gasförmigen Kältemitteldampf in den Verdichter 12 ein, und dient um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel in den Verdichter 12 strömt.
Der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 hat außerdem Kältemittelleitungen 21 bis 29. Die Kältemittelleitung 21 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Verdichter 12 und dem Wärmetauscher 13 bereit. Das Kältemittel strömt von dem Verdichter 12 zwischen dem Verdichter 12 und dem Wärmetauscher 13 über die Kältemittelleitung 21 zu dem Wärmetauscher 13. Die Kältemittelleitung 22 stellt eine Fluidverbindung zwischen einem Wärmetauscher 13 und dem Wärmetauscher 14 bereit. Das Kältemittel strömt von dem Wärmetauscher 13 zwischen dem Wärmetauscher 13 und dem Wärmetauscher 14 über die Kältemittelleitung 22 zu dem Wärmetauscher 14. Die Kältemittelleitungen 23 und 24 stellen eine Fluidverbindung zwischen einem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 bereit. Das Kältemittel strömt von einem aus dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 über die Kältemittelleitungen 23 und 24 zu dem anderen.
Die Kältemittelleitung 25 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscher 15 und dem Expansionsventil 16 bereit. Das Kältemittel strömt von dem Wärmetauscher 15 zwischen dem Wärmetauscher 15 und dem Expansionsventil 16 über die Kältemittelleitung 25 zu dem Expansionsventil 16. Ein Ein-Aus-Ventil 44, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 25 zu öffnen oder zu schließen, ist in der Kältemittelleitung 25 bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 44 schaltet zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei zwischen einer Fluidverbindung und einer Unterbrechung der Kältemittelleitung 25 umzuschalten. Dadurch gestattet das Ein-Aus-Ventil 44 die Strömung des Kältemittels durch die Kältemittelleitung 25, oder es verbietet diese.
Die Kältemittelleitung 26 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Expansionsventil 16 und dem Wärmetauscher 18 bereit. Das Kältemittel strömt von dem Expansionsventil 16 zwischen dem Expansionsventil 16 und dem Wärmetauscher 18 über die Kältemittelleitung 26 zu dem Wärmetauscher 18. Die Kältemittelleitung 27 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscher 18 und dem Expansionsventil 16 bereit. Das Kältemittel strömt von dem Wärmetauscher 18 zwischen dem Wärmetauscher 18 und dem Expansionsventil 16 über die Kältemittelleitung 27 zu dem Expansionsventil 16.
Die Kältemittelleitung 28 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Expansionsventil 16 und dem Akkumulator 85 bereit. Kältemittel strömt von dem Expansionsventil 16 zwischen dem Expansionsventil 16 und dem Akkumulator 85 über die Kältemittelleitung 28 zu dem Akkumulator 85. Die Kältemittelleitung 29 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Akkumulator 85 und dem Verdichter 12 bereit. Kältemittel strömt von dem Akkumulator 85 zwischen dem Wärmetauscher 18 und dem Verdichter 12 über die Kältemittelleitung 29 zu dem Verdichter 12.
Der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 ist derart ausgebildet, dass der Verdichter 12, die Wärmetauscher 13, 14, 15, das Expansionsventil 16 und der Wärmetauscher 18 durch die Kältemittelleitungen 21 bis 29 gekoppelt sind. Es ist anzumerken, dass das in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 verwendete Kältemittel z. B. Kohlendioxid, Kohlenwasserstoff wie z. B. Propan und Isopropan, Stickstoff, Chlor, Fluorkohlenwasserstoffe, Wasser oder Ähnliches sein kann.
Der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 hat außerdem einen Gas-Flüssigkeit-Separator 80. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 ist in einem Pfad des Kältemittels zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 angeordnet. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 trennt ein in den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 strömendes Kältemittel in ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel. Kältemittelflüssigkeit, die ein flüssiges Kältemittel ist, und Kältemitteldampf, der ein gasförmiges Kältemittel ist, sind innerhalb des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 gespeichert. Die Kältemittelleitungen 23 und 24 und eine (später beschriebene) Kältemittelleitung 33 sind mit dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 gekoppelt.
In dem Wärmetauscher 14 kondensiertes Kältemittel befindet sich in einem zweiphasigen Nassdampfgas-Flüssigkeitszustand, und enthält vermischt gesättigte Flüssigkeit und gesättigten Dampf. Von dem Wärmetauscher 14 ausströmendes Kältemittel wird durch die Kältemittelleitung 23 zu dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zugeführt. Von der Kältemittelleitung 23 in den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 strömendes Kältemittel wird innerhalb des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 in Gas und Flüssigkeit getrennt. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 trennt Kältemittel in Kältemittelflüssigkeit in flüssigem Zustand und gasförmigen Kältemitteldampf und speichert diese vorübergehend. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 weist die Funktion eines Speichers auf, der innerhalb vorübergehend Kältemittelflüssigkeit, die ein flüssiges Kältemittel ist, speichert. Somit wird der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 ebenfalls als der Speicher 80 bezeichnet.
Der Pfad des Kältemittels, das zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 strömt, hat die Kältemittelleitung 23 und die Kältemittelleitung 24. Die Kältemittelleitung 23 dient als eine erste Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 bereitstellt. Die Kältemittelleitung 24 dient als eine zweite Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und dem Wärmetauscher 15 bereitstellt. Ein Strömungsregulierungsventil 42, das als ein erstes Strömungsregulierungsventil dient, ist in der Kältemittelleitung 23 bereitgestellt. Die Kältemittelleitung 23 hat eine Kältemittelleitung 23a und eine Kältemittelleitung 23b. Die Kältemittelleitung 23a stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Strömungsregulierungsventil 42 bereit. Die Kältemittelleitung 23b stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Strömungsregulierungsventil 42 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 bereit. Ein Strömungsregulierungsventil 43, das als ein zweites Strömungsregulierungsventil dient, ist in der Kältemittelleitung 24 bereitgestellt. Die Kältemittelleitung 24 hat eine Kältemittelleitung 24a und eine Kältemittelleitung 24b. Die Kältemittelleitung 24a stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und dem Strömungsregulierungsventil 43 bereit. Die Kältemittelleitung 24b stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Strömungsregulierungsventil 43 und dem Wärmetauscher 15 bereit.
Der Pfad des zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 strömenden Kältemittels hat außerdem die Kältemittelleitung 33, die als eine dritte Leitung dient, eine Kältemittelleitung 34, die als eine vierte Leitung dient, und eine Kältemittelleitung 35, die als eine fünfte Leitung dient. Die Kältemittelleitung 33 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und der Einlassseite eines Kühlabschnitts 30 bereit. Die Kältemittelleitung 34 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts 30 und der Kältemittelleitung 23a bereit. Die Kältemittelleitung 35 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts 30 und der Kältemittelleitung 24b bereit. Der Kühlabschnitt 30 ist in dem Pfad des Kältemittels bereitgestellt, das zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 strömt. Flüssiges Kältemittel strömt von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 über die Kältemittelleitung 33 zu dem Kühlabschnitt 30. Durch den Kühlabschnitt 30 durchtretendes Kältemittel kehrt über die Kältemittelleitung 35 zu der Kältemittelleitung 24b zurück, oder kehrt über die Kältemittelleitung 34 zu der Kältemittelleitung 23a zurück.
Kältemittelflüssigkeit, die durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wurde, strömt über die Kältemittelleitung 33 nach außen zu dem Äußeren des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 aus. Der Endabschnitt der Kältemittelleitung 33 ist mit einem Kältemittelflüssigkeitsspeicherabschnitt verbunden, in dem ein flüssiges Kältemittel innerhalb des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 gespeichert ist, und bildet einen Auslassanschluss, durch den das flüssige Kältemittel aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 ausströmt. Durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennter Kältemitteldampf strömt über die Kältemittelleitung 23 oder die Kältemittelleitung 24 zu dem Äußeren des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 aus. Die Endabschnitte der Kältemittelleitungen 23 und 24 sind mit einem Kältemitteldampfspeicherabschnitt verbunden, in dem gasförmiges Kältemittel in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 gespeichert ist. Einer der Endabschnitte bildet einen Einlassanschluss, durch den das Kältemittel in den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 einströmt, und der andere der Endabschnitte bildet einen Auslassanschluss, durch den das gasförmige Kältemittel aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 ausströmt. Die Kältemittelleitungen 23 und 24 bilden Leitungen, durch die ein in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrenntes gasförmiges Kältemittel von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 ausströmt.
Innerhalb des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 sammelt sich die Kältemittelflüssigkeit an der niedrigeren Seite an, und der Kältemitteldampf sammelt sich an der oberen Seite an. Die Endabschnitte der Kältemittelleitungen 23 und 24 sind mit dem Deckenabschnitt des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 gekoppelt. Der Endabschnitt der Kältemittelleitung 33 ist mit dem Bodenabschnitt des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 gekoppelt. Kältemittel in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand wird über eine der Kältemittelleitungen 23 und 24 zu dem Inneren des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 zugeführt, und lediglich Kältemitteldampf wird von der Deckenseite des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 über die andere der Kältemittelleitungen 23 und 24 zu dem Äußeren des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 geliefert, und lediglich Kältemittelflüssigkeit wird von der Bodenseite des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 über die Kältemittelleitung 33 zu dem Äußeren des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 geliefert. Dadurch ist der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 in der Lage, das gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel zuverlässig voneinander zu trennen.
Das Kühlsystem 1 hat zwei Kältemittelpfade, die parallel zwischen den Wärmetauschern 14 und 15 verbunden sind. Noch genauer hat das Kühlsystem 1 zwei Kältemittelpfade, die parallel zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 verbunden sind, und zwei Kältemittelpfade, die parallel zwischen dem Wärmetauscher 15 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 verbunden sind.
Der Kühlabschnitt 30 ist in einem der Mehrzahl der Kältemittelpfade bereitgestellt, die parallel zwischen dem Wärmetaucher 14 und dem Wärmetauscher 15 verbunden sind. Der Kühlabschnitt 30 hat eine elektrische Fahrzeug-(EV-)Vorrichtung 31 und eine Kühlleitung 32. Die EV-Vorrichtung 31 ist eine an dem Fahrzeug montierte elektrische Vorrichtung. Die Kühlleitung 32 ist eine Leitung, durch die das Kältemittel strömt. Die EV-Vorrichtung 31 ist ein Beispiel einer Wärmeerzeugungsquelle. Der einlassseitige Endabschnitt der Kühlleitung 32 ist mit der Kältemittelleitung 33 verbunden. Der auslassseitige Endabschnitt der Kühlleitung 32 befindet sich in Fluidverbindung mit den Kältemittelleitungen 34 und 35.
Die Kältemittelleitung 23 bestimmt einen der Kältemittelpfade, die parallel zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 verbunden sind. Die Kältemittelleitung 33, die zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und dem Kühlabschnitt 30 eine Fluidverbindung bereitstellt, die Kühlleitung 32, die in dem Kühlabschnitt 30 vorhanden ist, und die Kältemittelleitung 34, die eine Fluidverbindung zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts 30 und der Kältemittelleitung 23a bereitstellt, bestimmen den anderen der Kältemittelpfade, die parallel zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 verbunden sind. Die Kältemittelleitung 33 ist ein Kältemittelpfad an der stromaufwärts liegenden Seite des Kühlabschnitts 30, und Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 33 in den Kühlabschnitt 30. Die Kältemittelleitung 33 ist eine Leitung, durch die flüssiges Kältemittel von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Kühlabschnitt 30 strömt. Die Kältemittelleitung 34 ist ein Kältemittelpfad an der stromabwärts liegenden Seite des Kühlabschnitts 30, und Kältemittel strömt aus dem Kühlabschnitt 30 aus und strömt in die Kältemittelleitung 34 ein. Die Kältemittelleitung 34 ist eine Leitung, durch die das Kältemittel von dem Kühlabschnitt 30 zu der Kältemittelleitung 23 zurückgeführt wird.
Die Kältemittelleitung 24 bestimmt einen der Kältemittelpfade, die parallel zwischen dem Wärmetauscher 15 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 verbunden sind. Die Kältemittelleitung 33, die eine Fluidverbindung zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und dem Kühlabschnitt 30 bereitstellt, die Kühlleitung 32, die in dem Kühlabschnitt 30 und die Kältemittelleitung 35 vorhanden ist, die eine Fluidverbindung zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts 30 und der Kältemittelleitung 24b bereitstellt, bestimmen den anderen der Kältemittelpfade, die parallel zwischen dem Wärmetauscher 15 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 verbunden sind. Die Kältemittelleitung 35 ist ein Kältemittelpfad an der stromabwärts liegenden Seite des Kühlabschnitts 30, und Kältemittel strömt aus dem Kühlabschnitt 30 aus und strömt in die Kältemittelleitung 35 ein. Die Kältemittelleitung 35 ist eine Leitung, durch die das Kältemittel von dem Kühlabschnitt 30 zu der Kältemittelleitung 24 zurückgeführt wird.
Aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 ausströmende Kältemittelflüssigkeit strömt über die Kältemittelleitung 33 zu dem Kühlabschnitt 30. Zu dem Kühlabschnitt 30 strömendes Kältemittel, das auch über die Kühlleitung 32 strömt, nimmt Wärme von der als Wärmeerzeugungsquelle dienenden EV-Vorrichtung 31 auf, um die EV-Vorrichtung 31 gemäß einem Temperaturunterschied zwischen der als Wärmeerzeugungsquelle dienenden EV-Vorrichtung 31 und dem Kältemittel zu kühlen. Der Kühlabschnitt 30 verwendet Kältemittel in einem gesättigten flüssigen Zustand, das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wurde, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Durch die Kühlleitung 32 strömendes Kältemittel tauscht Wärme mit der EV-Vorrichtung 31 in dem Kühlabschnitt 30 aus, um die EV-Vorrichtung 31 abzukühlen, und das Kältemittel wird erwärmt.
Kältemittelflüssigkeit in einem gesättigten flüssigen Zustand ist innerhalb des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 gespeichert. Der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 funktioniert als ein Speicher, der innerhalb vorübergehend Kältemittelflüssigkeit speichert, die ein flüssiges Kältemittel ist. Wenn die Kältemittelflüssigkeit in einer vorbestimmten Menge in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 gespeichert ist, kann die Strömungsrate des von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Kühlabschnitt 30 strömenden Kältemittels zu der Zeit von Lastschwankungen beibehalten werden. Da der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 die Funktion aufweist, Flüssigkeit zu speichern, als Puffer gegen Lastschwankungen dient, und in der Lage ist, Lastschwankungen aufzunehmen, kann die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 stabilisiert werden.
Der Kühlabschnitt 30 ist konfiguriert, damit er in der Lage ist, Wärme zwischen der EV-Vorrichtung 31 und dem Kältemittel in der Kühlleitung 32 auszutauschen. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Kühlabschnitt 30 z. B. die Kühlleitung 32 auf, die derart ausgebildet ist, dass der äußere Rand der Kühlleitung 32 mit dem Gehäuse der EV-Vorrichtung 31 in direkter Berührung ist. Die Kühlleitung 32 weist einen Abschnitt angrenzend an das Gehäuse der EV-Vorrichtung 31 auf. An diesem Abschnitt kann Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch die Kühlleitung 32 strömt, und der EV-Vorrichtung 31 ausgetauscht werden.
Die EV-Vorrichtung 31 ist direkt mit dem äußeren Rand der Kühlleitung 32 verbunden, die einen Teil des Kältemittelpfades zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 ausbildet, und wird gekühlt. Das Kältemittel und die EV-Vorrichtung 31 können Wärme direkt miteinander austauschen, oder das Kältemittel und ein Nebenmedium, wie z. B. ein durch die EV-Vorrichtung 31 strömendes Wasser oder Öl, können miteinander Wärme austauschen. Die EV-Vorrichtung 31 ist an der Außenseite der Kühlleitung 32 angeordnet, damit die EV-Vorrichtung 31 nicht mit der Strömung des Kältemittels zusammenstößt, die innerhalb der Kühlleitung 32 strömt. Deswegen steigt der Druckverlust des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 nicht an, so dass die EV-Vorrichtung 31 ohne Erhöhung der Leistung des Verdichters 12 gekühlt werden kann.
Alternativ kann der Kühlabschnitt 30 eine ausgewählte bekannte Wärmeübertragungsvorrichtung haben, die zwischen der EV-Vorrichtung 31 und der Kühlleitung 32 eingefügt ist. In diesem Fall ist die EV-Vorrichtung 31 über die Wärmeübertragungsvorrichtung mit dem äußeren Rand der Kühlleitung 32 verbunden, und die Wärme wird über die Wärmeübertragungsvorrichtung von der EV-Vorrichtung 31 zu der Kühlleitung 32 übertragen, um dabei die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Zum Beispiel kann ein Wick-Heizrohr als Wärmeübertragungsvorrichtung verwendet werden. Die EV-Vorrichtung 31 dient als Wärmeabschnitt zum Wärmen des Heizrohrs, und die Kühlleitung 32 dient als Kühlabschnitt zum Kühlen des Heizrohrs, um dabei die Wärmeübertragungsleistungsfähigkeit zwischen der Kühlleitung 32 und der EV-Vorrichtung 31 zu erhöhen, und so ist es möglich, die Kühlleistungsfähigkeit der EV-Vorrichtung 31 zu verbessern.
Die Wärmeübertragungsvorrichtung ist in der Lage, Wärme von der EV-Vorrichtung 31 zu der Kühlleitung 32 zuverlässig zu übertragen, so dass ein Abstand zwischen der EV-Vorrichtung 31 und der Kühlleitung 32 entstehen kann, und eine komplexe Anordnung der Kühlleitung 32 ist nicht erforderlich, um die Kühlleitung 32 mit der EV-Vorrichtung 31 in Berührung zu bringen. Als Ergebnis ist die Anordnung der EV-Vorrichtung 31 nicht beschränkt, und es ist möglich, die Flexibilität der Anordnung der EV-Vorrichtung 31 zu verbessern.
Die EV-Vorrichtung 31 hat eine elektrische Vorrichtung, die elektrische Leistung austauscht, um Wärme zu erzeugen. Die elektrische Vorrichtung hat zumindest eines aus z. B. einem Wandler, der verwendet wird, um Gleichstromleistung zu Wechselstromleistung umzuwandeln, einen Motor-Generator, der eine drehende elektrische Maschine ist, eine Batterie, die eine elektrische Speichervorrichtung ist, einen Stufenwandler, der verwendet wird, um die Spannung der Batterie stufenweise zu erhöhen, und einen DC/DC-Wandler, der verwendet wird, um die Spannung der Batterie stufenweise zu verringern. Die Batterie ist eine Nebenbatterie wie z. B. eine Lithium-Ionenbatterie und eine Nickel-Metallhydridbatterie. Ein Kondensator kann anstelle der Batterie verwendet werden.
Ein Ein-Aus-Ventil 37, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 34 zu öffnen oder zu schließen, ist in der Kältemittelleitung 34 bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 37 schaltet zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei zwischen der Fluidverbindung und der Unterbrechung der Kältemittelleitung 34 umzuschalten. Dadurch gestattet das Ein-Aus-Ventil 37 die Strömung des Kältemittels durch die Kältemittelleitung 34, oder es verhindert diese. Das Ein-Aus-Ventil 37 ist in der Kältemittelleitung 34 bereitgestellt, die der Pfad des Kältemittels ist, das aus dem Kühlabschnitt 30 ausströmt, und weist die Funktion eines ersten Ein-Aus-Ventils auf, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 34 zu öffnen oder zu schließen.
Ein Ein-Aus-Ventil 38, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 35 zu öffnen oder zu schließen, ist in der Kältemittelleitung 35 bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 38 schaltet zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei zwischen der Fluidverbindung und der Unterbrechung der Kältemittelleitung 35 umzuschalten. Dadurch gestattet das Ein-Aus-Ventil 38 die Strömung des Kältemittels durch die Kältemittelleitung 35, oder es verhindert diese. Das Ein-Aus-Ventil 38 ist in der Kältemittelleitung 35 bereitgestellt, die der Pfad des aus dem Kühlabschnitt 30 strömenden Kältemittels ist, und weist die Funktion eines zweiten Ein-Aus-Ventils auf, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 35 zu öffnen oder zu schließen.
Das Ein-Aus-Ventil 37 und das Ein-Aus-Ventil 38 bestimmen ein Auswahlventil 36, das als zweites Auswahlventil dient. Das Auswahlventil 36 schaltet zwischen der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt 30 zu dem Wärmetauscher 14 über die Kältemittelleitung 34 und der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt 30 zu dem Wärmetauscher 15 über die Kältemittelleitung 35 um. Die Konfiguration ist nicht auf das Beispiel beschränkt, in dem das Auswahlventil 36 aus den zwei Ein-Aus-Ventilen 37 und 38 ausgebildet ist. Zum Beispiel kann ein Drei-Wege-Ventil bereitgestellt sein, das mit einem Zweigpunkt zwischen den Kältemittelleitungen 34 und 35 verbunden ist, und dann schaltet das Drei-Wege-Ventil zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei als das Auswahlventil 36 zu funktionieren.
Das Strömungsregulierungsventil 42 ist in der Kältemittelleitung 23 bereitgestellt, die zwischen den Kältemittelpfaden, die parallel zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 verbunden sind, einen der Kältemittelpfade bildet, der nicht durch den Kühlabschnitt 30 durchführt. Das Strömungsregulierungsventil 42 ändert seinen Ventilöffnungsgrad, um den Druckverlust des Kältemittels zu erhöhen oder zu reduzieren, das durch das Strömungsregulierungsventil 42 strömt. Dadurch passt das Strömungsregulierungsventil 42 ausgewählt die Strömungsrate des Kältemittels an, das direkt zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und dem Wärmetauscher 14 strömt, ohne durch den Kühlabschnitt 30 zu treten, und die Strömungsrate des Kältemittels, das über das Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 strömt, einschließlich der Kühlleitung 32.
Wenn der Ventilöffnungsgrad des Strömungsregulierungsventils 42 erhöht wird, steigt die Strömungsrate des über die Kältemittelleitung 23 direkt zu dem Wärmetauscher 14 strömenden Kältemittels an, und die Strömungsrate des Kältemittels, das über die Kältemittelleitung 33 zu der Kühlleitung 32 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, reduziert sich innerhalb des Kältemittels, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Wärmetauscher 14 strömt. Wenn der Ventilöffnungsgrad des Strömungsregulierungsventils 42 reduziert ist, reduziert sich die Strömungsrate des Kältemittels, das über die Kältemittelleitung 23 direkt zu dem Wärmetauscher 14 strömt, und die Strömungsrate des Kältemittels, das zu der Kühlleitung 32 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, erhöht sich innerhalb des Kältemittels, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Wärmetauscher 14 strömt.
Das Strömungsregulierungsventil 43 ist in der Kältemittelleitung 24 bereitgestellt, die einen der Kältemittelpfade ausbildet, der unter den parallel zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und dem Wärmetauscher 15 verbundenen Kältemittelpfaden nicht durch den Kühlabschnitt 30 durchführt. Das Strömungsregulierungsventil 43 ändert seinen Ventilöffnungsgrad, um den Druckverlust des durch das Strömungsregulierungsventil 43 strömenden Kältemittels zu erhöhen oder zu reduzieren. Dadurch passt das Strömungsregulierungsventil 43 ausgewählt die Strömungsrate des Kältemittels an, das direkt zwischen dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und dem Wärmetauscher 15 strömt, ohne durch den Kühlabschnitt 30 durchzutreten, und die Strömungsrate des Kältemittels, das über das Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 strömt, einschließlich der Kühlleitung 32.
Wenn der Ventilöffnungsgrad des Strömungsregulierungsventils 43 erhöht wird, erhöht sich die Strömungsrate des Kältemittels, das über die Kältemittelleitung 24 direkt zu dem Wärmetauscher 15 strömt, und die Strömungsrate des Kältemittels, das über die Kältemittelleitung 33 zu der Kühlleitung 32 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, reduziert sich innerhalb des Kältemittels, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Wärmetauscher 15 strömt. Wenn der Ventilöffnungsgrad des Strömungsregulierungsventils 43 reduziert wird, reduziert sich die Strömungsrate des Kältemittels, das über die Kältemittelleitung 24 direkt zu dem Wärmetauscher 15 strömt, und die Strömungsrate des Kältemittels, das zu der Kühlleitung 32 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, erhöht sich mit dem Kältemittel, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Wärmetauscher 15 strömt.
Da die Ventilöffnungsgrade der Strömungsregulierungsventile 42 und 43 erhöht werden, reduziert sich die Strömungsrate des Kältemittels, das die EV-Vorrichtung 31 kühlt, und so verringert sich die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31. Da sich die Ventilöffnungsgrade der Strömungsregulierungsventile 42 und 43 reduzieren, steigt die Strömungsrate des Kältemittels, das die EV-Vorrichtung 31 kühlt, und so verbessert sich die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31. Die Strömungsregulierungsventile 42 und 43 werden verwendet, um es möglich zu machen, die Menge des zu der EV-Vorrichtung 31 strömenden Kältemittels optimal anzupassen, und so ist es möglich, die Temperatur der EV-Vorrichtung 31 geeignet zu steuern, und deswegen ist es möglich, zuverlässig eine übermäßige Erwärmung und übermäßige Kühlung der EV-Vorrichtung 31 zu verhindern. Zusätzlich ist es möglich, einen Druckverlust, der mit der Strömung des Kältemittels in dem Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 zusammenhängt, und den Leistungsverbrauch des Verdichters 12 für den Kältemittelkreislauf zuverlässig zu reduzieren.
Die Wärmetauscher 13 und 18 sind innerhalb der Rohrleitung 90 angeordnet, durch die die Klimaanlagenluft strömt. Die Rohrleitung 90 weist einen Rohrleistungseinlass 91 und einen Rohrleitungsauslass 92 auf. Der Rohrleitungseinlass 91 ist ein Einlass, durch den die Klimaanlagenluft in die Rohrleitung 90 strömt. Der Rohrleitungsauslass 92 ist ein Auslass, durch den die Klimaanlagenluft aus der Rohrleitung 90 herausströmt. Ein Ventilator 93 ist nahe dem Rohrleitungseinlass 91 innerhalb der Rohrleitung 90 angeordnet.
Durch das Antreiben des Ventilators 93 wird innerhalb der Rohrleitung 90 eine Luftströmung erzeugt. Wenn der Ventilator 93 arbeitet, strömt Klimaanlagenluft über den Rohrleitungseinlass 91 in die Rohrleitung 90. Der Wärmetauscher 18 ist an der stromaufwärts liegenden Seite der Strömung der Klimaanlagenluft innerhalb der Rohrleitung 90 angeordnet, und der Wärmetauscher 13 ist an der stromabwärts liegenden Seite der Strömung der Klimaanlagenluft innerhalb der Rohrleitung 90 angeordnet. In die Rohrleitung 90 strömende Luft kann Außenluft sein, oder kann Luft in dem Insassenraum des Fahrzeugs sein. Der Pfeil 97 in 1 bezeichnet die Strömung der Klimaanlagenluft, die über den Wärmetauscher 18 strömt. Der Pfeil 98 steigt die Strömung der Klimaanlagenluft an, die aus der Rohrleitung 90 über den Rohrleitungsauslass 92 herausströmt.
Eine Trennwand 94 ist innerhalb der Rohrleitung 90 angeordnet. Die Trennwand 94 teilt den Innenraum der Rohrleitung 90 in zwei Räume. Die Trennwand 94 erstreckt sich in eine Richtung, in der die Luft innerhalb der Rohrleitung 90 strömt, und trennt die Strömung der Klimaanlagenluft, die innerhalb der Rohrleitung 90 strömt, in zwei Strömungen. Der Wärmetauscher 18 ist mit Bezug auf die Trennwand 94 an der stromaufwärts liegenden Seite der Strömung der Klimaanlagenluft angeordnet. Der Wärmetauscher 13 ist in einem der zwei Räume angeordnet, der durch die Trennwand 94 unterteilt ist.
Ein Dämpfer 96 ist an der stromaufwärts liegenden Seite der Trennwand 94 bereitgestellt. Der Dämpfer 96 weist die Funktion einer Strömungsregulierungseinheit auf, die die Strömungsrate der Klimaanlagenluft anpasst, die zu jedem der zwei Räume strömt, die durch die Trennwand 94 unterteilt sind. Ein Stellglied 95, das den Dämpfer 96 antreibt, ist an dem Endabschnitt an der stromaufwärts liegenden Seite der Trennwand 94 bereitgestellt. Der Dämpfer 96 ist durch das Stellglied 95 an seinem einen Ende gestützt, und ist in beide Richtungen um eine Achse drehbar, die mit dem einen Ende zusammenfällt. In Erwiderung auf die Anordnung des Dämpfers 96 werden der Fall, in dem die Klimaanlagenluft über den Wärmetauscher 13 strömt, und der Fall, in dem die Klimaanlagenluft strömt, während sie den Wärmetauscher 13 umgeht, umgeschaltet, und die Temperatur der Klimaanlagenluft in dem Rohrleitungsauslass 92 wird angepasst.
In der Anordnung des Dämpfers 96, die in 1 gezeigt ist, blockiert der Dämpfer 96 die Strömung der Klimaanlagenluft, die zu dem Wärmetauscher 13 strömt. Deswegen strömt die Klimaanlagenluft innerhalb der Rohrleitung 90, ohne durch den Wärmetauscher 13 durchzutreten. In diesem Fall wird verhindert, dass die Klimaanlagenluft durch den Wärmetauscher 13 aufgewärmt wird, und die Klimaanlagenluft wird bei einer niedrigeren Temperatur gehalten. Andererseits führt in der Anordnung des Dämpfers 96, die in 4 ersichtlich ist (später beschrieben), der Dämpfer 96 die Strömung der Klimaanlagenluft zu dem Wärmetauscher 13. In diesem Fall wird die Wärme von dem adiabatisch in dem Verdichter 12 verdichteten Kältemittel zu der Klimaanlagenluft in dem Wärmetauscher 13 übertragen, und die Klimaanlagenluft wird erwärmt.
Die Strömungsregulierungseinheit zum Anpassen der Strömungsrate der Klimaanlagenluft, die durch den Wärmetauscher 13 strömt, ist nicht auf den Dämpfer 96 begrenzt. Zum Beispiel ist es anwendbar, dass eine Rollschirmströmungsregulierungseinheit innerhalb der Rohrleitung 90 installiert ist, und dann die Strömung der Klimaanlagenluft durch das Ändern der Aufnahmemenge des Schirms gesteuert wird.
Das Kühlsystem 1 hat außerdem ein Drei-Wege-Ventil 41, das als erstes Auswahlventil dient. Die Kältemittelleitung 22, die zwischen dem Wärmetauscher 13 und dem Wärmetauscher 14 eine Fluidverbindung bereitstellt, hat eine Kältemittelleitung 22a und eine Kältemittelleitung 22b. Die Kältemittelleitung 22a stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Wärmetauscher 13 und dem Drei-Wege-Ventil 41 bereit. Die Kältemittelleitung 22b stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Drei-Wege-Ventil 41 und dem Wärmetauscher 14 bereit. Das Kühlsystem hat außerdem eine Kältemittelleitung 71, ein Expansionsventil 76 und Kältemittelleitungen 72, 73 und 74. Die Kältemittelleitung 71 ist mit dem Drei-Wege-Ventil 41 gekoppelt. Das Expansionsventil 76 entspannt Kältemittel, das durch die Kältemittelleitung 71 strömt. Ein durch das Expansionsventil 76 in der Drossel entspanntes Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitungen 72, 73 und 74.
Das Drei-Wege-Ventil 41, das drei Leitungsverbindungsanschlüsse aufweist, ist mit der Kältemittelleitung 22a, der Kältemittelleitung 22b und der Kältemittelleitung 71 gekoppelt. Die Kältemittelleitung 22a ist mit dem ersten Leitungsverbindungsanschluss des Drei-Wege-Ventils 41 verbunden. Die Kältemittelleitung 22b ist mit dem zweiten Leitungsverbindungsanschluss des Drei-Wege-Ventils 41 verbunden. Die Kältemittelleitung 71 ist mit dem dritten Leitungsverbindungsanschluss des Drei-Wege-Ventils 41 verbunden.
Die Kältemittelleitungen 73 und 74 sind Kältemittelpfade, die von der Kältemittelleitung 72 abzweigen. Die Kältemittelleitung 73, die als erste Zweigleitung dient, stellt eine Fluidverbindung zwischen der Kältemittelleitung 72 und der Kältemittelleitung 25 bereit. Ein Ein-Aus-Ventil 77, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 73 zu öffnen oder zu schließen, ist in der Kältemittelleitung 73 bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 77 schaltet zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei zwischen der Fluidverbindung und der Unterbrechung der Kältemittelleitung 73 umzuschalten. Dadurch gestattet das Ein-Aus-Ventil 77 die Strömung des Kältemittels durch die Kältemittelleitung 73, oder es verhindert diese. Die Kältemittelleitung 74, die als zweite Zweigleitung dient, stellt eine Fluidverbindung zwischen der Kältemittelleitung 72 und der Kältemittelleitung 26 bereit. Ein Ein-Aus-Ventil 78, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 74 zu öffnen oder zu schließen, ist in der Kältemittelleitung 74 bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 78 schaltet zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei zwischen der Fluidverbindung und der Unterbrechung der Kältemittelleitung 74 umzuschalten. Dadurch gestattet das Ein-Aus-Ventil 78 die Strömung des Kältemittels durch die Kältemittelleitung 74, oder es verhindert diese.
Die Kältemittelleitungen 71, 72 und 73 stellen eine Fluidverbindung zwischen der Kältemittelleitung 22, die der Kältemittelpfad zwischen dem Wärmetauscher 13 und dem Wärmetauscher 14 ist, und der Kältemittelleitung 25 bereit, die der Kältemittelpfad zwischen dem Wärmetauscher 15 und dem Expansionsventil 16 ist. Die Kältemittelleitungen 71, 72 und 74 stellen eine Fluidverbindung zwischen der Kältemittelleitung 22 und der Kältemittelleitung 26 bereit, die der Kältemittelpfad zwischen dem Expansionsventil 16 und dem Wärmetauscher 18 ist.
Ein Drei-Wege-Ventil 41 schaltet einen Fluidverbindungszustand zwischen der Kältemittelleitung 22a und der Kältemittelleitung 22b um, und schaltet einen Fluidverbindungszustand zwischen der Kältemittelleitung 22a und der Kältemittelleitung 71 um. Das Drei-Wege-Ventil 41 schaltet zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand um. In dem ersten Zustand sind die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 22b miteinander in Fluidverbindung, und die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 71 sind miteinander nicht in Fluidverbindung. In dem zweiten Zustand sind die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 71 miteinander in Fluidverbindung, und die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 22b sind miteinander nicht in Fluidverbindung.
In dem Verdichter 12 adiabatisch verdichtetes Kältemittel tritt durch die Kältemittelleitung 21, den Wärmetauscher 13 und die Kältemittelleitung 22a und erreicht das Drei-Wege-Ventil 41. Das Kältemittel strömt von dem Drei-Wege-Ventil 41 zu dem Wärmetauscher 14 über die Kältemittelleitung 22b. Zusätzlich strömt das Kältemittel von dem Drei-Wege-Ventil 41 über die Kältemittelleitung 71, das Expansionsventil 76, die Kältemittelleitungen 72 und 73 und die Kältemittelleitung 25 aufeinanderfolgend zu dem Wärmetauscher 15. Zusätzlich strömt das Kältemittel von dem Drei-Wege-Ventil 41 über die Kältemittelleitung 71, das Expansionsventil 76, die Kältemittelleitungen 72 und 74 und die Kältemittelleitungen 26 aufeinanderfolgend zu dem Wärmetauscher 18. Das Drei-Wege-Ventil 41 weist die Funktion einer Pfadauswahleinheit auf, die zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand umschaltet, um ausgewählt zwischen der Strömung des Kältemittels von dem Wärmetauscher 13 zu dem Wärmetauscher 14 und das Strömen des Kältemittels von dem Wärmetauscher 13 zu dem Wärmetauscher 15 und/oder dem Wärmetauscher 18 umzuschalten.
Das Expansionsventil 76 weist die Funktion eines von dem Expansionsventil 16 unterschiedlichen anderen Entspanners auf, und entspannt Kältemittel, das durch die Kältemittelleitung 71 strömt. Das Expansionsventil 76 entspannt mittels Drossel ein Kältemittel, das durch die Kältemittelleitung 71 strömt, und verringert den Druck des Kältemittels. Dadurch weist das durch die Kältemittelleitung 72 strömende Kältemittel im Vergleich mit dem innerhalb der Kältemittelleitung 71 strömenden Kältemittel einen niedrigeren Druck auf. Das Expansionsventil 76 kann ein elektronisches Expansionsventil sein. Alternativ muss der andere Entspanner keine Öffnungsgradregulierungsfunktion aufweisen, und ein dünnes Kapillarrohr kann anstelle des Expansionsventils 76 bereitgestellt sein.
Das Kühlsystem 1 hat eine Kältemittelleitung 61, die eine Fluidverbindung zwischen der Kältemittelleitung 22b und der Kältemittelleitung 28 bereitstellt. Die Kältemittelleitung 22b, die als eine sechste Leitung dient, bestimmt zusammen mit der Kältemittelleitung 23 einen Pfad des Kältemittels, das in den Wärmetauscher 14 hinein oder aus dem Wärmetauscher 14 herausströmt. Ein Ein-Aus-Ventil 64, das in der Lage ist, die Kältemittelleitung 61 zu öffnen oder zu schließen, ist in der Kältemittelleitung 61 bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 64 schaltet zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei zwischen der Fluidverbindung und der Unterbrechung der Kältemittelleitung 61 umzuschalten. Dadurch gestattet das Ein-Aus-Ventil 64 die Strömung des Kältemittels durch die Kältemittelleitung 61, oder es verhindert diese.
Ein Sperrventil 66 ist außerdem in der Kältemittelleitung 61 bereitgestellt. Das Sperrventil 66 ist in der Kältemittelleitung 61 an einer Stelle näher an der Kältemittelleitung 28 als das Ein-Aus-Ventil 64 bereitgestellt. Das Sperrventil 66 verhindert die Strömung des Kältemittels von der Kältemittelleitung 28 zu dem Ein-Aus-Ventil 64. Das Sperrventil 66 ist bereitgestellt, um zu verhindern, dass von dem Wärmetauscher 18 über die Kältemittelleitungen 27 und 28 strömendes Kältemittel in die Kältemittelleitung 61 strömt, und damit das Kältemittel zuverlässig von der Kältemittelleitung 28 zu dem Akkumulator 85 strömt.
Das Kühlsystem 1 hat außerdem eine Verbindungsleitung 51. Die Verbindungsleitung 51 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Kältemittelleitung 22b und der Auslassseite des Kühlabschnitts 30 bereit. Die Kältemittelleitung 22b stellt eine Fluidverbindung zwischen dem Drei-Wege-Ventil 41 und dem Wärmetauscher 14 bereit. Ein Ein-Aus-Ventil 52, das in der Lage ist, die Verbindungsleitung 51 zu öffnen oder zu schließen, ist in der Verbindungsleitung 51 bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 52 schaltet zwischen dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand um, um dabei zwischen der Fluidverbindung und der Unterbrechung der Verbindungsleitung 51 umzuschalten. Dadurch gestattet das Ein-Aus-Ventil 52 die Strömung des Kältemittels durch die Verbindungsleitung 51, oder es verhindert diese.
Durch das Öffnen oder Schließen des Ein-Aus-Ventils 52, um den Pfad des Kältemittels umzuschalten, das aus dem Kühlabschnitt 30 herausströmt, ist es möglich, zu verursachen, dass das Kältemittel, nachdem es die EV-Vorrichtung 31 gekühlt hat, über die Verbindungsleitung 51 und die Kältemittelleitung 22b zu dem Wärmetauscher 14 strömt. Das Kältemittel, das aus dem Kühlabschnitt 30 strömt, ist nämlich in der Lage, zu dem Wärmetauscher 14 über die Kältemittelleitungen 34 und 23a zu strömen, und ist in der Lage, über die Kältemittelleitungen 35 und 24b zu dem Wärmetauscher 15 zu strömen, und ist in der Lage, außerdem über die Verbindungsleitung 51 und die Kältemittelleitung 22b zu dem Wärmetauscher 14 zu strömen.
Anstelle der Konfiguration, in der das Ein-Aus-Ventil 52 in der Verbindungsleitung 51 bereitgestellt ist, kann ein Vier-Wege-Ventil, das vier Leitungsverbindungsanschlüsse aufweist, an einem Zweigpunkt zwischen den Kältemittelleitungen 34 und 35 und der Verbindungsleitung 51 bereitgestellt sein. In diesem Fall sind die Kältemittelleitungen 34 und 35 und die Verbindungsleitung 51 entsprechend mit den Leitungsverbindungsanschlüssen des Vier-Wege-Ventils verbunden, und durch das Umschalten der Einstellungen der offenen/geschlossenen Zustände des Vier-Wege-Ventils ist es möglich, eine Beliebige aus der Kältemittelleitung 34, der Kältemittelleitung 35 und der Verbindungsleitung 51 als Pfad des Kältemittels zu wählen, das aus dem Kühlabschnitt 30 herausströmt.
Die Strömungsregulierungsventile 42 und 43 sind jeweils konfiguriert, damit sie in der Lage sind, ihren Öffnungsgrad anzupassen, und jedes kann z. B. ein elektrisches Ventil sein. Die Ein-Aus-Ventile 37, 38, 44, 52, 64, 77 und 78 müssen jeweils lediglich konfiguriert sein, damit sie in der Lage sind, zwischen einem vollständig geöffneten Zustand und einem vollständig geschlossenen Zustand umzuschalten, und jedes kann z. B. ein elektromagnetisches Ventil sein.
Erste Betriebsart
Das Kühlsystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in der Lage, die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, die in fünf ersten bis fünften Betriebsarten als die Wärmeerzeugungsquelle dient. 1 zeigt einen Zustand, in dem das Kühlsystem 1 in die erste Betriebsart gesetzt ist. 2A und 2B sind Ansichten, die Einstellungen des Verdichters und der Ventile in jeder Betriebsart des Kühlsystems 1 zeigen.
2A und 2B zeigen den Betriebszustand des Verdichters 12 und die Einstellungen der Öffnungsgrade der Strömungsregulierungsventile 42 und 43, des Drei-Wege-Ventils 41 und der Ein-Aus-Ventile 37, 38, 44, 52, 64, 77 und 78 in jeder Betriebsart in dem Fall, in dem das Kühlsystem 1 in einer beliebigen der unterschiedlichen fünf Betriebsarten betrieben wird. 2B zeigt außerdem die Temperaturregulierungstätigkeit der EV-Vorrichtung 31 und den Zustand der Klimaanlage innerhalb des Fahrzeugsinsassenraums unter Verwendung einer Klimaanlage in jeder Betriebsart des Kühlsystems 1.
Unter den Betriebsarten, die in 2A und 2B ersichtlich sind, ist die erste Betriebsart eine Betriebsart, in der der Fahrzeuginsassenraum während des Betriebs der Klimaanlage zum Kühlen des Insassenraums des Fahrzeugs gekühlt und entfeuchtet wird. Es ist anzumerken, dass in 1 und 4, 6, 8 und 11 (später beschrieben) Kältemittel durch den durch die durchgehende Linie bezeichneten Kältemittelpfad strömt, und Kältemittel nicht durch den mit der punktierten Linie bezeichneten Kältemittelpfad strömt.
In der ersten Betriebsart ist es erforderlich, dass Kältemittel durch einen Pfad strömt, der das Expansionsventil 16 und den Wärmetauscher 18 hat, um den Fahrzeuginsassenraum zu kühlen, und so befindet sich der Verdichter 12 in einem Betriebszustand. Das Strömungsregulierungsventil 42 ist vollständig geöffnet, um den Druckverlust des Kältemittels zu minimieren, das durch die Kältemittelleitung 23 strömt. Das Strömungsregulierungsventil 43 passt die Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt 30 strömenden Kältemittels an, und der Ventilöffnungsgrad des Strömungsregulierungsventils 43 wird derart angepasst, dass eine ausreichende Menge von Kältemittel zu dem Kühlabschnitt 30 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Der offene/geschlossene Zustand des Drei-Wege-Ventils 41 wird derart umgeschaltet, dass die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 22b miteinander in Fluidverbindung sind, und die Kältemittelleitung 71 mit den beiden Kältemittelleitungen 22a und 22b nicht in Fluidverbindung ist.
Das Ein-Aus-Ventil 37 ist geschlossen, und die Kältemittelleitung 34 ist unterbrochen. Das Ein-Aus-Ventil 38 ist geöffnet, und die Kältemittelleitung 35 ist in einen Fluidverbindungszustand versetzt. Das Ein-Aus-Ventil 52 ist geschlossen, und die Verbindungsleitung 51 ist unterbrochen. Die offenen/geschlossenen Zustände des Auswahlventils 36 und des Ein-Aus-Ventils 52 werden derart geschaltet, dass aus dem Kühlabschnitt 30 ausströmendes Kältemittel zu der Kältemittelleitung 35 und nicht zu der Kältemittelleitung 34 und der Verbindungsleitung 51 strömt. Das Ein-Aus-Ventil 44 wird geöffnet, und die Kältemittelleitung 25 ist in einen Fluidverbindungszustand versetzt. Die Ein-Aus-Ventile 64, 77 und 78 sind jeweils geschlossen, und die Kältemittelleitungen 61, 73 und 74 sind unterbrochen.
Kältemittel tritt durch einen Kältemittelzirkulationspfad durch, der durch das aufeinanderfolgende Verbinden des Verdichters 12, der Wärmetauscher 14 und 15, des Expansionsventils 16 und des Wärmetauschers 18 durch die Kältemittelleitungen 21 bis 29 ausgebildet ist, um in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zu zirkulieren.
Während des Kühlbetriebs, der in 1 ersichtlich ist, ist es erforderlich, die Temperatur der aus der Rohrleitung 90 ausströmenden Klimaanlagenluft niedrig zu halten. Deswegen wird durch das Betätigen des Dämpfers 96 der Pfad der Klimaanlagenluft innerhalb der Rohrleitung 90 derart eingestellt, dass die Klimaanlagenluft nicht durch den Wärmetauscher 13 durchtritt. Dadurch ist es möglich, eine Verringerung der Kühlleistungsfähigkeit aufgrund des Erwärmens der Klimaanlagenluft durch den Wärmetauscher 13 zu unterdrücken, und so ist es möglich, den Insassenraums des Fahrzeugs wirkungsvoll zu kühlen, und deswegen ist es möglich, die Kühlleistungsfähigkeit sicherzustellen.
3 ist ein Mollier-Diagramm, das den Zustand des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 in der ersten Betriebsart zeigt. In 3 stellt die Abszisse die spezifische Enthalpie des Kältemittels dar, und die Ordinate stellt den Absolutdruck des Kältemittels dar. Die Einheit der spezifischen Enthalpie ist kJ/kg und die Einheit des Absolutdrucks ist MPa. Die Kurve in dem Diagramm ist die Sättigungsdampfdruckkurve und die Sättigungsflüssigkeitsdruckkurve (Kondensationslinie) des Kältemittels.
3 zeigt einen thermodynamischen Zustand des Kältemittels an Punkten in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10, wenn das Kältemittel von der Kältemittelleitung 23 an dem Auslass des Wärmetauschers 14 über den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu der Kältemittelleitung 33 strömt, in den Kühlabschnitt 30 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, und von dem Kühlabschnitt 30 zu der Kältemittelleitung 24b an dem Einlass des Wärmetauschers 15 über die Kältemittelleitung 35 zurückkehrt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, wird ein Kältemittel in einem Sattdampfzustand von dem Akkumulator 85 in den Verdichter 12 eingebracht, und das Kältemittel wird in dem Verdichter 10 entlang einer konstanten Linie spezifischer Entropie adiabatisch verdichtet. Wenn das Kältemittel in dem Verdichter 12 verdichtet wird, steigen der Druck und die Temperatur des Kältemittels in einen überhitzten Dampf hoher Temperatur und hohen Drucks mit einem hohem Grad einer Überhitze an dem Auslass des Verdichters 12.
Das Kältemittel hohen Drucks und hoher Temperatur in einem überhitzten Dampfzustand, das in dem Verdichter 12 adiabatisch verdichtet wurde, strömt zu dem Wärmetauscher 14 und wird in dem Wärmetauscher 14 abgekühlt. Gasförmiges Kältemittel hohen Drucks, das von dem Verdichter 12 abgegeben wurde, gibt Wärme an die zu kühlende Umgebung in dem Wärmetauscher 14 ab, um dabei zu kondensieren (zu verflüssigen). Durch den Wärmetausch mit der Umgebungsluft in dem Wärmetauscher 14 verringert sich die Temperatur des Kältemittels, und das Kältemittel verflüssigt sich. Hochdruckkältemitteldampf in dem Wärmetauscher 14 wird trockener Sattdampf von dem überhitzten Dampf mit einem konstanten Druck in dem Wärmetauscher 14, und gibt latente Kondensationswärme ab, um sich allmählich in Nassdampf in einem Gas-Flüssigkeit-Gemischzustand zu verflüssigen.
In dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 wird ein Kältemittel in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand in Kältemitteldampf in einem gesättigten Dampfzustand und Kältemittelflüssigkeit in einem gesättigten Flüssigkeitszustand getrennt. Kältemittel in einem gesättigten Flüssigkeitszustand strömt aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 heraus, strömt über die Kältemittelleitung 33 zu der Kühlleitung 32 des Kühlabschnitts 30 und kühlt die EV-Vorrichtung 31. In dem Kühlabschnitt 30 wird Wärme freigegeben, um das Kältemittel in einem gesättigten flüssigen Zustand zu verflüssigen, das in dem Wärmetauscher 14 kondensiert und in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wird, um dabei die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Kältemittel wird durch das Austauschen von Wärme mit der EV-Vorrichtung 31 erwärmt, und die Trockenheit des Kältemittels erhöht sich. Das Kältemittel empfängt von der EV-Vorrichtung 31 latente Wärme, um teilweise in Nassdampf in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand zu verdampfen, der an dem Auslass des Kühlabschnitts 30 gemischt gesättigte Flüssigkeit und gesättigten Dampf enthält.
Aus dem Kühlabschnitt 30 ausströmendes Kältemittel strömt über die Kältemittelleitungen 35 und 24b in den Wärmetauscher 15. Nassdampf des Kältemittels gibt Wärme an die Umgebung frei, um Wärme mit der Umgebungsluft und dem Wärmetauscher 15 auszutauschen, um abgekühlt zu werden und dabei wieder zu kondensieren, wird gesättigte Flüssigkeit wenn das gesamte Kältemittel kondensiert, und gibt weiter empfindliche Wärme ab, um eine übermäßig gekühlte Flüssigkeit zu werden. Das Kältemittel wird unter eine Sättigungstemperatur in dem Wärmetauscher 15 abgekühlt. Danach strömt das Kältemittel über die Kältemittelleitung 25 in das Expansionsventil 16. In dem Expansionsventil 16 wird das Kältemittel in einem übermäßig gekühlten flüssigen Zustand mittels Drossel expandiert, und das Kältemittel verringert mit der spezifischen Enthalpie nicht verändert seine Temperatur und seinen Druck, um in einem Gas-Flüssigkeit-Gemischzustand ein Nassdampf niedriger Temperatur und niedrigen Drucks zu werden.
Kältemittel in einen Nassdampfzustand strömt über die Kältemittelleitung 26 von dem Expansionsventil 16 in den Wärmetauscher 18. Kältemittel in einem Nassdampfzustand strömt in die Rohre des Wärmetauschers 18. Atomisiertes Kältemittel, das innerhalb des Wärmetauschers 18 strömt, verdampft, um Wärme der Klimaanlagenluft aufzunehmen, die eingebracht wird, um mit dem Wärmetauscher 18 in Berührung zu sein. Der Wärmetauscher 18 verwendet Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks, das durch das Expansionsventil 16 entspannt wurde, um von der zu dem Insassenraum des Fahrzeugs strömenden Klimaanlagenluft eine Verdampfungswärme zu absorbieren, um dabei den Insassenraum des Fahrzeugs zu kühlen, was zu der Zeit erforderlich ist, wenn Nassdampf des Kältemittels in Kältemittelgas verdampft. Klimaanlagenluft, deren Wärme durch den Wärmetauscher 18 absorbiert wurde, um in ihrer Temperatur verringert zu werden, strömt in den Insassenraum des Fahrzeugs, um den Insassenraum des Fahrzeugs zu kühlen.
Wenn das Kältemittel durch die Rohre des Wärmetauschers 18 strömt, absorbiert das Kältemittel die Wärme der Klimaanlagenluft über die sich erwärmenden Flossen als latente Verdampfungswärme, und verdampft mit einem konstanten Druck. Während des Kühlbetriebs wird die Klimaanlagenluft in dem Wärmetauscher 18 durch den Wärmeaustausch zwischen der Klimaanlagenluft hoher Temperatur und dem Kältemittel gekühlt, die Temperatur der Klimaanlagenluft verringert sich, und das Kältemittel empfängt von der Klimaanlagenluft übertragene Wärme, um erwärmt zu werden.
In Erwiderung auf die Kühlleistungsfähigkeit, die zum Kühlen des Fahrzeuginsassenraums erforderlich ist, ändert sich die Menge der Wärme, die zwischen dem Kältemittel und der Klimaanlagenluft in dem Wärmetauscher 18 ausgetauscht wird. In dem Wärmetauscher 18 kann das Kältemittel erwärmt werden, bis das gesamte Kältemittel ein überhitzter Dampf wird, das Kältemittel kann erwärmt werden, bis das gesamte Kältemittel ein trockner gesättigter Dampf wird, oder das Kältemittel kann sich an dem Auslass des Wärmetauschers 18 in einen nassen gesättigten Dampfzustand befinden. Wenn das aus dem Wärmetauscher 18 herausströmende Kältemittel flüssiges Kältemittel enthält, wird die Kältemittelflüssigkeit in dem Akkumulator 85 gespeichert, und lediglich gasförmiger Kältemitteldampf wird in den Verdichter 12 eingebracht. Dadurch wird verhindert, dass Kältemittelflüssigkeit in den Verdichter 12 einströmt. 3 zeigt den Zustand eines Kältemittels, wenn ein Kältemittel in einem nassen gesättigten Dampfzustand in dem Akkumulator 85 in Gas und Flüssigkeit getrennt wird, und Kältemittel in einem trockenen gesättigten Dampfzustand aus dem Akkumulator 85 über die Kältemittelleitung 29 zu dem Verdichter 12 strömt.
Das Kältemittel ändert sich gemäß dem voranstehend beschriebenen Kreislauf wiederholt kontinuierlich zwischen dem verdichteten Zustand, dem kondensierten Zustand, dem durch die Drossel entspannten Zustand und dem verdampften Zustand. Es ist anzumerken, dass in der voranstehenden Beschreibung des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs ein theoretischer Kältemittelkreislauf beschrieben ist; jedoch ist es in dem tatsächlichen Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 natürlich notwendig, einen Verlust in dem Verdichter 12, einen Druckverlust des Kältemittels und einen Wärmeverlust zu berücksichtigen.
Während des Betriebs des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 absorbiert das Kältemittel die Verdampfungswärme von der Luft in dem Insassenraum des Fahrzeugs zu der Zeit, wenn das Kältemittel in dem als Verdampfer dienenden Wärmetauscher 18 verdampft, um dabei den Insassenraum zu kühlen. Zusätzlich strömt flüssiges Kältemittel unter hohem Druck, das in dem Wärmetauscher 14 kondensiert wurde, und durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wurde, zu dem Kühlabschnitt 30 und tauscht Wärme mit der EV-Vorrichtung 31 aus, um dabei die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Das Kühlsystem 1 kühlt die EV-Vorrichtung 31, welche die an dem Fahrzeug montierte Wärmeerzeugungsquelle ist, indem es den Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zum Klimatisieren des Insassenraums des Fahrzeugs verwendet. Es ist anzumerken, dass die erforderliche Temperatur zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 wünschenswert zumindest niedriger als die obere Grenze eines Solltemperaturbereichs der EV-Vorrichtung 31 ist.
Der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10, der bereitgestellt ist, um einen gekühlten Abschnitt in dem Wärmetauscher 18 zu kühlen, wird verwendet, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, und so ist es nicht notwendig, eine Vorrichtung wie z. B. eine ausschließliche Wasserzirkulationspumpe und einen Kühlventilator bereitzustellen, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Deswegen können Bauteile, die für das Kühlsystem 1 zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 erforderlich sind, reduziert werden, und es möglich machen, die Systemkonfiguration zu vereinfachen, und so können die Herstellungskosten des Kühlsystems 1 reduziert werden. Zusätzlich ist es nicht notwendig, eine Leistungsquelle wie z. B. eine Pumpe und einen Kühlventilator zu betreiben, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, und ein Leistungsverbrauch zum Betreiben der Leistungsquelle ist nicht erforderlich. Somit ist es möglich, den Leistungsverbrauch zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 zu reduzieren, und so ist es möglich, die EV-Vorrichtung 31 mit einer niedrigen Leistung zu kühlen.
In dem Wärmetauscher 14 muss das Kältemittel lediglich in einem nassen gesättigten Dampfzustand gekühlt werden. Kältemittel in einem gesättigten flüssigen Zustand, das durch den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wird, wird zu dem Kühlabschnitt 30 zugeführt. Kältemittel in einem Nassdampfzustand, das eine latente Verdampfungswärme von der EV-Vorrichtung 31 empfängt, um teilweise verdampft zu werden, wird in dem Wärmetauscher 15 wieder gekühlt. Das Kältemittel ändert sich in einem Zustand mit einer konstanten Temperatur bis das Kältemittel in einem Nassdampfzustand vollständig in eine gesättigte Flüssigkeit kondensiert. Der Wärmetauscher 15 überkühlt außerdem ein flüssiges Kältemittel auf einen überkühlten Grad, der erforderlich ist, um den Insassenraum des Fahrzeugs zu kühlen. Ein Grad der Überkühlung des Kältemittels muss nicht übermäßig erhöht sein, und so kann die Kapazität von jedem der Wärmetauscher 14 und 15 reduziert werden. Somit kann die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen des Insassenraums sichergestellt werden, und die Größe von jedem der Wärmetauscher 14 und 15 kann reduziert werden, und so ist es möglich, das Kühlsystem 1 zu erhalten, dessen Größe reduziert ist, und dessen Installation in dem Fahrzeug vorteilhaft ist.
Zu der Zeit, zu der die Spezifikationen von jedem der Wärmetauscher 14 und 15 in dem Entwurfsschritt des Kühlsystems 1 bestimmt werden, wird die maximale Wärmeerzeugungsmenge der EV-Vorrichtung 31 als Entwurfswert verwendet. Während der normalen Wärmeerzeugung, in der die EV-Vorrichtung 31 die Wärmemenge erzeugt, die kleiner als die maximale Wärmeerzeugungsmenge ist, gibt es eine Erlaubnis für die Leistungsfähigkeit von jedem der Wärmetauscher 14 und 15. Deswegen ist das Kältemittel, sobald es in einem Zustand ist, in dem nicht die EV-Vorrichtung 31 gekühlt wird, die die maximale Wärmeerzeugungsmenge erzeugt, in der Lage, Wärme mit einer größeren Menge Luft in jedem der Wärmetauscher 14 und 15 auszutauschen. Dies kann so verstanden werden, dass die Wärmetauscher 14 und 15 jeweils augenscheinlich in ihrer Größe ansteigen und die Temperaturleistungsfähigkeit φc von jedem der Wärmetauscher 14 und 15 höher wird.
Eine luftseitige Wärmestrahlleistungsfähigkeit Qca in jedem der Wärmetauscher 14 und 15 ist direkt proportional zu der Temperaturleistungsfähigkeit φc der Wärmetauscher, einer luftspezifischen Wärme Ca, einem Luftvolumen über dem Gewicht Gea und einem Unterschied (Ter – Tea), der durch das Subtrahieren einer Einlasslufttemperatur Tea von einer Kältemitteltemperatur Ter erhalten wird. Die erforderliche Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit Qca ist unverändert, und die spezifische Luftwärme Ca, das Luftvolumen über dem Gewicht Gea und die Einlasslufttemperatur Tea werden gemäß einer Außenlufttemperatur und einer Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, und so verringert sich die Kältemitteltemperatur Ter um die Größe des Anstiegs der Temperaturleistungsfähigkeit φc. Mit Bezug auf das Mollier-Diagramm korrelieren die Temperatur und der Druck des Kältemittels linear miteinander, wenn das Kältemittel sich in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand befindet, und die Temperatur des Kältemittels variiert mit einer Variation in dem Druck des Kältemittels. Eine Verringerung der Kältemitteltemperatur Ter in den Wärmetauschern 14 und 15 bedeutet nämlich eine Verringerung in dem Druck des Kältemittels, das durch die Wärmetauscher 14 und 15 strömt.
Der Druck des Kältemittels in den Wärmetauschern 14 und 15 verringert sich, und der Hochdruck des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 verringert sich. Als Ergebnis kann der Druck des Kältemittels an dem Auslass des Verdichters relativ niedrig sein. Deswegen ist es möglich, die Leistung zum adiabatischen Verdichten des Kältemittels in dem Verdichter 12 zu reduzieren, und so ist es möglich eine weitere Leistungsersparnis zu erlangen. Somit ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere in einem elektrischen Fahrzeug ist es möglich, den elektrischen Leistungsverbrauch durch das Einsparen der Leistung direkt zu verbessern.
Die Kältemittelleitung 24, die einen Kältemittelpfad ausbildet, der nicht durch den Kühlabschnitt 30 durchtritt, und die Kältemittelleitungen 33 und 35 und die Kältemittelleitung 32, die einen Kältemittelpfad ausbilden, der durch den Kühlabschnitt 30 durchtritt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, sind parallel zueinander als die Pfade des Kältemittels bereitgestellt, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Wärmetauscher 15 strömt. Das Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 mit den Kältemittelleitungen 33 und 35 ist parallel mit der Kältemittelleitung 24 verbunden. Deswegen strömt lediglich ein Teil des Kältemittels, das aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 herausströmt, zu dem Kühlabschnitt 30. Durch das Anpassen des Öffnungsgrads des Strömungsregulierungsventils 43, das in der Kältemittelleitung 24 bereitgestellt ist, werden die Strömungsrate des Kältemittels, das von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu der Kältemittelleitung 24 strömt, und die Strömungsrate des Kältemittels, das durch den Kühlabschnitt 30 strömt, geeignet angepasst. Durch die Strömungsratenanpassung strömt eine Menge des Kältemittels, das zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 erforderlich ist, zu dem Kühlabschnitt 30, und die EV-Vorrichtung 31 wird geeignet gekühlt.
Der Pfad des Kältemittels, das von dem Wärmetauscher 14 zu dem Wärmetauscher 15 strömt, ohne durch den Kühlabschnitt 30 zu treten, und der Pfad des Kältemittels, das von dem Wärmetauscher 14 zu dem Wärmetauscher 15 über den Kühlabschnitt 30 strömt, sind parallel zueinander bereitgestellt, und es wird verursacht, dass lediglich ein Teil des Kältemittels zu den Kältemittelleitungen 33 und 35 strömt. Dadurch ist es möglich, den Druckverlust zu der Zeit zu reduzieren, zu der das Kältemittel durch das Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 strömt. Nicht das gesamte Kältemittel strömt zu dem Kühlabschnitt 30. Deswegen ist es möglich, den Druckverlust zu reduzieren, der mit der Strömung des Kältemittels über den Kühlabschnitt 30 zusammenhängt, und entsprechend ist es möglich, den Verbrauch der Leistung zu reduzieren, die zum Betreiben des Verdichters 10 zum Zirkulieren des Kältemittels erforderlich ist.
Wenn ein Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks nach dem Durchtreten durch das Expansionsventil 16 zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 verwendet wird, reduziert sich die Kühlleistungsfähigkeit der Luft in dem Insassenraum in dem Wärmetauscher 18, und die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen des Insassenraums verringert sich. Im Gegensatz dazu wird in dem Kühlsystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 ein von dem Verdichter 12 abgegebenes Kältemittel unter hohem Druck sowohl durch den Wärmetauscher 14, der als erster Kondensator dient, wie auch durch den Wärmetauscher 15, der als zweiter Kondensator dient, kondensiert. Die Zwei-Stufen-Wärmetauscher 14 und 15 sind zwischen dem Verdichter 12 und dem Expansionsventil 16 angeordnet, und der Kühlabschnitt 30 zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 ist zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Wärmetauscher 15 bereitgestellt. Der Wärmetauscher 15 ist in dem Pfad des Kältemittels bereitgestellt, das von dem Kühlabschnitt 30 zu dem Expansionsventil 16 strömt.
Durch das ausreichende Kühlen des Kältemittels, das von der Verdampfung von der EV-Vorrichtung 31 in dem Wärmetauscher 15 eine latente Wärme empfängt, um erwärmt zu werden, weist das Kältemittel eine Temperatur und einen Druck auf, die zum Kühlen des Insassenraums des Fahrzeugs an dem Auslass des Expansionsventils 16 ursprünglich erforderlich waren. Deswegen ist es möglich, die Menge der Wärme ausreichend zu erhöhen, die extern empfangen wird, wenn das Kältemittel in dem Wärmetauscher 18 verdampft, und so ist es möglich, die durch den Wärmetauscher 18 durchtretende Klimaanlagenluft ausreichend zu kühlen. Auf diese Weise kann durch das Einstellen der Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit von dem Wärmetauscher 15 derart, dass der Wärmetauscher 15 in der Lage ist, das Kältemittel ausreichend zu kühlen, die EV-Vorrichtung 31 ohne jeglichen Einfluss auf die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen des Insassenraums gekühlt werden. Somit können sowohl die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 wie auch die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen des Insassenraums zuverlässig sichergestellt werden.
Wenn das von dem Wärmetauscher 14 zu dem Kühlabschnitt 30 strömende Kältemittel die EV-Vorrichtung 31 kühlt, empfängt das Kältemittel Wärme von der EV-Vorrichtung 31, um erwärmt zu werden. Da das Kältemittel auf eine Temperatur eines Sattdampfs oder darüber hinaus erwärmt wird, und die gesamte Menge des Kältemittels in dem Kühlabschnitt 30 verdampft, reduziert sich die Menge der Wärme, die zwischen dem Kältemittel und der EV-Vorrichtung 31 ausgetauscht wird, und die EV-Vorrichtung 31 kann nicht wirkungsvoll gekühlt werden, und zusätzlich erhöht sich ein Druckverlust zu der Zeit, zu der das Kältemittel in der Leitung strömt. Deswegen ist es erwünscht, das Kältemittel in dem Wärmetauscher 14 derart ausreichend zu kühlen, dass nicht die gesamte Menge des Kältemittels nach dem Kühlen in der EV-Vorrichtung 31 verdampft, und eine ausreichende Menge von flüssigem Kältemittel zu dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zuzuführen.
Insbesondere der Zustand des Kältemittels an dem Auslass des Wärmetauschers 14 wird nahe zu der gesättigten Flüssigkeit gebracht, und typischerweise wird das Kältemittel in einem Zustand auf der Linie gesättigter Flüssigkeit an dem Auslass des Wärmetauschers 14 platziert. Da der Wärmetauscher 14 in der Lage ist, das Kältemittel auf diese Weise ausreichend zu kühlen, ist die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit des Wärmetauschers 14, um zu verursachen, dass das Kältemittel Wärme freigibt, höher als die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit des Wärmetauschers 15. Durch das ausreichende Kühlen des Kältemittels in dem Wärmetauscher 14, der eine relativ hohe Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit aufweist, kann Kältemittel, das von der EV-Vorrichtung 31 Wärme empfangen hat, in einem Nassdampfzustand beibehalten werden, und eine Reduktion in der Menge der Wärme, die zwischen dem Kältemittel und der EV-Vorrichtung 31 ausgetauscht wird, kann vermieden werden, und so ist es möglich, die EV-Vorrichtung 31 ausreichend zu kühlen. Kältemittel in einem Nassdampfzustand nach dem Kühlen der EV-Vorrichtung 31 wird wieder wirkungsvoll in dem Wärmetauscher 15 gekühlt, und wird in einem überkühlten Flüssigkeitszustand unterhalb einer Sättigungstemperatur abgekühlt. Somit ist es möglich, das Kühlsystem 1 bereitzustellen, das sowohl die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen des Insassenraums wie auch die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 sicherstellt.
Es wird verursacht, dass das Kältemittel in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zirkuliert, und Wärme wird von der EV-Vorrichtung 31 aufgrund der latenten Verdampfungswärme des Kältemittels in einem gesättigten flüssigen Zustand genommen, das zu dem Kühlabschnitt 30 strömt, und so ist es möglich, die EV-Vorrichtung 31 wirkungsvoll zu kühlen. Zusätzlich ist es möglich, die Klimaanlagenluft durch das Versorgen des Wärmetauschers 18 mit Kältemittel durch das Expansionsventil 18 zu kühlen, das in einem atomisierten Zustand niedriger Temperatur und niedrigen Drucks angepasst ist, und so ist es möglich, eine Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen des Fahrzeuginsassenraums und eine Entfeuchtungsleistungsfähigkeit zum Entfeuchten des Fahrzeuginsassenraums sicherzustellen.
Zweite Betriebsart
4 ist eine schematische Ansicht, die den Betrieb des Kühlsystems 1 in der zweiten Betriebsart zeigt. Wie aus 2A, 2B und 4 ersichtlich ist, ist die zweite Betriebsart eine Betriebsart, in der eine Heizleistungsfähigkeit zum Erwärmen des Fahrzeuginsassenraums erhöht ist, während der Fahrzeuginsassenraum nicht während des Betriebs der Klimaanlagen zum Heizen des Insassenraums des Fahrzeugs entfeuchtet wird.
In der zweiten Betriebsart ist es erforderlich, dass das Kältemittel durch einen Pfad strömt, der den Wärmetauscher 13 einschließt, um den Fahrzeuginsassenraum zu heizen, und so befindet sich der Verdichter 12 in einem Betriebszustand. Das Strömungsregulierungsventil 42 passt die Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt 30 strömenden Kältemittels an, und der Ventilöffnungsgrad des Strömungsregulierungsventils 42 wird derart angepasst, dass eine ausreichende Menge von Kältemittel zu dem Kühlabschnitt 30 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Das Strömungsregulierungsventil 43 ist vollständig geöffnet, um den Druckverlust des Kältemittels zu minimieren, das durch die Kältemittelleitung 24 strömt. Der geöffnete/geschlossene Zustand des Drei-Wege-Ventils 41 wird derart geschaltet, dass die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 71 miteinander in Fluidverbindung sind, und die Kältemittelleitung 22b mit den beiden Kältemittelleitungen 22a und 71 nicht in Fluidverbindung ist.
Das Ein-Aus-Ventil 37 ist geöffnet, und die Kältemittelleitung 34 wird in einen Fluidverbindungszustand eingestellt. Das Ein-Aus-Ventil 38 ist geschlossen, und die Kältemittelleitung 35 ist unterbrochen. Das Ein-Aus-Ventil 52 ist geschlossen, und die Verbindungsleitung 51 ist unterbrochen. Die offenen/geschlossenen Zustände des Auswahlventils 36 und des Ein-Aus-Ventils 52 werden derart geschaltet, dass ein aus dem Kühlabschnitt 30 herausströmendes Kältemittel zu der Kältemittelleitung 34 strömt und nicht zu der Kältemittelleitung 35 und der Verbindungsleitung 51 strömt. Die Ein-Aus-Ventile 64 und 77 sind geöffnet, und die Kältemittelleitungen 61 und 73 sind in einem Fluidverbindungszustand eingestellt. Die Ein-Aus-Ventile 44 und 78 sind geschlossen, und die Kältemittelleitungen 25 und 74 sind unterbrochen.
Kältemittel tritt durch einen Kältemittelzirkulationspfad durch, der durch das aufeinanderfolgende Verbinden des Verdichters 12, des Wärmetauschers 13, des Expansionsventils 76 und der Wärmetauscher 15 und 14 durch die Kältemittelleitungen 21, 22a, 71, 72, 73, 25, 24, 23, 22b, 61 und 29 ausgebildet wird, um das Kältemittel in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zu zirkulieren.
Während des Heizbetriebs ist es erforderlich, die Temperatur der aus der Rohrleitung 90 herausströmenden Klimaanlagenluft zu erhöhen. Deswegen wird durch das Betätigen des Dämpfers 96 der Pfad der Klimaanlagenluft innerhalb der Rohrleitung 90 derart eingestellt, dass die Klimaanlagenluft durch den Wärmetauscher 13 durchtritt, wie aus 4 ersichtlich ist. Dadurch ist es möglich, die Klimaanlagenluft durch den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks, das in dem Verdichter 12 adiabatisch verdichtet wurde, und der Klimaanlagenluft auszutauschen, und so ist es möglich, den Insassenraum des Fahrzeugs wirkungsvoll zu erwärmen, und deswegen ist es möglich, die Heizleistungsfähigkeit zum Heizen des Fahrzeuginsassenraums sicherzustellen.
5 ist ein Mollier-Diagramm, das den Zustand des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 in der zweiten Betriebsart zeigt. In 5 stellt die Abszissenachse die spezifische Enthalpie des Kältemittels dar, und die Ordinatenachse stellt den Absolutdruck des Kältemittels dar. Die Einheit der spezifischen Enthalpie ist kJ/kg, und die Einheit des Absolutdrucks ist MPa. Die Kurve in dem Diagramm ist die Sättigungsdampfdruckkurve und die Sättigungsflüssigkeitsdruckkurve (Kondensationslinie) des Kältemittels.
5 zeigt den thermodynamischen Zustand des Kältemittels an Punkten in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10, wenn das Kältemittel von der Kältemittelleitung 24 an dem Auslass des Wärmetauschers 15 über den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu der Kältemittelleitung 33 strömt, in den Kühlabschnitt 30 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, und von dem Kühlabschnitt 30 über die Kältemittelleitung 34 zu der Kältemittelleitung 23a an dem Einlass des Wärmetauschers 14 zurückkehrt.
Wie aus 5 ersichtlich ist, wird das Kältemittel in einem Sattdampfzustand von dem Akkumulator 85 in den Verdichter 12 eingebracht, und das Kältemittel wird in dem Verdichter 12 entlang einer Linie konstanter spezifischer Entropie adiabatisch verdichtet. Wenn das Kältemittel in dem Verdichter 12 verdichtet wird, erhöhen sich der Druck und die Temperatur des Kältemittels in einen überhitzten Dampf hoher Temperatur und hohen Drucks, der einen hohen Grad einer Überhitze an dem Auslass des Verdichters 12 aufweist, und es strömt zu dem Wärmetauscher 13.
Kältemitteldampf hohen Drucks in dem Wärmetauscher 13 wird in dem Wärmetauscher 13 abgekühlt, wird trockener Sattdampf von dem überhitzten Dampf mit einem konstanten Druck, gibt latente Kondensationswärme ab, um sich allmählich in Nassdampf in einem Gas-Flüssigkeit-Gemischzustand zu verflüssigen, wird gesättigte Flüssigkeit, wenn das gesamte Kältemittel kondensiert, und gibt weiter spürbare Wärme ab, um eine überkühlte Flüssigkeit zu werden. Der Wärmetauscher 13 verursacht, dass ein überhitztes Kältemittelgas, das in dem Verdichter 12 verdichtet wird, Wärme zu der Klimaanlagenluft mit einem konstanten Druck abgibt und Kältemittelflüssigkeit wird. Gasförmiges Kältemittel, das von dem Verdichter 12 abgegeben wurde, gibt Wärme zu der Klimaanlagenluft ab, um in dem Wärmetauscher 13 abgekühlt zu werden, und dabei zu kondensieren (zu verflüssigen). Dem wärmetauschenden Wärmetauscher 13 geschuldet verringert sich die Temperatur des Kältemittels und das Kältemittel verflüssigt sich. Während des Heizbetriebs tauschen Klimaanlagenluft niedriger Temperatur und das Kältemittel miteinander in dem Wärmetauscher 13 Wärme aus, Wärme wird von dem Kältemittel zu der Klimaanlagenluft übertragen, um die Klimaanlagenluft zu erwärmen, die Temperatur der Klimaanlagenluft steigt, und Kältemittel gibt Wärme zu der Klimaanlagenluft ab, um gekühlt zu werden.
Flüssiges Kältemittel hohen Drucks, das in dem Wärmetauscher 13 verflüssigt wurde, strömt über die Kältemittelleitungen 22a und 71 in das Expansionsventil 76. In dem Expansionsventil 76 wird ein Kältemittel in einem überkühlten flüssigen Zustand mittels Drossel expandiert, und das Kältemittel verringert seine Temperatur und seinen Druck mit der spezifischen Enthalpie des Kältemittels unverändert, um Nassdampf in einem Gas-Flüssigkeit-Gemischzustand niedriger Temperatur und niedrigen Drucks zu werden.
Kältemittel, dessen Temperatur in dem Expansionsventil 76 verringert wurde, strömt über die Kältemittelleitungen 72 und 73 zu dem Wärmetauscher 15. Kältemittel in einem Nassdampfzustand strömt in die Rohre des Wärmetauschers 15. Wenn das Kältemittel durch die Rohre strömt, absorbiert das Kältemittel über die Flossen Wärme von der Außenluft als latente Verdampfungswärme, um mit einem konstanten Druck zu verdampfen. Das Kältemittel tauscht Wärme mit der zu erwärmenden Außenluft in dem Wärmetauscher 15 aus, und die Trockenheit des Kältemittels steigt. Ein Teil des Kältemittels empfängt in dem Wärmetauscher 15 latente Wärme, um zu verdampfen, und so erhöht sich der Prozentsatz des Sattdampfs, der in einem Kältemittel in einem Nassdampfzustand vorhanden ist.
In dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 wird das Kältemittel in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand in Kältemitteldampf in einem Sattdampfzustand und Kältemittelflüssigkeit in einem gesättigten Flüssigkeitszustand getrennt. Kältemittel in einem gesättigten Flüssigkeitszustand strömt aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80, strömt zu der Kühlleitung 32 des Kühlabschnitts 30 über die Kältemittelleitung 33, und kühlt die EV-Vorrichtung 31. In dem Kühlabschnitt 30 wird Wärme zu dem flüssigen Kältemittel in einem gesättigten Flüssigkeitszustand freigegeben, das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wurde, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Kältemittel wird durch das Austauschen von Wärme mit der EV-Vorrichtung 31 erwärmt, und die Trockenheit des Kältemittels steigt. Das Kältemittel empfängt von der EV-Vorrichtung 31 latente Wärme, um partiell in Nassdampf in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand zu verdampfen, der gemischt gesättigte Flüssigkeit und gesättigten Dampf an dem Auslass des Kühlabschnitts 30 enthält.
Kältemittel in einem Nassdampfzustand, das aus dem Kühlabschnitt 30 herausströmt, strömt über die Kältemittelleitungen 34 und 23a in den Wärmetauscher 14. Kältemittel in einem Nassdampfzustand strömt in die Rohre des Wärmetauschers 14. Wenn das Kältemittel durch die Rohre strömt, absorbiert das Kältemittel über die Flossen Wärme als latente Verdampfungswärme von der Außenluft, um mit einem konstanten Druck zu verdampfen, so dass der Prozentsatz des in dem Kältemittel in einem Nassdampfzustand enthaltenen gesättigten Dampfes steigt.
In dem Wärmetauscher 14 kann das Kältemittel erwärmt werden, bis das gesamte Kältemittel ein überhitzter Dampf wird, das Kältemittel kann erwärmt werden, bis das gesamte Kältemittel ein trockener Sattdampf wird, oder das Kältemittel kann in einem nassen gesättigten Dampfzustand an dem Auslass des Wärmetauschers 14 vorhanden sein. Wenn das aus dem Wärmetauscher 14 herausströmende Kältemittel ein flüssiges Kältemittel enthält, wird die Kältemittelflüssigkeit in dem Akkumulator 85 gespeichert, und lediglich gasförmiger Kältemitteldampf wird in den Verdichter 12 eingebracht. Dadurch wird verhindert, dass die Kältemittelflüssigkeit in den Verdichter 12 strömt. 5 zeigt einen Zustand des Kältemittels, wenn ein Kältemittel in einem nassen gesättigten Dampfzustand in Gas und Flüssigkeit in dem Akkumulator 85 getrennt wird, und Kältemittel in einem trockenen gesättigten Dampfzustand strömt aus dem Akkumulator 85 über die Kältemittelleitung 29 zu dem Verdichter 12. Das Kältemittel wiederholt fortlaufend die Änderungen zwischen dem verdichteten Zustand, dem kondensierten Zustand, dem über die Drossel entspannten Zustand und dem verdampften Zustand gemäß dem voranstehend beschriebenen Kreislauf.
Das Kühlsystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat das Drei-Wege-Ventil 41, das die Strömung des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb umschaltet. Während des Heizbetriebs kondensiert innerhalb des Wärmetauschers 13 strömender Kältemitteldampf, um Wärme zu der zum Berühren des Wärmetauschers 13 eingebrachten Klimaanlagenluft freizugeben. Der Wärmetauscher 13 verwendet ein Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks, das in dem Verdichter 12 adiabatisch verdichtet wurde, um die Kondensationswärme zu der zu dem Insassenraum des Fahrzeugs strömenden Klimaanlagenluft freizugeben, um dabei den Insassenraum des Fahrzeugs zu erwärmen, was zu der Zeit erforderlich ist, zu der das Kältemittelgas in einen Nassdampf des Kältemittels kondensiert. Klimaanlagenluft, die die Wärme von dem Wärmetauscher 13 empfängt, um ihre Temperatur zu erhöhen, strömt in den Insassenraum des Fahrzeugs, um dabei den Insassenraum des Fahrzeugs zu erwärmen.
Das Kühlsystem 1 ist in der Lage, die Temperatur der Klimaanlagenluft, die in dem Insassenraum des Fahrzeugs strömt, sowohl in dem Fall des Kühlbetriebs wie auch dem des Heizbetriebs geeignet anzupassen. Deswegen ist es möglich, die Kosten des Kühlsystems 1 zu reduzieren, und zusätzlich ist es möglich, die Größe des Kühlsystems 1 zu reduzieren. Zusätzlich strömt während des Heizbetriebs Kältemittel zu dem Kühlabschnitt 30 und tauscht Wärme mit der EV-Vorrichtung 31 aus, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Das Kühlsystem kühlt die EV-Vorrichtung 31, die die an dem Fahrzeug montierte Wärmeerzeugungsquelle ist, indem es den Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zum Klimatisieren des Insassenraums des Fahrzeugs verwendet.
Somit ist es möglich, das Kühlsystem 1 bereitzustellen, das in der Lage ist, die EV-Vorrichtung 31 geeignet zu kühlen, während eine exzellente Heizleistungsfähigkeit zum Erwärmen des Insassenraums des Fahrzeugs beibehalten wird, und das sowohl eine Heizleistungsfähigkeit zum Erwärmen des Fahrzeuginsassenraums wie auch eine Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 sicherstellt. In dem Kühlabschnitt 30 tauscht die EV-Vorrichtung 31 Wärme mit dem Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks aus, nachdem dieses durch das Expansionsventil 76 mittels Drossel entspannt wurde, und so ist es möglich, die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 weiter zu verbessern.
Während des Heizbetriebs absorbiert das Kältemittel Wärme von der EV-Vorrichtung 31 in dem Kühlabschnitt 30, um erwärmt zu werden, und absorbiert Wärme von der Außenluft in dem Wärmetauscher 14, damit sie weiter erwärmt wird. Durch das Erwärmen des Kältemittels sowohl in dem Kühlabschnitt 30 wie auch in dem Wärmetauscher 14 ist es möglich, eine Abwärme von der EV-Vorrichtung 31 wirkungsvoll zum Erwärmen des Insassenraums zu benutzen, und so steigt der Koeffizient der Leistungsfähigkeit, und es ist möglich, den Leistungsverbrauch zum adiabatischen Verdichten des Kältemittels in dem Verdichter 12 während des Heizbetriebs zu reduzieren.
Das Kühlsystem 1 hat den einzelnen Gas-Flüssigkeit-Separator 80. Durch das Verwenden des einzelnen Gas-Flüssigkeit-Separators 80 wird sowohl während des Kühlbetriebs wie auch während des Heizbetriebs Kältemittel in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand in Gas und Flüssigkeit getrennt, und lediglich Kältemittelflüssigkeit, die eine flüssiges Kältemittel ist, das in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wurde, wird zu dem Kühlabschnitt 30 zugeführt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Das flüssige Kältemittel ist Kältemittel in einem gerade gesättigten flüssigen Zustand. Deswegen kann dadurch, dass lediglich flüssiges Kältemittel von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 genommen wird, und das flüssige Kältemittel zu dem Kühlabschnitt 30 strömt, die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers 15, der an der stromaufwärts liegenden Seite des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 angeordnet ist, vollständig verwendet werden, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, und so ist es möglich, das eine verbesserte Kühlleistungsfähigkeit aufweisende Kühlsystem 1 zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 bereitzustellen.
Kältemittel in einem gesättigten flüssigen Zustand an dem Auslass des Gas-Flüssigkeit-Separators 80 wird in die Kühlleitung 32 eingebracht, die die EV-Vorrichtung 31 kühlt, um es dabei möglich zu machen, den Anteil von gasförmigem Kältemittel innerhalb des in dem Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 einschließlich der Kühlleitung 32 strömenden Kältemittels zu minimieren. Deswegen ist es möglich, einen Anstieg des Druckverlusts aufgrund eines Anstiegs der Strömungsrate des in dem Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 strömenden Kältemittels zu unterdrücken, und der Leistungsverbrauch des Verdichters 12 zum Strömen des Kältemittels kann reduziert werden, und so ist es möglich, eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 zu vermeiden.
Wenn Kältemittelflüssigkeit in einer vorbestimmten Menge in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 gespeichert ist, ist es möglich, die Strömungsrate des zu der Zeit des Umschaltens zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Kühlabschnitt 30 strömenden Kältemittels beizubehalten. Da der Gas-Flüssigkeit-Separator 80 die Funktion aufweist, Flüssigkeit zu speichern, ist es möglich, Schwankungen in der Kältemittelströmungsrate zu absorbieren, d. h., die Strömungsrate des von den Wärmetauschern 14 und 15 zu dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 strömenden Kältemittels verringert sich vorübergehend zu der Zeit des Umschaltens zwischen dem Kühlbetrieb und dem Heizbetrieb. Somit ist es möglich, eine Verknappung von zu der Zeit des Umschaltens zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb zu dem Kühlabschnitt 30 zugeführten Kältemittels zu vermeiden, und so ist es möglich, die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 zu stabilisieren.
Die Kältemittelleitung 23, die einen Kältemittelpfad ausbildet, der nicht durch den Kühlabschnitt 30 tritt, und die Kältemittelleitungen 33 und 34 und die Kühlleitung 32, die einen Kältemittelpfad ausbilden, der durch den Kühlabschnitt 30 tritt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, sind parallel zueinander als Pfade des von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu dem Wärmetauscher 14 strömenden Kältemittels bereitgestellt. Das Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 einschließlich der Kältemittelleitungen 33 und 34 ist parallel mit der Kältemittelleitung 23 verbunden. Deswegen strömt lediglich ein Teil des aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 herausströmenden Kältemittels zu dem Kühlabschnitt 30. Durch das Anpassen des Öffnungsgrads des in der Kältemittelleitung 23 bereitgestellten Strömungsregulierungsventils 42 werden die Strömungsrate des von dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 zu der Kältemittelleitung 23 strömenden Kältemittels und die Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt 30 strömenden Kältemittels geeignet angepasst. Durch die Strömungsratenanpassung strömt eine Menge des zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 erforderlichen Kältemittels zu dem Kühlabschnitt 30, und die EV-Vorrichtung 31 wird geeignet gekühlt.
Der Pfad des Kältemittels, das von dem Wärmetauscher 15 zu dem Wärmetauscher 14 strömt, ohne durch den Kühlabschnitt 30 durchzutreten, und der Pfad des Kältemittels, das von dem Wärmetauscher 15 über den Kühlabschnitt 30 zu dem Wärmetauscher 14 strömt, sind parallel zueinander bereitgestellt, und es wird verursacht, dass lediglich ein Teil des Kältemittels zu den Kältemittelleitungen 33 und 34 strömt. Dadurch ist es möglich, den Druckverlust zu der Zeit zu reduzieren, zu der das Kältemittel durch das Kühlsystem zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 strömt. Nicht das gesamte Kältemittel strömt zu dem Kühlabschnitt 30. Deswegen ist es möglich, den Druckverlust zu reduzieren, damit die Strömung des Kältemittels über den Kühlabschnitt 30 zusammenhängt, und entsprechend ist es möglich, den Leistungsverbrauch zu reduzieren, der zum Betreiben des Verdichters 12 zum Zirkulieren des Kältemittels erforderlich ist.
Wie voranstehend beschrieben wurde, kann verstanden werden, dass während der normalen Wärmeerzeugung, in der die EV-Vorrichtung 31 eine Wärmemenge erzeugt, die kleiner als die maximale erzeugte Wärmemenge ist, die Wärmetauscher 14 und 15 jeweils augenscheinlich in ihrer Größe ansteigen, und dass die Temperatureffizienz φc von jedem der Wärmetauscher 14 und 15 höher wird. Eine luftseitige Kühlleistungsfähigkeit Qea in jedem der Wärmetauscher 14 und 15 ist direkt proportional zu der Temperatureffizienz φc des Wärmetauschers, einer spezifischen Luftwärme Ca, einem Luftvolumen über dem Gewicht Gea und einem Unterschied (Tea – Ter), der durch das Subtrahieren einer Kältemitteltemperatur Ter von einer Einlasslufttemperatur Tea erhalten wird. Die erforderliche Kühlleistungsfähigkeit Qea ist unverändert, und die spezifische Luftwärme Ca, das Luftvolumen über dem Gewicht Gea und die Einlasslufttemperatur Tea sind gemäß einer Außenlufttemperatur und einer Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, und so erhöht sich die Kältemitteltemperatur Ter durch die Größe des Anstiegs der Temperatureffizienz φc. Eine Verringerung der Kältemitteltemperatur Ter in den Wärmetauschern 14 und 15 bedeutet einen Anstieg in dem Druck des Kältemittels, das durch die Wärmetauscher 14 und 15 strömt.
Der Druck des Kältemittels in den Wärmetauschern 14 und 15 steigt, und der niedrige Druck des Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs 10 steigt. Als Ergebnis steigt der Druck des Kältemittels an dem Einlass des Verdichters 12. Deswegen ist es möglich, die Leistung zum adiabatischen Verdichten des Kältemittels in dem Verdichter 12 zu reduzieren, um einen vorbestimmten Kältemitteldruck an dem Auslass des Verdichters 12 zu erhalten, und so ist es möglich, eine weitere Leistungseinsparung zu erreichen. Somit ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern. Insbesondere in einem elektrischen Fahrzeug ist es möglich, den Verbrauch elektrischer Leistung direkt durch das Einsparen von Leistung zu verbessern.
Dritte Betriebsart
6 ist eine schematische Ansicht, die den Betrieb des Kühlsystems 1 in der dritten Betriebsart zeigt. Wie aus 2A, 2B und 6 ersichtlich ist, ist die dritte Betriebsart eine Betriebsart, in der eine Heizleistungsfähigkeit geringfügig verschlechtert ist, es aber möglich ist, den Fahrzeuginsassenraum während des Betriebs der Klimaanlage zum Erwärmen des Insassenraums des Fahrzeugs zu entfeuchten.
In der dritten Betriebsart ist es erforderlich, dass das Kältemittel durch einen Pfad strömt, der den Wärmetauscher 13 hat, um den Fahrzeuginsassenraum zu erwärmen, und so befindet sich der Verdichter 12 in einem betrieben Zustand. Das Strömungsregulierungsventil 42 passt die Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt 30 strömenden Kältemittels an, und der Ventilöffnungsgrad des Strömungsregulierungsventils 42 wird derart angepasst, dass eine ausreichende Menge von Kältemittel zu dem Kühlabschnitt 30 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Das Strömungsregulierungsventil 43 ist vollständig geöffnet, um den Druckverlust des durch die Kältemittelleitung 24 strömenden Kältemittels zu minimieren. Der offene/geschlossene Zustand des Drei-Wege-Ventils 41 wird derart umgeschaltet, dass die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 71 miteinander in Fluidverbindung sind, und die Kältemittelleitung 22b nicht mit beiden Kältemittelleitungen 22a und 71 in Fluidverbindung ist.
Das Ein-Aus-Ventil 37 wird geöffnet, und die Kältemittelleitung 34 wird in einen Fluidverbindungszustand eingestellt. Das Ein-Aus-Ventil 38 wird geschlossen, und die Kältemittelleitung 35 ist unterbrochen. Das Ein-Aus-Ventil 52 ist geschlossen, und die Verbindungsleitung 51 ist unterbrochen. Die offenen/geschlossenen Zustände des Auswahlventils 36 und des Ein-Aus-Ventils 52 werden derart umgeschaltet, dass ein aus dem Kühlabschnitt 30 ausströmendes Kältemittel zu der Kältemittelleitung 34 strömt, und nicht zu der Kältemittelleitung 35 und der Verbindungsleitung 51 strömt. Die Ein-Aus-Ventile 64, 77 und 78 sind jeweils geöffnet, und die Kältemittelleitungen 61, 73 und 74 sind in einem Fluidverbindungszustand eingestellt. Das Ein-Aus-Ventil 44 ist geschlossen, und die Kältemittelleitung 25 ist unterbrochen.
Kältemittel tritt durch einen Kältemittelzirkulationspfad, der durch das aufeinanderfolgende Verbinden des Verdichters 12, des Wärmetauschers 13, des Expansionsventils 76 und der Wärmetauscher 15 und 14 durch die Kältemittelleitungen 21, 22a, 71, 72, 73, 25, 24, 23, 22b, 61 und 29 ausgebildet ist, um in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zu zirkulieren. Kältemittel tritt ebenfalls durch einen Kältemittelzirkulationspfad, der durch das aufeinanderfolgende Verbinden des Verdichters 12, des Wärmetauschers 13, des Expansionsventils 76 und des Wärmetauschers 18 durch die Kältemittelleitungen 21, 22a, 71, 72, 74 und 26 bis 29 ausgebildet ist, um in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zu zirkulieren. Durch das Expansionsventil 76 durchtretendes Kältemittel strömt parallel zu den Wärmetauschern 15 und 14 und zu dem Wärmetauscher 18.
7 ist ein Mollier-Diagramm, das den Zustand des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 in der dritten Betriebsart zeigt. In 7 stellt die Abszissenachse die spezifische Enthalpie des Kältemittels dar, und die Ordinatenachse stellt den Absolutdruck des Kältemittels dar. Die Einheit der spezifischen Enthalpie ist kJ/kg, und die Einheit des Absolutdrucks ist MPa. Die Kurve in dem Diagramm ist die Sättigungsdampfdruckkurve und die Sättigungsflüssigkeitsdruckkurve (Kondensationslinie) des Kältemittels.
7 zeigt den thermodynamischen Zustand des Kältemittels an Punkten in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10, wenn das Kältemittel in dem Verdichter 12 adiabatisch verdichtet wird, in dem Wärmetauscher 13 kondensiert wird, durch das Expansionsventil 76 mittels Drossel entspannt wird, und in dem Wärmetauscher 18 verdampft, zusätzlich zu dem thermodynamischen Zustand des Kältemittels, das in den Kühlabschnitt 30 strömt, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, wie aus 5 ersichtlich ist. Der Zustand des Kältemittels, das die EV-Vorrichtung 31 kühlt, und der Zustand des Kältemittels, das von dem Verdichter 12 zu dem Expansionsventil 76 gelangt, sind die gleichen wie die in der zweiten Betriebsart, so dass deren Beschreibung nicht wiederholt wird. Im Folgenden wird der Zustand des Kältemittels, das von dem Expansionsventil 76 zu dem Wärmetauscher 18 strömt, was für die dritte Betriebsart charakteristisch ist, beschrieben.
Kältemittel, das in dem Expansionsventil 76 entspannt wird und in seiner Temperatur verringert wird, strömt zu der Kältemitteleitung 72. Das Kältemittel zweigt von der Kältemittelleitung 72 zu den Kältemittelleitungen 73 und 74 ab, und ein Teil des Kältemittels strömt über die Kältemittelleitungen 74 und 26 zu dem Wärmetauscher. Ein Teil des Kältemittels, das in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zirkuliert, zweigt ab und strömt zu dem Wärmetauscher 18, und das Kältemittel in einem Nassdampfzustand, dessen Temperatur niedriger als eine Taupunkttemperatur einer Klimaanlagenluft ist, strömt in die Rohre des Wärmetauschers 18. Der Wärmetauscher 18 absorbiert die Wärme von einer Klimaanlagenluft, die eingebracht wird, um den Wärmetauscher 18 zu berühren, durch Verdampfung des atomisierten Kältemittels, das innerhalb des Wärmetauschers 18 strömt, um dabei die Temperatur der Klimaanlagenluft zu verringern. Wenn das Kältemittel durch die Rohre des Wärmetausches 18 strömt, absorbiert das Kältemittel die Wärme von der Klimaanlagenluft über die Flossen als latente Verdampfungswärme, um mit einem konstanten Druck erwärmt und verdampft zu werden. Somit erhöht sich die Trockenheit des Kältemittels.
An dem Auslass des Wärmetauschers 18 befindet sich das Kältemittel in einem nassen gesättigten Dampfzustand. Danach strömt das Kältemittel zu dem Akkumulator 85. Kältemittelflüssigkeit wird in dem Akkumulator 85 gespeichert, und lediglich gasförmiger Kältemitteldampf wird in den Verdichter 12 eingebracht. Dadurch wird verhindert, dass die Kältemittelflüssigkeit in den Verdichter 12 strömt.
In der somit beschriebenen dritten Betriebsart wird die Klimaanlagenluft, die durch die Rohrleitung 90 strömt, durch das Freigeben von Wärme zu dem Kältemittel in dem Wärmetauscher 18 gekühlt. Wenn die Temperatur der Klimaanlagenluft auf einen Bereich unterhalb der Taupunkttemperatur verringert wird, kondensiert Wasserdampf, der in der Klimaanlagenluft enthalten ist, und die Menge des in der Klimaanlagenluft enthaltenen Wasserdampfs reduziert sich. Danach empfängt die Klimaanlagenluft Wärme von dem Kältemittel in dem Wärmetauscher 13, um erwärmt zu werden. Nachdem die Klimaanlagenluft in dem Wärmetauscher 18 gekühlt wurde, wird sie in dem Wärmetauscher 13 erwärmt. Dadurch verringert sich die Feuchtigkeit der Klimaanlagenluft. Auf diese Weise wird trockene Klimaanlagenluft in den Insassenraum des Fahrzeugs eingebracht, und so ist es möglich, den Fahrzeuginsassenraum zusätzlich zu einem Heizbetrieb zu entfeuchten.
In der dritten Betriebsart wird die Temperatur der Klimaanlagenluft einmal in dem Wärmetauscher 18 verringert, so dass sich die Heizleistungsfähigkeit im Vergleich zu der zweiten Betriebsart verschlechtert, es ist aber vorteilhaft möglich, den Fahrzeuginsassenraum zu entfeuchten. In dem Fall des Kühlsystems 1, das an dem Fahrzeug montiert ist, ist eine Entfeuchtungsfunktion z. B. zum Entfernen von einem Beschlag von einem Fahrzeugfenster unverzichtbar. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, das Kühlsystem 1, das zusätzlich zu der Heiz- und Kühlfunktion die Entfeuchtungsfunktion aufweist, und das in der Lage ist, die EV-Vorrichtung 31 weiter geeignet zu kühlen, mit einer einfachen Konfiguration zu implementieren.
Vierte Betriebsart
8 ist eine schematische Ansicht, die den Betrieb des Kühlsystems 1 in der vierten Betriebsart zeigt. Wie aus 2A, 2B und 8 ersichtlich ist, ist die vierte Betriebsart eine Betriebsart, in der eine Entfeuchtungsleistungsfähigkeit zum Entfeuchten des Fahrzeuginsassenraums weiter während des Betriebs der Klimaanlage zum Erwärmen des Insassenraums des Fahrzeugs erhöht wird.
In der vierten Betriebsart ist es erforderlich, dass das Kältemittel durch einen Pfad strömt, der den Wärmetauscher 13 hat, um den Fahrzeuginsassenraum zu erwärmen, und so befindet sich der Verdichter 12 in einem Betriebszustand. Das Strömungsregulierungsventil 42 ist vollständig geöffnet, um den Druckverlust des durch die Kältemittelleitung 23 strömenden Kältemittels zu minimieren. Das Strömungsregulierungsventil 43 ist vollständig geschlossen, und die Kältemittelleitung 24 ist unterbrochen. Der geöffnete/geschlossene Zustand des Drei-Wege-Ventils 41 wird derart umgeschaltet, dass die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 71 miteinander in Fluidverbindung sind, und die Kältemittelleitung 22b mit beiden Kältemittelleitungen 22a und 71 nicht in Fluidverbindung ist.
Die Ein-Aus-Ventile 37 und 38 sind geschlossen, und die Kältemittelleitungen 34 und 35 sind unterbrochen. Das Ein-Aus-Ventil 52 ist geöffnet, und die Verbindungsleitung 51 ist in einem Fluidverbindungszustand eingestellt. Die offenen/geschlossenen Zustände des Auswahlventils 36 und des Ein-Aus-Ventils 52 werden derart umgeschaltet, dass ein aus dem Kühlabschnitt 30 herausströmendes Kältemittel zu der Verbindungsleitung 51 strömt und nicht zu der Kältemittelleitung 34 und der Kältemittelleitung 34 strömt. Das Ein-Aus-Ventil 78 ist geöffnet, und die Kältemittelleitung 74 ist in einem Fluidverbindungszustand eingestellt. Die Ein-Aus-Ventile 44, 64 und 77 sind jeweils geschlossen, und die Kältemittelleitungen 25, 61 und 73 sind unterbrochen.
Kältemittel tritt durch einen Kältemittelzirkulationspfad durch, der durch das aufeinanderfolgende Verbinden des Verdichters 12, des Wärmetauschers 13, des Expansionsventils 76 und des Wärmetauschers 18 durch die Kältemittelleitungen 21, 22a, 71, 72, 74 und 26 bis 29 ausgebildet ist, um in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 zu zirkulieren. Kältemittel tritt ebenfalls durch einen Kältemittelzirkulationspfad, der durch das Verbinden des Kühlabschnitts 30 durch die Kältemittelleitung 23, den Gas-Flüssigkeit-Separator 80, die Kältemittelleitung 33, die Verbindungsleitung 51 und die Kältemittelleitung 22b mit dem Wärmetauscher 14 ausgebildet ist.
9 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Teils des Kühlsystems 1 zeigt, das aus 8 ersichtlich ist. Mit den voranstehend beschriebenen Einstellungen der offenen/geschlossen Zustände des Drei-Wege-Ventils 41, der Strömungsregulierungsventile 42 und 43 und der Ein-Aus-Ventile 37, 38, 52 und 64 tritt eine Strömung des Kältemittels auf, das zwischen dem Kühlabschnitt 30 und dem Wärmetauscher 14 zirkuliert. Es ist nämlich ein geschlossener ringförmiger Pfad ausgebildet, der von dem Wärmetauscher 14 zu dem Kühlabschnitt 30 über die Kältemittelleitung 23, den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und die Kältemittelleitung 33 aufeinanderfolgend geführt ist, und weiter durch die Verbindungsleitung 51 und die Kältemittelleitung 22 aufeinanderfolgend tritt, und zu dem Wärmetauscher 14 zurückführt. Es ist möglich, das Kältemittel zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Kühlabschnitt 30 über den ringförmigen Pfad zu zirkulieren.
Wenn das Kältemittel die EV-Vorrichtung 31 kühlt, empfängt das Kältemittel latente Verdampfungswärme von der EV-Vorrichtung 31, um zu verdampfen. Durch das Austauschen von Wärme mit der EV-Vorrichtung 31 verdampfter Kältemitteldampf strömt über die Verbindungsleitung 51 und die Kältemittelleitung 22 aufeinanderfolgend zu dem Wärmetauscher 14. In dem Wärmetauscher 14 wird der Kältemitteldampf durch den Fahrtwind des Fahrzeugs oder Luftzug von einem Kühlventilator abgekühlt, um zu kondensieren. In dem Wärmetauscher 14 verflüssigte Kältemittelflüssigkeit strömt über die Kältemittelleitung 23 zu dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80. In dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrenntes flüssiges Kältemittel kehrt über die Kältemittelleitung 33 zu dem Kühlabschnitt 30 zurück.
Auf diese Weise ist ein Heizrohr, in dem die EV-Vorrichtung 31 als ein Heizabschnitt dient, und der Wärmetauscher 14 als ein Kühlabschnitt dient, durch den ringförmigen Pfad ausgebildet, der durch den Kühlabschnitt 30 und den Wärmetauscher 14 durchtritt. Somit ist es möglich, Kältemittel zu dem Kühlabschnitt 30 ohne die Notwendigkeit einer Leistung des Verdichters 12 zuzuführen, und so ist es möglich, die EV-Vorrichtung 31 zuverlässig zu kühlen.
9 zeigt einen Boden 100. Der Kühlabschnitt 30 zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 ist in der vertikalen Richtung rechtwinklig zu dem Boden 100 unterhalb des Wärmetauschers 14 angeordnet. In dem ringförmigen Pfad, der das Kältemittel zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Kühlabschnitt 30 zirkuliert, ist der Kühlabschnitt 30 unterhalb und der Wärmetauscher 14 oberhalb angeordnet. Der Wärmetauscher 14 ist in einer Höhe angeordnet, die höher als der Kühlabschnitt 30 liegt.
In diesem Fall begibt sich ein in dem Kühlabschnitt 30 erwärmter und verdampfter Kältemitteldampf in dem ringförmigen Pfad nach oben, erreicht den Wärmetauscher 14, wird in dem Wärmetauscher 14 abgekühlt, kondensiert in flüssiges Kältemittel, geht in dem ringförmigen Pfad aufgrund der Schwerkraft nach unten, und kehrt zu dem Kühlabschnitt 30 zurück. Es wird nämlich aus dem Kühlabschnitt 30, dem Wärmetauscher 14 und den diese verbindenden Kältemittelpfaden ein Thermosiphonwärmerohr ausgebildet. Während des Heizrohrbetriebs beeinflusst die potentielle Wärme des in dem Wärmetauscher 14 verflüssigten Kältemittels die Zirkulationsmenge des Kältemittels, und so ist es durch das Anordnen des Wärmetauschers 14 in einer höher als der Kühlabschnitt 30 liegenden Höhe möglich, den Wärmeübertragungswirkungsgrad von der EV-Vorrichtung 31 zu dem Wärmetauscher 14 zu verbessern, und es ist möglich, die Kühlleistungsfähigkeit zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 weiter zu verbessern. Somit ist es sogar möglich, wenn der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 angehalten ist, die EV-Vorrichtung 31 weiter wirkungsvoll zu kühlen, ohne Leistung hinzuzufügen.
10 ist ein Mollier-Diagramm, das den Zustand des Kältemittels in dem Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 in der vierten Betriebsart zeigt. In 10 stellt die Abszissenachse die spezifische Enthalpie des Kältemittels dar, und die Ordinatenachse stellt den Absolutdruck des Kältemittels dar. Die Einheit der spezifischen Enthalpie ist kJ/kg, und die Einheit des Absolutdrucks ist MPa. Die Kurve in dem Diagramm ist die Sättigungsdampfdruckkurve und die Sättigungsflüssigkeitsdruckkurve des Kältemittels.
10 zeigt durch die durchgehende Linie, die ebenfalls in 7 gezeigt ist, den thermodynamischen Zustand des Kältemittels, das von dem Expansionsventil 76 zu dem Wärmetauscher 18 strömt, und zeigt außerdem durch die punktierte Linie den thermodynamischen Zustand des Kältemittels, das in einer geschlossenen Schleife zirkuliert, die aus einem Kältemittelpfad ausgebildet ist, der den Wärmetauscher 14, den Gas-Flüssigkeit-Separator 80 und den Kühlabschnitt 30 verbindet. Der Zustand des Kältemittels, das die Klimaanlagenluft erwärmt und entfeuchtet, ist der gleiche wie der der dritten Betriebsart, so dass dessen Beschreibung nicht wiederholt wird. Im Folgenden wird der Zustand des Kältemittels beschrieben, das zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Kühlabschnitt 30 zirkuliert, was für die vierte Betriebsart charakteristisch ist.
In den Wärmetauscher 14 strömendes Kältemittel gibt zu der Zeit des Strömens durch die Rohre des Wärmetauschers 14 aufgrund des Fahrtwinds des Fahrzeugs oder eines Zugs von dem Kühlventilator Wärme zu der zu kühlenden Umgebung ab, um dabei zu kondensieren (sich zu verflüssigen). Durch den Wärmetausch mit der Außenluft in dem Wärmetauscher 14 verringert sich die Temperatur des Kältemittels, und das Kältemittel verflüssigt sich. In dem Wärmetauscher 14 gibt das Kältemittel latente Kondensationswärme ab, um sich allmählich mit einem konstanten Druck in Nassdampf in einem Gas-Flüssigkeit-Gemischzustand zu verflüssigen. Kältemittel in einem zweiphasigen Gas-Flüssigkeit-Zustand strömt zu dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 über die Kälteleitung 23 und wird in Kältemitteldampf in einem Sattdampfzustand und Kältemittelflüssigkeit in einem Zustand gesättigter Flüssigkeit in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt.
Kältemittel in einem gesättigten flüssigen Zustand strömt aus dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80, strömt zu der Kühlleitung 32 des Kühlabschnitts 30 über die Kältemittelleitung 33, und kühlt die EV-Vorrichtung 31. In dem Kühlabschnitt 30 wird Wärme zu dem flüssigen Kältemittel in einem gesättigten flüssigen Zustand freigesetzt, das in dem Wärmetauscher 14 kondensiert wurde und in dem Gas-Flüssigkeit-Separator 80 getrennt wurde, um dabei die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Kältemittel wird durch das Austauschen von Wärme mit der EV-Vorrichtung 31 erwärmt, verdampft allmählich mit einem konstanten Druck, und die Trockenheit des Kältemittels erhöht sich. Typischerweise wird in dem Kühlabschnitt 30 Wärme zwischen dem Kältemittel und der EV-Vorrichtung 31 ausgetauscht, bis das gesamte Kältemittel trockener gesättigter Dampf wird. Kältemittel, von dem ein Teil oder alles durch den Wärmetausch mit der EV-Vorrichtung 31 verdampft wurde, strömt aus dem Kühlabschnitt 30 und kehrt über die Verbindungsleitung 51 und die Kältemittelleitung 22 aufeinanderfolgend zu dem Wärmetauscher 14 zurück.
In der dritten Betriebsart, die aus 6 ersichtlich ist, strömt lediglich ein Teil des Kältemittels niedriger Temperatur und niedrigen Drucks, das durch das Expansionsventil 76 entspannt wurde, zu dem Wärmetauscher 18. Im Gegensatz dazu strömt in der vierten Betriebsart das gesamte Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks, das durch das Expansionsventil 76 entspannt wurde, zu dem Wärmetauscher 18. Aufgrund eines Anstiegs der Menge des Kältemittels, das zu dem Wärmetauscher 18 strömt, verringert sich die Heizleistungsfähigkeit im Vergleich mit der dritten Betriebsart weiter; jedoch ist es möglich, die Klimaanlagenluft in dem Wärmetauscher 18 weiter zu kühlen, und so verbessert sich die Entfeuchtungsleistungsfähigkeit zum Entfeuchten der Klimaanlagenluft. Durch das Betreiben des Kühlsystems 1 in der vierten Betriebsart ist es möglich, die Luft innerhalb des Fahrzeuginsassenraums weiter zu entfeuchten, und so ist es möglich, die Entfeuchtung schnell und zuverlässig auszuführen.
Kältemittel, das durch den Verdichter 12 angetrieben wird, strömt nicht in den Kühlabschnitt 30; jedoch arbeitet ein Schleifenheizrohr, das den Wärmetauscher 14 als Kondensator verwendet, und den Kühlabschnitt 30 als Verdampfer verwendet, um die EV-Vorrichtung 31 zuverlässig zu kühlen. Die Leistung des Verdichters 12 ist nicht erforderlich, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen, und es ist möglich, die EV-Vorrichtung 31 ohne Leistung zu kühlen.
Somit ist es möglich, das Kühlsystem 1 zu implementieren, das die weiterhin ausgezeichnete Entfeuchtungsfunktion hat, und das in der Lage ist, weiterhin die EV-Vorrichtung 31 mit einer einfachen Konfiguration geeignet zu kühlen. Es ist möglich, die EV-Vorrichtung 31 ohne Leistung zu kühlen, und so ist es möglich, weiterhin ein Einsparen von Leistung und einer Bequemlichkeit durch Reduzieren des Leistungsverbrauchs des Verdichters 12 zu verbessern.
Fünfte Betriebsart
11 ist eine schematische Ansicht, die den Betrieb des Kühlsystems 1 in der fünften Betriebsart zeigt. Wie aus 2A, 2B und 11 ersichtlich ist, ist die fünfte Betriebsart eine Betriebsart, in der die EV-Vorrichtung 31 während eines Anhaltens der Klimaanlage zum Erwärmen des Insassenraums des Fahrzeugs ohne Leistung gekühlt wird.
In der fünften Betriebsart ist die Klimaanlage in dem Fahrzeuginsassenraum angehalten, und es ist nicht erforderlich, die Klimaanlagenluft zu erwärmen oder zu kühlen, so dass sich der Verdichter 12 in einem angehalten Zustand befindet. Das Strömungsregulierungsventil 42 ist vollständig geöffnet, um den Druckverlust des durch die Kältemittelleitung 23 strömenden Kältemittels zu minimieren. Das Strömungsregulierungsventil 43 ist vollständig geschlossen, und die Kältemittelleitung 24 ist unterbrochen. Der offene/geschlossene Zustand des Drei-Wege-Ventils 41 wird derart umgeschaltet, dass sich die Kältemittelleitung 22a und die Kältemittelleitung 71 miteinander in Fluidverbindung befinden, und die Kältemittelleitung 22b mit den beiden Kältemittelleitungen 22a und 71 nicht in Fluidverbindung ist.
Die Ein-Aus-Ventile 37 und 38 sind geschlossen, und die Kältemittelleitungen 34 und 35 sind unterbrochen. Das Ein-Aus-Ventil 52 ist geöffnet, und die Verbindungsleitung 51 ist in einen Fluidverbindungszustand eingestellt. Die offenen/geschlossenen Zustände des Auswahlventils 36 und des Ein-Aus-Ventils 52 werden derart geschaltet, dass aus dem Kühlabschnitt 30 strömendes Kältemittel zu der Verbindungsleitung 51 strömt und nicht zu der Kältemittelleitung 34 und der Kältemittelleitung 35 strömt. Das Ein-Aus-Ventil 64 ist geschlossen, und die Kältemittelleitung 61 ist unterbrochen. Die offenen/geschlossenen Zustände der anderen Ein-Aus-Ventile 44, 77 und 78 werden beliebig ausgewählt.
Kältemittel tritt durch einen Kältemittelzirkulationspfad, der durch das Verbinden des Kühlabschnitts 30 mit dem Wärmetauscher 14 durch die Kältemittelleitung 23, den Gas-Flüssigkeit-Separator 80, die Kältemittelleitung 33, die Verbindungsleitung 51 und die Kältemittelleitung 22b ausgebildet ist.
Wie es in der vierten Betriebsart der Fall ist, wird ein Heizrohr, in dem die EV-Vorrichtung 31 als Heizabschnitt dient, und der Wärmetauscher 14 als Kühlabschnitt dient, durch den ringförmigen Pfad ausgebildet, der durch den Kühlabschnitt 30 und den Wärmetauscher 14 durchtritt. Es ist möglich, Kältemittel zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Kühlabschnitt 30 über den ringförmigen Pfad zirkulieren zu lassen, ohne den Verdichter 12 zu betreiben.
Sogar wenn der Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislauf 10 angehalten ist, d. h., sogar wenn das Kühlen für das Fahrzeug angehalten ist, ist es deswegen möglich, die EV-Vorrichtung 31 zuverlässig zu kühlen, ohne dass die Notwendigkeit eines Anfahrens des Verdichters 12 besteht. Es ist möglich, die EV-Vorrichtung 31 ohne Leistung zu kühlen, und es ist nicht erforderlich, dass der Verdichter 12 konstant arbeitet, um die EV-Vorrichtung 31 zu kühlen. Dadurch ist es möglich, eine weitere Einsparung von Leistung und eine Bequemlichkeit durch das Reduzieren des Leistungsverbrauchs des Verdichters 12 zu verbessern, und zusätzlich ist es möglich, die Zuverlässigkeit des Verdichters 12 zu verbessern, da die Lebensdauer des Verdichters 12 ausgedehnt ist.
Wenn es während des Betriebs des Kühlsystems 1 in der vierten oder fünften Betriebsart nicht möglich ist, die Potentialhöhe des Kältemittels aufgrund einer Verknappung des Kältemittels innerhalb des Kältemittelpfads der geschlossenen Schleife sicherzustellen, wird der Verdichter 12 in einem erzwungenen Betrieb betrieben, um lediglich in einem kurzen Zeitraum in einem Zustand zu arbeiten, in dem das Drei-Wege-Ventil 41 umgeschaltet wird, um eine Fluidverbindung zwischen Kältemittelleitung 22a und der Kältemittelleitung 22b herzustellen. Durch den erzwungenen Betrieb wird das sich in den Wärmetauschern 13 und 18 ansammelnde Kältemittel nach oben gezogen und dem Pfad geschlossener Schleife zugeführt, die Menge des Kältemittels in dem Pfad geschlossener Schleife wird erhöht, und somit die Menge des Kältemittels in dem Heizrohr sichergestellt. Als Ergebnis ist es möglich, die Potentialhöhe des Kältemittels sicherzustellen, an der es möglich ist, die zum Kühlen der EV-Vorrichtung 31 erforderliche Kühlleistungsfähigkeit sicherzustellen, und so ist es möglich, die Menge der in dem Heizrohr ausgetauschten Wärme zu erhöhen, und es ist möglich, eine Situation zu vermeiden, dass die Kühlung der EV-Vorrichtung 31 aufgrund einer Verknappung der Menge des Kältemittels unzureichend ist.
Es ist anzumerken, dass in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform das Kühlsystem 1, das eine elektrische Vorrichtung kühlt, die an dem Fahrzeug montiert ist, unter Verwendung der EV-Vorrichtung 31 als ein Beispiel beschrieben ist. Die elektrische Vorrichtung ist nicht auf die dargestellten elektrischen Vorrichtungen wie z. B. einen Wandler und einen Motorgenerator begrenzt. Die elektrische Vorrichtung kann eine beliebige elektrische Vorrichtung sein, solange sie Wärme erzeugt, wenn sie betätigt wird. In dem Fall, in dem eine Mehrzahl von elektrischen Vorrichtungen zu kühlen ist, haben die mehreren elektrischen Vorrichtungen wünschenswert einen gemeinsamen Kühlsolltemperaturbereich. Der Kühlsolltemperaturbereich ist ein geeigneter Temperaturbereich, innerhalb dessen die elektrische Vorrichtung betätigt wird.
Darüber hinaus ist die durch das Kühlsystem 1 gekühlte Wärmeerzeugungsquelle gemäß der Ausführungsform der Erfindung nicht auf die elektrische Vorrichtung begrenzt, die an dem Fahrzeug montiert ist; stattdessen kann sie eine beliebige Vorrichtung sein, die Wärme erzeugt, oder sie kann ein Wärmeerzeugungsabschnitt einer beliebigen Vorrichtung sein.
Die Ausführungsform gemäß der Erfindung ist voranstehend beschrieben; jedoch sollte die voranstehend beschriebene Ausführungsform jeder Hinsicht lediglich als darstellend in und nicht als beschränkend berücksichtigt werden. Der Bereich der Erfindung ist nicht durch die voranstehende Beschreibung angezeigt, sondern durch die anhängenden Ansprüche, und es ist beabsichtigt, alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs gleichwertig dem Bereich der anhängenden Ansprüche zu umfassen.
Das Kühlsystem gemäß der Erfindung kann insbesondere vorteilhaft zum Kühlen einer elektrischen Vorrichtung wie z. B. eines Motorgenerators und eines Wandlers unter Verwendung eines Verdampfungs-Verdichtungs-Kältemittelkreislaufs zum Kühlen eines Insassenraums in einem Fahrzeug wie z. B. einem Hybridfahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug und einem elektrischen Fahrzeug angewendet werden, das mit der elektrischen Vorrichtung ausgestattet ist.

Claims

Kühlsystem, das eine Wärmeerzeugungsquelle kühlt, mit: einem Verdichter, der konfiguriert ist, ein in dem Kühlsystem zirkulierendes Kältemittel zu verdichten; einem ersten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Kältemittel und einer Umgebungsluft auszutauschen; einem zweiten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft auszutauschen; einer ersten Entspannungseinrichtung, die konfiguriert ist, das Kältemittel zu entspannen; einem dritten Wärmetauscher, der konfiguriert ist, Wärme zwischen dem Kältemittel und einer Klimaanlagenluft zu tauschen; einem Speicher, der konfiguriert ist, das Kältemittel in einer flüssigen Phase zu speichern, wobei das Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher oder dem zweiten Wärmetauscher kondensiert wird; einem Kühlabschnitt, der konfiguriert ist, die Wärmeerzeugungsquelle unter Verwendung des Kältemittels in einer flüssigen Phase zu kühlen; einem ersten Auswahlventil, das konfiguriert ist, zwischen der Strömung des Kältemittels von dem ersten Wärmetauscher zu dem Kühlabschnitt über den Speicher und der Strömung des Kältemittels von dem zweiten Wärmetauscher zu dem Kühlabschnitt über den Speicher umzuschalten; einer ersten Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Speicher bereitstellt; einer zweiten Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem Speicher bereitstellt; einer dritten Leitung, wobei das Kältemittel in einer flüssigen Phase von dem Speicher durch die dritte Leitung zu dem Kühlabschnitt strömt; einem ersten Strömungsregulierungsventil, das in der ersten Leitung bereitgestellt ist, wobei das erste Strömungsregulierungsventil konfiguriert ist, eine Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt strömenden Kältemittels anzupassen; einem zweiten Strömungsregulierungsventil, das in der zweiten Leitung bereitgestellt ist, wobei das zweite Strömungsregulierungsventil konfiguriert ist, die Strömungsrate des durch den Kühlabschnitt strömenden Kältemittels anzupassen; einer vierten Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen einer Auslassseite des Kühlabschnitts und der ersten Leitung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem ersten Strömungsregulierungsventil bereitstellt; einer fünften Leitung, die eine Fluidverbindung zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts und der zweiten Leitung zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem zweiten Strömungsregulierungsventil bereitstellt; und einem zweiten Auswahlventil, das konfiguriert ist, zwischen der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt zu dem ersten Wärmetauscher über die vierte Leitung und der Strömung des Kältemittels von dem Kühlabschnitt zu dem zweiten Wärmetauscher über die fünfte Leitung umzuschalten.
Kühlsystem nach Anspruch 1, außerdem mit: einer sechsten Leitung, die zusammen mit der ersten Leitung einen Pfad des Kältemittels bestimmt, das in den ersten Wärmetauscher hinein oder aus diesem herausströmt; einer Verbindungsleitung, die zwischen der Auslassseite des Kühlabschnitts und der sechsten Leitung eine Fluidverbindung bereitstellt; und einem Ein-Aus-Ventil, das konfiguriert ist, die Verbindungsleitung zu öffnen oder zu schließen.
Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei die Wärmeerzeugungsquelle unterhalb des ersten Wärmetauschers angeordnet ist.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Wärmetauscher eine höhere Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit zum Freigeben von Wärme von dem Kältemittel als der zweite Wärmetauscher aufweist.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem mit: einem inneren Kondensator, der mit Bezug auf den dritten Wärmetauscher an einer stromabwärts liegenden Seite einer Strömung der Klimaanlagenluft angeordnet ist, wobei der innere Kondensator konfiguriert ist, Wärme von dem in dem Verdichter verdichteten Kältemittel zu der Klimaanlagenluft zu übertragen, um die Klimaanlagenluft zu erwärmen.
Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem mit: einer zweiten Entspannungseinrichtung, die in einem Pfad des Kältemittels bereitgestellt ist, das von dem Verdichter über das erste Auswahlventil zu dem zweiten Wärmetauscher strömt, wobei die zweite Entspannungseinrichtung konfiguriert ist, das Kältemittel zu entspannen; und einer Zweigleitung, die konfiguriert ist einen Teil des Kältemittels, das in der zweiten Entspannungseinrichtung entspannt wurde, abzuzweigen, wobei die Zweigleitung den Teil des Kältemittels zu dem dritten Wärmetauscher strömen lässt.