DE112014003184T5 - Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage und Abtauverfahren - Google Patents

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Toshiyuki Ishida
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Abstract

Bereitgestellt wird eine Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage, die heißes Gas sowohl einem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator als auch einem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer zuführt und selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen in kurzer Zeit effizient abtauen und den Kühlkreislauf einer vorhandenen Klimaanlage im Ist-Zustand nutzen kann. In der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage (1): ist ein Fahrzeugkabinen-interner Kondensator (8), der hinter einem Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer (7) innerhalb einer Klimaanlage (2) angeordnet ist, über Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (16) mit einen Kreislauf (23) zum Kühlen verbunden, umfassend einen elektrischen Kompressor (15), einen Fahrzeugkabinen-externen Kondensator (17), eine erste Dekompressionseinheit (19) mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer (7) und einen Akkumulator (21); ist ein Fahrzeugkabinen-externer Verdampfer (27), der außerhalb der Fahrzeugkabine angeordnet ist, über eine zweite Dekompressionseinheit (26) mit Ein-/Ausschaltventilfunktion mit der ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung (22B) des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators (17) verbunden; und ist außerdem ein Bypasskreis (32) mit einer dritten Dekompressionseinheit (30) mit Ein-/Ausschaltfunktion zwischen dem Akkumulator (21) und der ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung (22B) des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators (17) angeschlossen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage und ein Verfahren zum Abtauen der Anlage, anwendbar für das Klimagerät eines Elektrofahrzeugs, Hybridfahrzeugs oder dergleichen.
  • Stand der Technik
  • In Fahrzeugklimaanlagen können Elektrofahrzeuge (EV) die Abwärme des Motors nicht zum Heizen der Fahrzeugkabine nutzen. Auch bei Hybridfahrzeugen (HEV, PHEV) werden die Motoren so gesteuert, dass sie weitgehend gestoppt werden, um Energie zu sparen, daher wird der Einsatz von Kabinenheizsystemen mit Wärmepumpe, die ein Kältemittel verwenden, sowie von Heizsystemen, die eine Elektroheizung mit einem Kühlmittel als Medium verwenden, untersucht. Insbesondere verbraucht der Kabinenheizbetrieb viel Energie, so dass es wünschenswert ist, ein Wärmepumpensystem zu verwenden, das die Kabine mit einem hohen Leistungskoeffizienten heizen kann (bei einer Elektroheizung COP ≤ 1).
  • Andererseits kann es bei Wärmepumpensystemen, wenn die Kabinenheizung bei niedrigen Außenlufttemperaturen betrieben wird, zu Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Wärmetauscher (Evaporator) kommen, was die aus der Außenluft absorbierte Wärmemenge reduziert und zu dem Problem einer geringeren Kabinenheizleistung führt. Daher ist es erforderlich, den Fahrzeugkabinen-externen Wärmetauscher (Evaporator) abzutauen, doch wenn ein Abtausystem verwendet wird, das für ein Wärmepumpen-Klimagerät für Gebäude ausgelegt ist, kann der Kabinenheizbetrieb nicht fortgesetzt werden. Bei einem Fahrzeug-Klimagerät beschlagen die Fenster, wenn der Kabinenheizbetrieb gestoppt wird, so dass keine Sicherheit gewährleistet werden kann und es problematisch ist, während der Fahrt abzutauen.
  • Daher wurde in Patentdokument 1 eine Klimaanlage mit Wärmepumpe vorgesehen, die für den Einsatz in EV-Fahrzeugen oder in HEV- oder PHEV-Fahrzeugen und dergleichen ideal ist, die einen vorhandenen Fahrzeugklimaanlagen-Kabinenkühlkreislauf nutzt und die durch Hinzufügen des minimalen Kabinenheizkreises mit der zugehörigen Ausstattung das Abtauproblem des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers lösen kann. Dieses System ist mit einem Fahrzeugkabinen-internen Kondensator verbunden, der hinter dem Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer in der Klimaanlage des Kabinenkühlkreislaufs eines vorhandenen Systems angeordnet ist, und ist außerhalb der Fahrzeugkabine mit einem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer verbunden, so dass ein Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung entsteht. Wenn am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer während des Kabinenheizbetriebs Frostbildung festgestellt wird, wird die Kältemittelzufuhr zum Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer gestoppt und das Kältemittel der Fahrzeugkabinen-internen Verdampferseite zugeführt, so dass der Betrieb durch Umschalten in Heizen mit Entfeuchtung fortgesetzt werden kann.
  • Liste der Patentdokumente
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2012-158197A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In der in Patentdokument 1 beschriebenen Erfindung wird, wenn sich während des Kabinenheizbetriebs Frost am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer bildet, das Kältemittel der Fahrzeugkabinen-internen Verdampferseite zugeführt, und durch Umschalten in Heizen mit Entfeuchtung kann der Betrieb dann fortgesetzt werden. Beim Heizen mit Entfeuchtung wird der Fahrzeugkabinen-interne Verdampfer entweder natürlich abgetaut, oder bei stehendem Fahrzeug erfolgt das Abtauen, wenn der Fahrer nicht anwesend ist und entweder während oder nach dem Aufladen der Fahrzeugbatterie. Während des Abtaubetriebs kann jedoch nicht abgetaut werden, indem heißes Gas direkt in den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer eingeleitet wird. Dementsprechend besteht das System darin, dass Wärme vom Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer absorbiert und im Fahrzeugkabinen-internen Kondensator abgegeben wird und die heiße Luft dann dem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer zugeführt wird. Daher ist die absorbierte Wärmemenge bei niedriger Außenlufttemperatur nicht ausreichend, und nicht nur in diesem Fall kann in kurzer Zeit nicht effizient abgetaut werden, sondern auch bei Außenlufttemperaturen von 0°C oder darunter kann das Abtauen problematisch sein.
  • Vor dem Hintergrund des Vorgesagten besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage und eines Verfahrens zum Abtauen der Anlage, bei dem während des Abtaubetriebs heißes Gas sowohl einem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator als auch einem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer zugeführt wird und das selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen effizient und in kurzer Zeit abtauen und den Kabinenkühlkreislauf einer vorhandenen Klimaanlage im Ist-Zustand nutzen kann.
  • Technische Lösung
  • Für die oben beschriebenen Probleme stellt die vorliegende Erfindung der Wärmepumpen-Klimaanlage und des Verfahrens zum Abtauen der Anlage folgende Lösung bereit. Und zwar umfasst die Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Kältemittelkreislauf zur Kabinenkühlung, in dem ein elektrischer Verdichter, ein Fahrzeugkabinen-externer Kondensator, eine erste Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, ein innerhalb einer Klimaanlage bereitgestellter Fahrzeugkabinen-interner Verdampfer und ein Akkumulator in der genannten Reihenfolge miteinander verbunden sind; einen hinter dem Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer innerhalb der Klimaanlage angeordneten Kondensator, dessen Kältemitteleingang über Kältemittel-Umschaltvorrichtungen mit einem Auslasskreis des elektrischen Verdichters verbunden ist und dessen Kältemittelausgang mit einer Kälteflüssigkeitsleitung an der Ausgangsseite des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators verbunden ist; einen Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, dessen Kältemitteleingang über eine zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion mit einer ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators verbunden ist und dessen Kältemittelausgang mit dem Akkumulator verbunden ist; und einen Bypasskreis mit einer dritten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, die zwischen der ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung des Fahrzeug-externen Kondensators und dem Akkumulator angeschlossen ist. Ein Wärmepumpenkreis zur Kabinenheizung kann aus dem elektrischen Verdichter, der Kältemittel-Umschaltvorrichtung, dem Fahrzeugkabinen-internen Kondensator, der Kälteflüssigkeitsleitung, der zweiten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, dem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer und dem Akkumulator konfiguriert werden. Während des Kabinenheizbetriebs kann bei Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer ein erster Abtaukreis konfiguriert werden, der den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator abtaut, indem heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter über die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen durch den Bypasskreis, der den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, die Kälteflüssigkeitsleitung und die dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, und den Akkumulator geleitet wird; und ein zweiter Abtaukreis, der den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer abtaut, kann konfiguriert werden, indem heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter über die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen durch den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, die Kälteflüssigkeitsleitung, die zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer und den Akkumulator geleitet wird.
  • Nach dem oben beschriebenen Aspekt sind mit einem Kreislauf zur Kabinenkühlung, der den elektrischen Verdichter, den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, den Empfänger, die erste Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer und den Akkumulator umfasst, verbunden: der Fahrzeugkabinen-interne Kondensator, der hinter dem Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer innerhalb der Klimaanlage installiert ist, über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung; der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer, der außerhalb der Fahrzeugkabine an der ausgangsseitigen Kältemittelleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators installiert ist, über die zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion; und der Bypasskreis, der die dritte Dekompressionseinheit mit Ein/Ausschaltventilfunktion umfasst, die zwischen der ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators und dem Akkumulator angeschlossen ist. Daher kann ein Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung aus dem elektrischen Verdichter, den Kältemittel-Umschaltvorrichtungen, dem Fahrzeugkabinen-internen Kondensator, der Kälteflüssigkeitsleitung, der zweiten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, dem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer und dem Akkumulator konfiguriert werden. Gleichermaßen können während des Kabinenheizbetriebs zwei Abtaukreise konfiguriert werden: ein erster Abtaukreis, der Schnee und Eis und dergleichen am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator abtaut, und ein zweiter Abtaukreis, der den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer abtaut. Der erste Abtaukreis kann konfiguriert werden, indem heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter über die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen durch den Bypasskreis, der den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, die Kälteflüssigkeitsleitung und die dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, und den Akkumulator geleitet wird. Der zweite Abtaukreis kann konfiguriert werden, indem heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter über die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen durch den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, die Kälteflüssigkeitsleitung und die zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer und den Akkumulator geleitet wird. Daher können der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen in kurzer Zeit effizient abgetaut werden, indem heißes, gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter jeweils über den ersten Abtaukreis und den zweiten Abtaukreis in den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator und den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer eingeleitet werden, wenn sich am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer Frost gebildet oder sich am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator Schnee oder Eis oder dergleichen angesammelt hat, nachdem die Kabine bei niedrigen Außenlufttemperaturen beheizt wurde. Außerdem kann der gesamte Kältemittelkreis der vorhandenen Klimaanlagen im Ist-Zustand genutzt werden. Daher kann durch Hinzufügen des minimalen Kabinenheizkreises mit der zugehörigen Ausstattung die hoch zuverlässige und hoch effiziente Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage mit der vergleichsweise einfachen Konfiguration zu geringen Kosten bereitgestellt werden, die ausgezeichnet montierbar ist und ideal für EV-, HEV- und PHEV-Fahrzeuge und dergleichen verwendet werden kann.
  • In der obigen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage kann während des Kabinenheizbetriebs durch den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung, wenn am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer Frostbildung festgestellt wird, die Kabinenheizung fortgesetzt werden, indem auf einen Heißgaskreislauf umgeschaltet wird, bei dem ein durch Wärmeabgabe im Fahrzeugkabinen-externen Kondensator kondensiertes Kältemittel durch den Bypasskreis, der die dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, in den Akkumulator geleitet und im elektrischen Verdichter absorbiert wird.
  • Nach dem obigen Aspekt kann, wenn am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer Frostbildung festgestellt wird, während die Kabine durch den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung beheizt wird, die Kabinenheizung fortgesetzt werden, indem auf den Heißgaskreislauf umgeschaltet wird, bei dem ein durch Wärmeabgabe im Fahrzeugkabinen-externen Kondensator kondensiertes Kältemittel durch den Bypasskreis, der die dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, in den Akkumulator geleitet und im elektrischen Verdichter absorbiert wird. Daher kann der Kabinenheizbetrieb im Ist-Zustand fortgesetzt werden, indem auf den Heißgaskreislauf umgeschaltet wird, selbst wenn der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer infolge des Kabinenheizbetriebs bei geringer Außenlufttemperatur vereist und es schwierig ist, die Wärmepumpen-Kabinenheizung mithilfe der Umgebungsluft als Wärmequelle zu betreiben. Dadurch wird vermieden, dass die Fenster infolge einer Unterbrechung des Kabinenheizbetriebs beschlagen, und kann die Effektivität und Sicherheit der Kabinenheizung gewährleistet werden.
  • In der oben beschriebenen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage kann ein Empfänger an der ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators bereitgestellt werden, und die erste Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers kann ein mit einem Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil sein.
  • Nach diesem Aspekt wird der Empfänger an der ausgangsseitigen Kältemittelleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators bereitgestellt, und die erste Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers ist ein mit einem Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil. Daher kann das temperaturgesteuerte automatische Expansionsventil in Kombination mit dem Empfänger verwendet werden, wodurch die Verdampfungsleistung des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers stabilisiert, dessen Steuerbarkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt, die Kabinenkühlleistung erhöht und die Konfiguration rund um die Klimaanlage 2 vereinfacht werden kann, in der das mit einem Magnetventil ausgestattete, temperaturgesteuerte automatische Expansionsventil installiert ist.
  • In jeder der oben beschriebenen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlagen kann ein Entfeuchtungsmodus gewählt werden, wenn das Kältemittel in den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung geleitet wird, indem die Ein-/Ausschaltventilfunktion der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers geöffnet und indem entweder sowohl der Fahrzeugkabinen-interne Verdampfer als auch der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer oder die zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen wird, so dass das Kältemittel in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer strömt.
  • Nach diesem Aspekt kann in dem Zustand, in dem das Kältemittel in den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung geleitet wird, durch Öffnen der Ein-/Ausschaltventilfunktion der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers und durch Schließen entweder sowohl des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers als auch des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers oder der zweiten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, so dass das Kältemittel nur in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer strömt, der Entfeuchtungsmodus gewählt werden. Daher kann während des Kabinenkühl- oder Kabinenheizbetriebs bei Bedarf der Entfeuchtungsmodus gewählt werden, und es ist möglich, in den Entfeuchtungsbetrieb umzuschalten, in dem der Fahrzeugkabinen-interne Kondensator als Wärmestrahler dient und entweder sowohl der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer als auch der Fahrzeugkabinen-interne Verdampfer oder nur der Fahrzeugkabinen-interne Verdampfer als Evaporator dient, und die Temperatureinstellung zu steuern. Daher ist es während des Kabinenkühl- oder Kabinenheizbetriebs möglich, je nach Bedarf in den Entfeuchtungsmodus zu schalten und die Temperatureinstellung zu steuern und einen komfortablen Entfeuchtungsbetrieb auszuführen. Während des Entfeuchtungsbetriebs lässt sich durch Nutzung sowohl des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers als auch des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers die Temperaturlinearitätsleistung (die Fähigkeit zum Verfolgen der eingestellten Temperatur) verbessern.
  • In jeder der oben beschriebenen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlagen kann der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer im Luftströmungsweg eines Fahrzeugkabinen-externen Ventilators des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators auf der dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator nachgeschalteten Seite angeordnet und so konfiguriert sein, dass während des Abtaubetriebs unter Verwendung des ersten Abtaukreises und des zweiten Abtaukreises der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator gestoppt ist.
  • Nach diesem Aspekt wird der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer im Luftströmungsweg des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators auf der dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator nachgeschalteten Seite angeordnet, und während des Abtaubetriebs unter Verwendung des ersten Abtaukreises und des zweiten Abtaukreises ist der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator gestoppt. Somit wird der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator sowohl von dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator als auch dem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer gemeinsam genutzt, so dass die Konfiguration des Systems vereinfacht werden kann und die Kosten reduziert werden. Ebenso werden der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer abgetaut, indem sie von innen mit heißem, gasförmigem Kältemittel erwärmt werden, so dass während des Abtaubetriebs mithilfe des ersten Abtaukreises und des zweiten Abtaukreises abgetaut werden kann, während der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator gestoppt ist, und der Energieverbrauch für den Abtaubetrieb reduziert werden kann.
  • Bei dem Verfahren zum Abtauen einer der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlagen, wie oben beschrieben, erfolgt bei Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer das Abtauen von Schnee- oder gefrorenen Spritzwasseransammlungen an der Fahrzeugkabinen-externen Kondensatorseite über den ersten Abtaukreis mithilfe von heißem, gasförmigem Kältemittel, woraufhin durch Umschalten zum zweiten Abtaukreis der am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer angesammelte Frost mit heißem, gasförmigem Kältemittel abgetaut wird.
  • Nach diesem Aspekt wird im Rahmen des Abtaubetriebs, nachdem der Schnee oder die gefrorenen Spritzwasseransammlungen am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator durch den ersten Abtaukreis mithilfe des heißen, gasförmigen Kältemittels abgetaut wurden, zum zweiten Abtaukreis umgeschaltet und der Frost am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer mithilfe des heißen, gasförmigen Kältemittels abgetaut. Somit wird heißes, gasförmiges Kältemittel auf konzentrierte Weise separat zum Fahrzeugkabinen-externen Kondensator und zum Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer geleitet, so dass sie nacheinander abgetaut werden können. Dadurch können der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen in kurzer Zeit effektiv abgetaut werden.
  • Bei dem Verfahren zum Abtauen einer Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage, wie oben beschrieben, kann der Abtaubetrieb erfolgen, wenn das Fahrzeug gestoppt wurde und die Fahrzeugbatterie gerade geladen wird oder geladen wurde und der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator gestoppt ist.
  • Nach diesem Aspekt erfolgt der Abtaubetrieb, wenn das Fahrzeug gestoppt wurde und die Fahrzeugbatterie gerade geladen wird oder geladen wurde und mit angehaltenem Fahrzeugkabinen-externem Ventilator. Somit lässt sich der Effekt des Abtaubetriebs auf die vom Fahrzeug zurückgelegte Strecke vermeiden und kann der Abtaubetrieb erfolgen, wenn die Fahrzeugbatterie gerade geladen wird oder geladen wurde und Batteriekapazität zur Verfügung steht. Dadurch können der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer effektiv und zuverlässig und mit reduziertem Energieverbrauch abgetaut werden, ohne den Fahrer in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Nach dem Wärmepumpen-Fahrzeugklimagerät der vorliegenden Erfindung können der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen in kurzer Zeit effizient abgetaut werden, indem heißes, gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter jeweils über den ersten Abtaukreis und den zweiten Abtaukreis in den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator und den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer geleitet werden, wenn sich am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer Frost gebildet oder sich am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator Schnee oder Eis oder dergleichen angesammelt hat, nachdem die Kabine bei niedrigen Außenlufttemperaturen beheizt wurde. Außerdem kann der gesamte Kältemittelkreis vorhandener Klimaanlagen im Ist-Zustand genutzt werden. Daher kann durch Hinzufügen des minimalen Kabinenheizkreises mit der zugehörigen Ausstattung die hoch zuverlässige und hoch effiziente Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage mit der vergleichsweise einfachen Konfiguration zu geringen Kosten bereitgestellt werden, die ausgezeichnet montierbar und ideal für EV-, HEV- und PHEV-Fahrzeuge und dergleichen geeignet ist.
  • Nach dem Verfahren zum Abtauen der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage der vorliegenden Erfindung wird im Rahmen des Abtaubetriebs, nachdem der Schnee oder die gefrorenen Spritzwasseransammlungen am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator im ersten Abtaukreis mithilfe des heißen, gasförmigen Kältemittels abgetaut wurden, zum zweiten Abtaukreis umgeschaltet und der Frost am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer mithilfe des heißen, gasförmigen Kältemittels abgetaut. Somit wird heißes, gasförmiges Kältemittel auf konzentrierte Weise separat zum Fahrzeugkabinen-externen Kondensator und zum Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer geleitet, so dass diese selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen in kurzer Zeit effektiv abgetaut werden können.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 zeigt einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt einen Kältemittelkreis, der die Kältemittelströmung während der Kabinenkühlung der obigen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage darstellt.
  • 3 zeigt einen Kältemittelkreis, der die Kältemittelströmung während der Kabinenheizung der obigen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage darstellt.
  • 4 zeigt einen Kältemittelkreis, der die Kältemittelströmung der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach Feststellung von Frostbildung während der Kabinenheizung darstellt.
  • 5A zeigt einen Kältemittelkreis, der die Kältemittelströmung der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage während des Abtauens des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators darstellt.
  • 5B zeigt ein Mollier-Diagramm, das die Kältemittelströmung der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage während des Abtauens des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators darstellt.
  • 6A zeigt einen Kältemittelkreis, der die Kältemittelströmung der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage während des Abtauens des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers darstellt.
  • 6B zeigt ein Mollier-Diagramm, das die Kältemittelströmung der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage während des Abtauens des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators darstellt.
  • 7 zeigt einen Kältemittelkreis, der die Kältemittelströmung während des Entfeuchtungsmodus der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage darstellt.
  • 8 zeigt ein Blockdiagramm einer Regeleinrichtung für die Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage.
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm der Regeleinrichtung zur Steuerung der Abläufe.
  • 10 zeigt ein Flussdiagramm der Regeleinrichtung während des Kabinenkühl- und Entfeuchtungsbetriebs.
  • 11 zeigt einen Teil eines Flussdiagramms der Regeleinrichtung während des Kabinenheizbetriebs.
  • 12 zeigt den übrigen Teil des in 11 dargestellten Flussdiagramms während des Kabinenheizbetriebs.
  • 13 zeigt ein Flussdiagramm der Regeleinrichtung während des Abtaubetriebs.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 13 beschrieben. 1 zeigt einen Kältemittelkreis einer Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage 1 nach der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem (Klimaanlage) 2 und einen Wärmepumpenkreislauf 3 zum Heizen und Kühlen.
  • Die Klimaanlage 2 umfasst ein Gebläse 5, das die Einleitung von Innenluft aus der Fahrzeugkabine oder von Außenluft mit einem Innen- und Außenluft-Umschaltschieber 4 zum Umschalten zwischen Innen- und Außenluft schalten kann und die Luft unter Druck an der nachgeschalteten Seite bereitstellt, und einen Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 und einen Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8, die in dieser Reihenfolge von der vorgeschalteten bis zur nachgeschalteten Seite eines Luftströmungskanals 6 angeordnet sind, der mit dem Gebläse 5 verbunden ist. Die Klimaanlage 2 ist innerhalb eines Armaturenbretts auf der Fahrzeugkabinenseite angeordnet und bläst Luft in der vom Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 und vom Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 eingestellten Temperatur aus mehreren Abtaulüftungsöffnungen 9, Front-Lüftungsöffnungen 10 und/oder Fußraum-Lüftungsöffnungen 11 in die Fahrzeugkabine, entsprechend einem Ausblasmodus, der von den Ausblasmodus-Umschaltschiebern 12, 13, 14 selektiv geschaltet werden kann, so dass der Fahrzeugkabinen-Innenraum auf die eingestellte Temperatur klimatisiert wird.
  • Der Wärmepumpenkreislauf 3 zum Heizen und Kühlen der Kabine umfasst einen geschlossenen Kältemittelkreislauf zur Kabinenkühlung (Kältemittelkreis) 23, konfiguriert durch Anschließen eines elektrischen Verdichters 15 zur Kältemittelverdichtung, von Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16 zum Schalten der Strömungsrichtung des Kältemittels, eines Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17, eines Empfängers 18, einer ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil) 19, des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7, eines Rückschlagventils 20 und eines Akkumulators 21, die der Reihe nach mit einer Kältemittelleitung 22 verbunden sind (siehe 2). Der Kühlkreislauf zur Kabinenkühlung 23 entspricht im Wesentlichen einem vorhandenen Fahrzeugklimagerät, das in einem motorbetriebenen Fahrzeug verwendet wird. Ein Fahrzeugkabinen-externer Ventilator 24, der Außenluft einbläst, ist am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 montiert. Die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16 können durch eine Konfiguration aus zwei Magnetventilen ersetzt werden.
  • Der Fahrzeugkabinen-interne Kondensator 8 innerhalb der Klimaanlage 2 ist über die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16 mit einer Auslassleitung (Auslasskreis) 22A vom elektrischen Verdichter 15 des Kältemittelkreislaufs zur Kabinenkühlung 23 des Wärmepumpenkreislaufs 3 zur Kabinenheizung und -kühlung verbunden, und der Kältemittelauslass des Fahrzeugkabinen-internen Kondensators 8 ist mit einer ausgangsseitigen Kältemittelleitung 22B des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 verbunden. Ein Fahrzeugkabinen-externer Verdampfer 27 ist über ein zweites Ein-Ausschaltventil (Magnetventil) 25 und eine zweite Dekompressionseinheit (Expansionsventil) 26 (nachfolgend werden beide zusammen auch als zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion bezeichnet) mit der ausgangsseitigen Kältemittelleitung 22B des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 verbunden, und der Kältemittelauslass des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 ist über ein Rückschlagventil 28 mit einem Empfänger 21 verbunden.
  • Im Kühlkreislauf zur Kabinenkühlung 23 ist ein Bypasskreis 32, der ein drittes Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 29 und eine dritte Dekompressionseinheit (Expansionsventil) 30 (nachfolgend werden beide zusammen auch als dritte Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion bezeichnet) und ein Rückschlagventil 31 umfasst, zwischen der ausgangsseitigen Kältemittelleitung 22B des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 und dem Akkumulator 21 angeschlossen und so konfiguriert, dass die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 und die zweite Dekompressionseinheit (Expansionsventil) 26) und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 umgangen werden.
  • Auf diese Weise kann ein geschlossener Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung (Kältemittelkreis) 33 konfiguriert werden, indem der elektrische Verdichter 15, die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16, der Fahrzeugkabinen-interne Kondensator 8, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B, die zweite Kompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 und die zweite Dekompressionseinheit 26), der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27, das Rückschlagventil 28 und der Akkumulator 21 in dieser Reihenfolge über die Kältemittelleitung 22 verbunden werden (siehe 3).
  • Wenn am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 Frostbildung festgestellt wird, während die Kabine durch den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33 beheizt wird, wird das zweite Ein-Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen, das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Kompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geöffnet und das flüssige Kältemittel, das im Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 kondensiert ist, über den Bypasskreis 32, die dritte Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das Rückschlagventil 31 in den Akkumulator 21 geleitet, so dass in den Kabinenheizbetrieb durch einen Kreislauf 33A aus heißem Gas umgeschaltet werden kann, das im elektrischen Verdichter 15 absorbiert wird (siehe 4).
  • Gleichermaßen kann ein erster Abtaukreis 34 (siehe 5A und 5B), der den Fahrzeug-externen Kondensator 17 abtaut, konfiguriert werden, indem heißes Gas aus dem elektrischen Verdichter 15 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 durch den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17, den Empfänger 18, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B, den Bypasskreis 32, die dritte Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 und die dritte Dekompressionseinheit 30) und das Rückschlagventil 31 im Bypasskreis 32 und den Akkumulator 21 geleitet wird. Ebenso kann ein zweiter Abtaukreis 35 (siehe 6A und 6B), der den Fahrzeug-externen Verdampfter 27 abtaut, konfiguriert werden, indem das heiße Gas aus dem elektrischen Verdichter 15 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 durch den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17, den Empfänger 18, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B, die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (zweites Ein-/Ausschaltventil 25 und zweite Dekompressionseinheit 26), den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27, das Rückschlagventil 28 und den Akkumulator 21 geleitet wird.
  • Der Kältemittelkreis ist ein Wärmepumpenkreislauf (Kältemittelkreis) zur Kabinenheizung 33, und es kann ebenfalls durch Öffnen der Ein-/Ausschaltventilfunktion der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil) 19 an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 und durch Schließen des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 und des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 oder des zweiten Ein-/Ausschaltventils 25 und Leiten des Kältemittels in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7, der Betrieb im Entfeuchtungsmodus gewählt werden (siehe 7).
  • In dem oben beschriebenen Wärmepumpenkreislauf 3 wird durch Installieren des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27, aus dem der Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33 konfiguriert ist, auf der nachgeschalteten Seite im Luftströmungsweg des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24, der Außenluft zum Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 bläst, aus dem der Kältemittelkreislauf zur Kabinenkühlung 23 konfiguriert ist, parallel zum Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 17, der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator 24 gemeinsam verwendet. Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Wärmestrahler 36, der die Wärme eines Heizmediums (Kühlwasser oder dergleichen) zum Kühlen von Wärmegeneratoren (wie vom Antriebsmotor des Fahrzeugs, einem Motor, einem Inverter oder der Batterie) verteilt, über dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 so installiert, dass der Fahrzeug-externe Verdampfer 27 die abgestrahlte Wärme absorbieren kann. Der Wärmestrahler 36 kann auch zwischen dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 und dem Fahrzeug-externen Verdampfer 27 installiert werden.
  • Als nächstes wird die Kältemittelströmung während des Betriebs der oben beschriebenen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage anhand der 2 bis 7 beschrieben. In jeder Zeichnung wird die Kältemittelströmung während des Betriebs durch dicke Linien dargestellt.
  • [Kabinenkühlbetrieb]
  • Während des Kabinenkühlbetriebs wird das im elektrischen Verdichter 15 komprimierte Kältemittel aus der Auslassleitung 22 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 in den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 geleitet, in dem es durch den Wärmeaustausch mit der vom Fahrzeugkabinen-externen Ventilator 24 eingeblasenen Außenluft kondensiert, wie in 2 dargestellt. Dieses flüssige Kältemittel wird im Empfänger 18 gespeichert und dann durch die Kälteflüssigkeitsleitung 22B und die erste Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, in der es dekomprimiert wird, zum Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 in der Klimaanlage 2 geleitet.
  • Im Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 verdampft das Kältemittel durch den Wärmeaustausch mit der Innen- oder Außenluft, die aus dem Gebläse 5 eingeblasen wird, passiert das Rückschlagventil 20 und den Akkumulator 21 und wird durch erneute Absorption im elektrischen Verdichter 15 wieder komprimiert. Anschließend wiederholt sich der Kreislauf. Der Kabinenkühlkreislauf eines vorhandenen Systems in einem motorbetriebenen Fahrzeug kann im Wesentlichen im Ist-Zustand für diesen Kabinenkühlkreislauf 23 verwendet werden. Die durch den Wärmeaustausch mit dem Kältemittel im Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 abgekühlte Innen- oder Außenluft wird aus den Abtaulüftungsöffnungen 9, Front-Lüftungsöffnungen 10 und/oder Fußraum-Lüftungsöffnungen 11, entsprechend dem Ausblasmodus, der von den Ausblasmodus-Umschaltschiebern 12 bis 14 geschaltet wird, in die Fahrzeugkabine geblasen und zur Kabinenkühlung in der Fahrzeugkabine bereitgestellt.
  • Während des Kabinenkühlbetriebs sind sowohl das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 als auch das dritte Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 29 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen.
  • [Kabinenheizbetrieb]
  • Während des Kabinenheizbetriebs wird bis zum Abtauen des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 das vom elektrischen Verdichter 15 komprimierte Kältemittel über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 aus der Auslassleitung 22A in den Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 geleitet, wo die Wärme durch den Wärmeaustausch mit der Innen- oder Außenluft, die vom Gebläse 5 eingeblasen wird, verteilt wird, wie in 3 dargestellt. Die so erwärmte Luft wird aus den Abtaulüftungsöffnungen 9, Front-Lüftungsöffnungen 10 und/oder Fußraum-Lüftungsöffnungen 11, entsprechend dem Ausblasmodus, in das Fahrzeug geblasen und zur Kabinenheizung in der Fahrzeugkabine bereitgestellt. Der normale Kabinenheizbetrieb wird im Außenluft-Einleitungsmodus ausgeführt, um ein Beschlagen der Fenster zu vermeiden.
  • Das kondensierte und verflüssigte Kältemittel, das seine Wärme im Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 abgegeben hat, wird durch die Kälteflüssigkeitsleitung 22B und die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (in diesem Fall wird das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 geöffnet) geleitet, in der sie dekomprimiert wird, und am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 bereitgestellt. Dieses zweiphasige gasförmig-flüssige Kältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, die vom Fahrzeugkabinen-externen Ventilator 24 in den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 geblasen wird, und verdampft nach der Aufnahme von Wärme aus der Außenluft; dann strömt es durch das Rückschlagventil 28 und den Akkumulator 21 und wird im elektrischen Verdichter 15 absorbiert und erneut komprimiert. Anschließend wiederholt sich der Kreislauf. Dadurch wird die Wärmepumpen-Kabinenheizung durch den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33 ausgeführt.
  • Auf diese Weise kann der Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33 unter Verwendung des vorhandenen Kabinenkühlkreislaufs 23 so konfiguriert sein, dass der Fahrzeugkabinen-interne Kondensator 8 zum Heizen der Kabine über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 mit der Auslassleitung (Auslasskreis) 22A verbunden ist und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 zum Heizen der Kabine über die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 und die zweite Dekompressionseinheit (Expansionsventil) 26) verbunden ist, wobei ein Teil der Kreise und der Ausrüstung gemeinsam verwendet werden. Während dieses Kabinenheizbetriebs sind sowohl das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion als auch das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen.
  • Während des Kabinenheizbetriebs bildet sich bei niedriger Außenlufttemperatur Frost auf der Oberfläche des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27, und wenn dieser zunimmt, wird die Heizkapazität der Kabine beeinträchtigt. Daher wird, wenn Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 festgestellt wird, bei fortgesetztem Kabinenheizbetrieb zu einem Heißgaskreislauf 33A umgeschaltet, in dem das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 der zweiten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen ist, das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geöffnet ist, heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 in den Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 geleitet wird, und nachdem die Wärme darin verteilt und für die Kabinenheizung bereitgestellt wurde, wird das flüssige Kältemittel durch den Bypasskreis 32, die dritte Dekompressionseinheit 30 und das Rückschlagventil 31 geleitet und dem Akkumulator 21 zugeführt und dann im elektrischen Verdichter 15 absorbiert, wie in 4 dargestellt, und der Kabinenheizbetrieb kann fortgesetzt werden.
  • [Entfeuchtungsbetrieb]
  • Wenn der Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33, wie oben beschrieben, beibehalten wird, kann der Entfeuchtungsbetrieb ausgeführt werden, indem das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil) 19 geöffnet wird und ein Teil des flüssigen Kältemittels in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 eingeleitet wird, und nachdem die vom Gebläse 5 eingeblasene Luft vom Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 abgekühlt und entfeuchtet wurde, wird die Luft vom Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 auf der nachgeschalteten Seite erwärmt und in die Fahrzeugkabine geblasen, wie in 7 dargestellt. In diesem Fall strömt sowohl das im Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 als auch das im Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 verdampfte Kältemittel zusammen in den Akkumulator 21 und wird dann im elektrischen Verdichter 15 absorbiert und erneut komprimiert. Dieser Entfeuchtungsbetrieb kann auch ausgeführt werden, indem das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen und das Kältemittel nur dem Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 zugeführt wird.
  • Während des oben beschriebenen Entfeuchtungsbetriebs kann der Grad der Kühlung im Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 anhand der Ein-/Ausschaltventilfunktion der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil) 19 gesteuert werden, indem das Öffnen und Schließen des Ein-/Ausschaltventils (Magnetventils) entsprechend reguliert wird, und die Temperatur der Luft, die durch den Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 beheizt und in die Fahrzeugkabine geblasen wird, kann kontrolliert werden, wodurch die Temperaturlinearitätsleistung (die Fähigkeit zum Verfolgen der eingestellten Temperatur) gewährleistet werden kann.
  • [Abtaubetrieb]
  • Wie oben beschrieben kann, wenn der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 während des Kabinenheizbetriebs aktiv ist, selbst wenn am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 Frostbildung festgestellt wird, der Kabinenheizbetrieb genauso fortgesetzt werden, indem zum Heißgaskreislauf unter Verwendung des Fahrzeugkabinen-internen Kondensators 8 umgeschaltet wird, ohne sofort eine Entfeuchtung vorzunehmen. Daher wartet der Fahrer, während das Fahrzeug gefahren (eingesetzt) wird, darauf, dass der Abtauvorgang auf natürliche Weise durch die Außenluft erfolgt, ohne den Abtauvorgang zu erzwingen. Doch wenn die niedrigen Außenlufttemperaturen länger andauern, ohne dass abgetaut wird, sammelt sich am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 Frost an, so dass davon auszugehen ist, dass der Frost oder das gefrorene Spritzwasser oder dergleichen während der Fahrt am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 haften bleiben.
  • Daher wird, wenn das Fahrzeug gestoppt (geparkt) wird und der Fahrer abwesend ist, und vorzugsweise, wenn die Fahrzeugbatterie geladen wurde und nach dem Laden Batteriekapazität zur Verfügung steht, die Klimaanlage 1 im Abtaumodus betrieben. Während dieses Abtaubetriebs werden, um den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 und den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 nacheinander abzutauen, Abtaubetrieb 1 und Abtaubetrieb 2 in zwei Stufen ausgeführt und sind so konfiguriert, dass sie ausgeführt werden, während der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator 24 stillsteht, wie in 4 und 5A und 5B dargestellt.
  • [Abtaubetrieb 1]
  • Abtaubetrieb 1 taut den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 ab und wird von einem ersten Abtaukreis 34 ausgeführt, wie in 5A und 5B dargestellt. In diesem Fall wird heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 zugeführt, hier wird dann die Wärme verteilt und die Ansammlung von Schnee oder Eis oder dergleichen am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 geschmolzen und der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 damit abgetaut. Das beim Abtaubetrieb des Fahrzeugkabinen-internen Kondensators 17 kondensierte und verflüssigte Kältemittel zirkuliert im ersten Abtaukreis 34, in dem es den Empfänger 18, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B, den Bypasskreis 32, die dritte Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das Rückschlagventil 31 passiert und dem Akkumulator 21 zugeführt wird; dann wird es im elektrischen Verdichter 15 absorbiert.
  • In diesem Fall sind das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen. Auf diese Weise kann heißes gasförmiges Kältemittel zum Abtauen direkt in den Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 17 geleitet werden. 5B zeigt das Mollier-Diagramm des ersten Abtaukreises 34 in diesem Fall und das Mollier-Diagramm eines Kältemittelkreislaufs im Vergleich.
  • [Abtaubetrieb 2]
  • Nach dem Abtauen des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 wird Abtaubetrieb 2 für den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 ausgeführt, indem das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geöffnet und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen wird, so dass der zweite Abtaukreis 35 entsteht, wie in 6A und 6B dargestellt.
  • Im Abtaubetrieb 2 strömt heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 durch den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17, den Empfänger 18, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B und die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion in den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27.
  • In diesem Fall expandiert überhitztes Gas adiabatisch in der zweiten Dekompressionseinheit 26 und gelangt in den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27, den es erwärmt, so dass der Frost an dessen Oberfläche schmilzt. Nach dem Abtauen im Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 zirkuliert das Kältemittel im zweiten Abtaukreis 35, indem es das Rückschlagventil 28 und den Akkumulator 21 passiert und in den elektrischen Verdichter 15 gelangt. In diesem Fall ist das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion dabei geschlossen. Auf diese Weise kann heißes gasförmiges Kältemittel zum Abtauen direkt in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 27 geleitet werden. 6B zeigt das Mollier-Diagramm des zweiten Abtaukreises 35 in diesem Fall und das Mollier-Diagramm eines Kältemittelkreislaufs im Vergleich.
  • Der Abtaubetrieb des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 unter Verwendung des zweiten Abtaukreises 35 ist so konfiguriert, dass er abgeschlossen wird, sobald eine Frosterkennungsvorrichtungen (die feststellt, ob die Temperaturdifferenz eines Temperatursensors für das Kältemittel im Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer (T1) 48 und einem Außenlufttemperatursensor (Tamb) 45, die später beschrieben werden, größer oder gleich einem vordefinierten Wert a ist) bestätigen, dass kein Frost vorhanden ist. Das heißt, indem durch Inaktivität der Frosterkennungsvorrichtungen bestätigt wird, dass der Abtauvorgang abgeschlossen ist, kann der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 vollständig abgetaut werden, ohne dass Frostrückstände verbleiben.
  • Die obigen Vorgänge werden von einer Regeleinrichtung 40 reguliert, wie in 8 dargestellt. Die Regeleinrichtung 40 ist fahrzeugseitig mit einem Host-Controller 41 verbunden und so konfiguriert, dass die Informationen von der Fahrzeugseite eingehen, und umfasst auch ein Bedienfeld 42. Der Betrieb der Klimaanlage 1 wird auf Basis von Erfassungssignalen von der folgenden Gruppe von Sensoren und Informationseingaben des Host-Controllers 41 und des Bedienfelds 42 gesteuert.
  • Erfassungssignale sind Eingaben für die Regeleinrichtung 40 von einem fahrzeuginternen Temperatursensor (Tr) 43, der in der Fahrzeugkabine installiert ist, einem Außenluft-Temperatursensor (Tamb) 44, einem Sonneneinstrahlungssensor (Ts) 45, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 46 sowie einem Ausblaslufttemperatursensor (FS) 47, der am Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 installiert ist, einem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfertemperatursensor (T1) 48, der am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 installiert ist, einem Hochdrucksensor (HP) 49, der an der Auslassleitung 22A installiert ist, und einem für das Kältemittel im Fahrzeugkabinen-externen Kondensator bestimmten Temperatursensor (T2) 50, der an der ausgangsseitigen Kältemittelleitung 22B des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 auf der Seite von Klimaanlage 1 installiert ist, und dergleichen.
  • Die Regeleinrichtung 40 steuert den Betrieb der Klimaanlage, wie oben beschrieben, indem sie entsprechend einem im Voraus eingestellten Programm die erforderlichen Berechnungen und Prozesse und dergleichen auf Basis der Erfassungssignale aus der obigen Gruppe von Sensoren und der Informationseingaben vom Bedienfeld 42 und vom Host-Controller 41 auf der Fahrzeugseite durchführt und folgende Elemente steuert: ein Betätigungselement für die Ausblasmodus-Umschaltschieber 12 bis 14, ein Betätigungselement für den Innen- und Außenluft-Umschaltschieber 4, einen Motor 53 für das Gebläse 5, einen Motor 54 für den Fahrzeugkabinen-externen Ventilator 24, einen Motor für den elektrischen Verdichter 15, eine Elektromagnetspule 56 für die Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16, Elektromagnetspule 57, 58, 59 für das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil) 19 und das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 und das dritte Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 29.
  • Es folgt eine Beschreibung der Steuerung des Betriebs von Klimaanlage 1 durch die Regeleinrichtung 40 unter Bezugnahme auf die in 9 bis 13 dargestellten Flussdiagramme. 9 zeigt ein Flussdiagramm der Hauptsteuerung für die Klimaanlage 1. Nach dem Starten der Steuerung werden zuerst in Schritt S1 die Einstellungen des Bedienfelds 42 und in Schritt S2 die von den einzelnen Sensoren 43 bis 50 erfassten Werte gelesen. Anhand dieser eingestellten und erfassten Werte wird in Schritt S3 die Ziel-Ausblastemperatur Ttar berechnet, bevor die Prozedur mit Schritt S4 weitergeht. Hier wird bestimmt, ob eine Entfeuchtung durchgeführt wird: Wenn JA, geht die Prozedur mit Schritt S5 weiter und übermittelt „Kabinenkühl-/Entfeuchtungsbetrieb steuern”, wenn NEIN, geht die Prozedur mit Schritt S6 weiter und übermittelt „Kabinenheizbetrieb steuern”. Anschließend werden in Schritt S7 die von den einzelnen Sensoren erfassten Werte ausgegeben, und die Prozedur beginnt wieder von vorn.
  • In Schritt S5 übermittelt die Prozedur „Kabinenkühl-/Entfeuchtungsbetrieb steuern”, und wenn Kabinenkühlung gewählt wird, wird die in 10 dargestellte Steuerung des Kabinenkühlbetriebs ausgeführt. Bei der Steuerung des Kabinenkühlbetriebs wird als erstes in Schritt S10 der Strömungskanal der Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16 bestimmt, und der Kreis wird umgeschaltet, so dass das aus dem elektrischen Verdichter 15 kommende Kältemittel zur Fahrzeugkabinen-externen Kondensatorseite 17 zirkuliert. Als nächstes wird in Schritt S11 über Öffnen und Schließen der Ein-/Ausschaltventile (Magnetventile) entschieden, und das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion wird geöffnet, und das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion werden geschlossen. Auf diese Weise wird der in 2 dargestellte Kabinenkühlkreislauf 23 eingestellt.
  • Zusätzlich wird der Kabinenkühlbetrieb ausgeführt, so dass die Temperatur im Fahrzeug der eingestellten Temperatur entspricht, indem nacheinander die Drehzahl des Elektromotors 20 in Schritt S12, der Einblasmodus durch Schalten des Innen- und Außenluft-Umschaltschiebers 4 in Schritt S13, der Ausblasmodus durch Schalten der Ausblasmodus-Umschaltschieber 12 bis 14 in Schritt S14, die Antriebsspannung des Gebläses 5 in Schritt S15 und die Antriebsspannung des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24 in Schritt S16 und dergleichen bestimmt und indem die Motoren und Betätigungselemente 51 bis 55 betrieben werden. Dann geht die Prozedur mit S1 (Schritt S7) weiter, und der Kabinenkühlbetrieb wird fortgesetzt.
  • Bei Wahl von „Abtaubetrieb steuern” in Schritt S5 wird in Schritt S10 der Strömungskanal der Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16 bestimmt und auf den Kreis umgeschaltet, durch den das aus dem elektrischen Verdichter 15 kommende Kältemittel zum Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 zirkuliert. Dann wird in Schritt S11 über das Öffnen und Schließen der Ein-/Ausschaltventile (Magnetventile) entschieden, und das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion werden geöffnet, und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion wird geschlossen. Auf diese Weise wird im Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 gekühlte und entfeuchtete Luft im Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 erwärmt, um einen Entfeuchtungsbetrieb mit eingestellter Temperatur zu ermöglichen, wie in 7 dargestellt.
  • Als nächstes wird der Entfeuchtungsbetrieb ausgeführt, so dass die Temperatur im Fahrzeug der eingestellten Temperatur entspricht, indem nacheinander die Drehzahl des elektrischen Verdichters 20 in Schritt S12, der Einblasmodus durch Schalten des Außenluft-Umschaltschiebers 4 in Schritt S13, der Ausblasmodus durch Schalten der Ausblasmodus-Umschaltschieber 12 bis 14 in Schritt S14, die Antriebsspannung des Gebläses 5 in Schritt S15 und die Antriebsspannung des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24 in Schritt S16 bestimmt und indem die Motoren und die Betätigungselemente 51 bis 55 betrieben werden. Dann geht die Prozedur mit S1 (Schritt S7) weiter, und der Abtaubetrieb wird fortgesetzt.
  • Bei diesem Entfeuchtungsbetrieb kann das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geöffnet werden, und das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion können geschlossen werden, so dass das Kältemittel nur in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 strömt, oder das Öffnen und Schließen des Magnetventils der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion kann entsprechend gesteuert werden, so dass der Entfeuchtungsbetrieb ausgeführt wird, während der Grad der Kühlung im Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 gesteuert wird.
  • Andernfalls geht die Prozedur, wenn in Schritt S6 „Kabinenheizbetrieb steuern” übermittelt wird, mit der Steuerung des Kabinenheizbetriebs weiter, wie in 11 und 12 dargestellt. Bei der Steuerung des Kabinenheizbetriebs wird in Schritt S20 der Strömungskanal der Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16 bestimmt und zu dem Kreis umgeschaltet, in dem das Kältemittel zur Fahrzeugkabinen-internen Kondensatorseite 8 strömt. Als nächstes wird in Schritt S21 über das Öffnen und Schließen der Magnetventile entschieden, und das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil) 19 und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion werden geschlossen, und das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion wird geöffnet. Auf diese Weise wird der in 3 dargestellte Kabinenheizkreislauf 33 eingestellt.
  • Dann wechselt die Prozedur zu Schritt S22, und hier wird ermittelt, ob am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 Frost vorhanden ist. Bei der Frostermittlung S1 wird festgestellt, ob die Differenz zwischen dem erfassten Wert T1 des Kältemittel Temperatursensors 48 für den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer und der erfasste Wert Tamb des Außenluft-Temperatursensors 44 größer oder gleich einem eingestellten Wert a ist (T1 – Tamb ≥ a), und wenn JA (Frost vorhanden), geht die Prozedur mit Schritt S23 weiter, und wenn NEIN (kein Frost vorhanden), geht die Prozedur mit Schritt S24 weiter. Wenn kein Frost vorhanden ist, wirkt der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 als Evaporator, und der Kabinenheizbetrieb wird vom Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33 ausgeführt.
  • Wenn der Kabinenheizbetrieb ausgeführt wird, wird er so ausgeführt, dass die Temperatur im Fahrzeug der eingestellten Temperatur entspricht, indem der Außenluft-Einlassmodus durch den Innen- und Außenluft-Umschaltschieber 4 in Schritt S24 bestimmt wird und indem nacheinander die Drehzahl des elektrischen Verdichters 15 in Schritt S25, der Ausblasmodus durch Schalten der Ausblasmodus-Umschaltschieber 12 bis 14 in Schritt S26, die Antriebsspannung des Gebläses 5 in Schritt S27 und die Antriebsspannung des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24 in Schritt S28 bestimmt und indem die Motoren und die Betätigungselemente 51 bis 55 betrieben werden. Dann geht die Prozedur mit S1 (Schritt S7) weiter, und der Kabinenheizbetrieb wird fortgesetzt.
  • Wenn in Schritt S22 festgestellt wird, dass Frost vorhanden ist, geht die Prozedur mit Schritt S23 weiter. Dann wird ermittelt, ob die Fahrzeugstromquelle eingeschaltet ist (ON). Wenn NEIN, geht die Prozedur mit S29 weiter (siehe 12), und wenn JA, geht die Prozedur mit Schritt S30 weiter. In Schritt S30 wird der Innen- und Außenluft-Umschaltschieber 4 in den Außenluft-Einblasmodus oder den Innenluft-Mischmodus geschaltet. Dann geht die Prozedur mit Schritt S31 weiter, und es wird entschieden, ob die Magnetventile geöffnet oder geschlossen werden.
  • In diesem Fall werden in Schritt S31 das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil) 19 und das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen, und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion wird geöffnet. Daher wird zum Heißgaskreislauf 33A umgeschaltet, in dem das zur Kabinenheizung durch Wärmeverteilung im Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 verwendete Kältemittel, nachdem es im Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 kondensiert ist, durch den Bypasskreis 32, die dritte Dekompressionseinheit 30 und das Rückschlagventil 31 in den Akkumulator 21 geleitet und im elektrischen Verdichter 15 absorbiert wird. Auf diese Weise wird, wenn am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 Frost festgestellt wird, der Kabinenheizbetrieb mit dem Heißgaskreislauf 33A fortgesetzt, der in 4 dargestellt ist.
  • Wenn in Schritt S31 über das Öffnen und Schließen der Magnetventile entschieden wird und in den Kabinenheizbetrieb über den Gaskreislauf 33A geschaltet wird, wird der Kabinenheizbetrieb so ausgeführt, dass die Temperatur im Fahrzeug der eingestellten Temperatur entspricht, indem nacheinander die Drehzahl des elektrischen Verdichters 15 in Schritt S32, der Ausblasmodus durch Schalten der Ausblasmodus-Umschaltschieber 12 bis 14 in Schritt S33, die Antriebsspannung des Gebläses 5 in Schritt S34 und die Antriebsspannung des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24 in Schritt S35 bestimmt und indem die Motoren und Betätigungselemente 51 bis 55 betrieben werden. Dann geht die Prozedur mit Schritt S1 (Schritt S7) weiter, und der Kabinenheizbetrieb wird fortgesetzt, ganz gleich, ob am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 Frost vorhanden ist.
  • Wenn in Schritt S23 die Antwort NEIN ist, d. h. wenn festgestellt wird, dass die Fahrzeugstromquelle ausgeschaltet ist und die Prozedur mit Schritt S29 weitergeht (siehe 12) wird ermittelt, ob die Fahrzeugstromquelle (Batterie) gerade geladen wird oder der Ladevorgang abgeschlossen ist. Wenn hier NEIN festgestellt wird, bedeutet dies, dass die Batterieladung nicht ausreicht oder dass die Batterie nicht geladen wird oder dass sich der Fahrer noch im Fahrzeug befindet, so dass die Prozedur mit Schritt S36 weitergeht und der Abtaubetrieb vorübergehend gestoppt wird. Dann geht die Prozedur mit S1 (Schritt S7) weiter, und der Vorgang wird wiederholt.
  • Wenn in Schritt S29 hingegen JA festgestellt wird, bedeutet dies, dass das Fahrzeug gestoppt (geparkt) und der Fahrer nicht anwesend ist und die Fahrzeugstromquelle (Batterie) entweder gerade geladen wird oder der Ladevorgang abgeschlossen ist, so dass die Prozedur mit Schritt S37 weitergeht und „Abtaubetrieb steuern 1” zum Abtauen des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 ausgeführt wird. Es besteht die Möglichkeit, dass der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 während der Fahrt natürlich abgetaut werden, wenn sich Frost gebildet hat, doch wenn festgestellt wird, dass Frost vorhanden ist, und die Fahrzeugstromquelle ausgeschaltet ist, werden die Schritte „Abtaubetrieb steuern 1, 2” stets ausgeführt.
  • Wie in 13 dargestellt, wird durch „Abtaubetrieb steuern 1” in Schritt S50 der Strömungskanal der Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16 bestimmt, und das heiße gasförmige Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 wird in den Kreis geleitet, der zum Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 führt. Als nächstes wird in Schritt S51 über das Öffnen und Schließen der Magnetventile entschieden, und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion wird geöffnet, und das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion werden geschlossen. Auf diese Weise wird der erste Abtaukreis 34 eingestellt, wie in 5A und 5B dargestellt.
  • Anschließend geht die Prozedur mit Schritt S52 weiter, und es werden nacheinander die Drehzahl des elektrischen Verdichters 15 in Schritt S52, der Einblasmodus (Innenluft-Umwälzmodus) durch Schalten des Innen- und Außenluft-Umschaltschiebers 4 in Schritt S53, der Ausblasmodus durch Schalten der Ausblasmodus-Umschaltschieber 12 bis 14 in Schritt S54, die Antriebsspannung des Gebläses 5 in Schritt S55 und die Antriebsspannung des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24 in Schritt S56 bestimmt und die Motoren und Betätigungselemente 51 bis 55 betrieben. Auf diese Weise zirkuliert das Kältemittel im ersten Abtaukreis 34, wird heißes Gas in den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 geleitet und der Abtaubetrieb des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 ausgeführt. Während des Abtaubetriebs wird der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator 24 gestoppt.
  • Während der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 durch „Abtaubetrieb steuern 1” abgetaut wird, wird in Schritt S38 Frostermittlung S2 ausgeführt. Bei dieser Abtauermittlung S2 wird festgestellt, ob der Abtauvorgang abgeschlossen ist und ob der vom Kältemittel-Temperatursensor für den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 50 erfasste Wert (T2) größer als der eingestellte Wert b ist (T2 ≤ b). Das heißt, wenn der erfasste Wert T2 gleich oder kleiner als der eingestellte Wert b ist, wird entschieden, dass noch Frost vorhanden und nicht geschmolzen ist (JA), so dass der Abtaubetrieb fortgesetzt wird, und wenn der erfasste Wert T2 den eingestellten Wert b überschreitet, wird festgestellt, dass der Frost geschmolzen und der Abtauvorgang abgeschlossen ist, so dass die Prozedur mit dem nächsten Schritt S39 weitergeht.
  • In Schritt S39 wird „Abtaubetrieb steuern 2” ausgeführt, um den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 abzutauen. Bei „Abtaubetrieb steuern 2”, wie in 13 dargestellt, Bestimmung des Strömungskanals der Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil) 16, Entscheidung über Öffnen und Schließen der Magnetventile (in diesem Fall wird das zweite Ein-/Ausschaltventil 25 der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geöffnet, und das Magnetventil der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und das dritte Ein-/Ausschaltventil 29 der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion werden geschlossen), werden nacheinander die Drehzahl des elektrischen Verdichters 15, der Einblasmodus (Innenluft-Umwälzmodus) durch Schalten des Innen- und Außenluft-Umschaltschiebers 4, der Ausblasmodus durch Schalten der Ausblasmodus-Umschaltschieber 12 bis 14, die Antriebsspannung des Gebläses 5 und die Antriebsspannung des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24 bestimmt und die Motoren und Betätigungselemente 51 bis 55 betrieben.
  • Auf diese Weise wird das Kältemittel in den zweiten Abtaukreis 35 geleitet, wie in 6A und 6B dargestellt, und durch Einleiten von heißem gasförmigem Kältemittel in den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 wird der Abtaubetrieb des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 ausgeführt. Während der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 durch „Abtaubetrieb steuern 2” abgetaut wird, wird in Schritt S40 ermittelt, ob Frost vorhanden ist. Bei dieser Frostermittlung S3 wird festgestellt, ob der Abtauvorgang abgeschlossen ist, indem ermittelt wird, ob der vom Kältemittel-Temperatursensor für den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 48 erfasste Wert (T1) einen eingestellten Wert c überschreitet (T1 ≤ c). Das heißt, wenn der erfasste Wert T1 gleich oder kleiner als der eingestellte Wert c ist, wird festgestellt, dass noch Frost vorhanden ist (JA), so dass der Abtaubetrieb fortgesetzt wird, und wenn der erfasste Wert T1 den eingestellten Wert c überschreitet, wird festgestellt, dass der Frost geschmolzen und der Abtauvorgang abgeschlossen ist, so dass die Prozedur mit dem nächsten Schritt S41 weitergeht und der Abtaubetrieb abgeschlossen ist. Während dieses Abtaubetriebs wird der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator 24 ebenfalls gestoppt.
  • „Abtaubetrieb steuern 1” und „Abtaubetrieb steuern 2” sind so konfiguriert, dass, wie in 13 dargestellt, nach jedem Ausführen von „Abtaubetrieb steuern” in den Schritten S50 bis S56 dann in S2 und S3 (Schritt S38 und Schritt S40) die Frostermittlung erfolgt, und wenn der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 mit „Abtaubetrieb steuern 1” und „Abtaubetrieb steuern 2” abgetaut sind, geht die Prozedur mit Schritt S41 weiter, und der Abtauvorgang ist abgeschlossen.
  • Daher kommen nach der vorliegenden Ausführungsform folgende Aktionen und Effekte zum Tragen. In der Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage 1 sind nach der vorliegenden Ausführungsform der Fahrzeugkabinen-interne Kondensator 8, der über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 hinter dem Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 in der Klimaanlage 2 installiert ist, und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27, der außerhalb der Fahrzeugkabine über die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der ausgangsseitigen Kältemittelleitung 22B des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 installiert ist, mit einem in der Technik bekannten Kältekreislauf zur Kabinenkühlung verbunden, der den elektrischen Verdichter 15, den Fahrzeugkabinen-externen Verdichter 17, den Empfänger 18, die erste Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 und den Akkumulator 21 umfasst. Zusätzlich ist der Bypasskreis 32, der die dritte Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion beinhaltet, zwischen der ausgangsseitigen Kühlflüssigkeitsleitung 22A des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 und dem Akkumulator 21 angeschlossen.
  • Auf diese Weise ist es möglich, den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33 über den elektrischen Verdichter 15, die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16, den Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B, die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 und den Akkumulator 21 zu konfigurieren. Gleichermaßen können während des Heizbetriebs bei Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 die beiden Abtaukreise konfiguriert werden: der erste Abtaukreis 34 und der zweite Abtaukreis 35. Der erste Abtaukreis 34 taut Schnee und Eis und dergleichen am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17, indem heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 durch den Bypasskreis 32, der den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B und die dritte Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, und den Akkumulator 21 zirkuliert. Der zweite Abtaukreis 35 taut Frost am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27, indem heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 über die Kältemittel-Umschaltvorrichtung 16 durch den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17, die Kälteflüssigkeitsleitung 22B, die zweite Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 und den Akkumulator 21 zirkuliert.
  • Daher können der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen in kurzer Zeit effizient abgetaut werden, indem heißes, gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 über den ersten Abtaukreis 34 und den zweiten Abtaukreis 35 in den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 und den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 eingeleitet werden, selbst wenn sich am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 Frost gebildet hat oder sich am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 Schnee oder Eis oder dergleichen angesammelt haben, nachdem die Kabine bei niedrigen Außenlufttemperaturen beheizt wurde, wenn das Fahrzeug angehalten (geparkt) und der Fahrer nicht anwesend ist, aber die Fahrzeugstromquelle (Batterie) gerade geladen wird oder der Ladevorgang abgeschlossen ist.
  • Außerdem können praktisch der gesamte Kältemittelkreis und Unterbaugruppen aktueller Fahrzeugklimaanlagen, die in motorbetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden, im Ist-Zustand genutzt werden. Daher kann durch Hinzufügen des minimalen Kabinenheizkreises mit der zugehörigen Ausstattung die hoch zuverlässige und hoch effiziente Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage 1 mit der vergleichsweise einfachen Konfiguration zu geringen Kosten bereitgestellt werden, die ausgezeichnet montierbar und ideal für EV-, HEV- und PHEV-Fahrzeuge und dergleichen geeignet ist.
  • Selbst bei Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 infolge eines Kabinenheizbetriebs bei geringen Außenlufttemperaturen kann auf Kabinenheizung mit heißem Gas umgeschaltet werden, wobei die Kabine über den Heißgaskreislauf 33A beheizt wird, in dem heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter 15 in den Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 geleitet und das durch die Wärmeabgabe im Fahrzeugkabinen-internen Kondensator 8 verflüssigte Kältemittel den Bypasskreis 32, die dritte Dekompressionseinheit 30, das Rückschlagventil 31 und den Akkumulator 21 passiert, so dass der Kabinenheizbetrieb unverändert fortgesetzt werden kann. Somit ist dadurch, dass während des Kabinenheizbetriebs in den Abtaubetrieb geschaltet werden kann, das Problem des gestoppten Kabinenheizbetriebs und von Verlusten beim Energieverbrauch gelöst, wird das Beschlagen der Fenster infolge des gestoppten Kabinenheizbetriebs vermieden und ist es möglich, die Effektivität und Sicherheit der Kabinenheizung zu gewährleisten.
  • Der Abtaubetrieb wird ausgeführt, wenn das Fahrzeug gestoppt wurde und der Fahrer nicht anwesend ist und wenn die Fahrzeugbatterie gerade geladen wird oder geladen ist, so dass sich die Auswirkung des Abtaubetriebs auf die vom Fahrzeug zurückgelegte Stecke vermeiden lässt und der Abtaubetrieb ausgeführt werden kann, wenn die Fahrzeugbatterie gerade geladen wird oder geladen wurde und Batteriekapazität zur Verfügung steht. Dadurch können der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 effektiv und zuverlässig abgetaut werden, ohne den Fahrer in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Empfänger 18 an der ausgangsseitigen Kältemittelleitung 22B des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 bereitgestellt, und die erste Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 ist ein mit einem Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil. Daher kann das temperaturgesteuerte automatische Expansionsventil in Kombination mit dem Empfänger verwendet werden, wodurch die Verdampfungsleistung des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 stabilisiert, dessen Steuerbarkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt, die Kabinenkühlleistung erhöht und die Konfiguration rund um die Klimaanlage 2 vereinfacht werden kann, in der das mit einem Magnetventil ausgestattete, temperaturgesteuerte automatische Expansionsventil installiert ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann in dem Zustand, in dem das Kältemittel in den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung 33 geleitet wird, durch Öffnen der Ein-/Ausschaltventilfunktion der ersten Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 und durch Schließen entweder sowohl des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 als auch des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 oder der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, so dass das Kältemittel nur in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer 7 strömt, der Entfeuchtungsmodus gewählt werden. Daher kann während des Kabinenkühl- oder Kabinenheizbetriebs bei Bedarf der Entfeuchtungsmodus gewählt werden, und ist es möglich, in den Entfeuchtungsbetrieb umzuschalten, in dem der Fahrzeugkabinen-interne Kondensator 8 als Wärmestrahler dient und entweder sowohl der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 als auch der Fahrzeugkabinen-interne Verdampfer 7 oder nur der Fahrzeugkabinen-interne Verdampfer 7 als Evaporator dient, und die Temperatureinstellung zu steuern.
  • Daher ist es während des Kabinenkühl- oder Kabinenheizbetriebs möglich, je nach Bedarf in den Entfeuchtungsmodus zu schalten und die Temperatureinstellung zu steuern und einen komfortablen Entfeuchtungsbetrieb zu realisieren. Während des Entfeuchtungsbetriebs lässt sich durch Nutzung sowohl des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 als auch des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 die Temperaturlinearitätsleistung (die Fähigkeit zum Verfolgen der eingestellten Temperatur) verbessern.
  • Nach der vorliegenden Ausführungsform ist der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 im Luftströmungsweg des Fahrzeugkabinen-externen Ventilators 24 des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 auf der dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 nachgeschalteten Seite angeordnet, und während des Abtaubetriebs unter Verwendung des ersten Abtaukreises 34 und des zweiten Abtaukreises 35 ist der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator 24 gestoppt. Somit wird der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator 24 sowohl von dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 als auch dem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 gemeinsam genutzt, was eine vereinfachte Konfiguration des Systems ermöglicht und die Kosten reduziert. Der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 werden abgetaut, indem sie von innen mit heißem, gasförmigem Kältemittel erwärmt werden, so dass während des Abtaubetriebs mithilfe des ersten Abtaukreises 34 und des zweiten Abtaukreises 35 abgetaut werden kann, während der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator 24 gestoppt ist, und der Energieverbrauch für den Abtaubetrieb reduziert werden kann.
  • Während des Abtaubetriebs wird, nachdem der Schnee oder die gefrorenen Spritzwasseransammlungen am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 durch den ersten Abtaukreis 34 mithilfe des heißen, gasförmigen Kältemittels abgetaut wurden, auf den zweiten Abtaukreis 35 umgeschaltet und der Frost am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 mithilfe des heißen, gasförmigen Kältemittels abgetaut. Somit wird heißes, gasförmiges Kältemittel auf konzentrierte Weise separat zum Fahrzeugkabinen-externen Kondensator 17 und zum Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 geleitet, so dass sie nacheinander abgetaut werden können. Dadurch können der Fahrzeugkabinen-externe Kondensator 17 und der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer 27 selbst bei niedrigen Außenlufttemperaturen in kurzer Zeit effektiv abgetaut werden.
  • Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Erfindung gemäß der Ausführungsform wie vorstehend beschrieben beschränkt ist und Änderungen wie angemessen vorgenommen werden können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann in der oben beschriebenen Ausführungsform während des Wärmepumpen-Kabinenheizbetriebs selbst bei Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer 27 in dem Fall, dass der Abtaubetrieb nicht ausgeführt wird, während das Fahrzeug gefahren wird, sondern der Frost während der Fahrt natürlich abgetaut wird, der Wärmepumpen-Kabinenheizbetrieb unter Verwendung des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers 27 wiederhergestellt werden. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die erste Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 ein temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil mit guter Steuerbarkeit, das eine stabile Leistung des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers 7 gewährleisten kann, und der Empfänger 18 ist am Ausgang des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators 17 platziert, um die Steuerbarkeit zu gewährleisten, doch wenn andere Dekompressionsvorrichtungen als das temperaturgesteuerte automatische Expansionsventil verwendet werden, kann auf den Empfänger 18 verzichtet werden.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die erste Dekompressionseinheit 19 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion ein mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil, doch eine Konfiguration, bei der ein Magnetventil und das temperaturgesteuerte automatische Expansionsventil hintereinander geschaltet sind, ist möglich. Im Fall der zweiten Dekompressionseinheit 26 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion und der dritten Dekompressionseinheit 30 mit Ein-/Ausschaltventilfunktion sind das zweite Ein-/Ausschaltventil (Magnetventil) 25 und das dritte Ein-/Ausschaltventil (Expansionsventil) 29 jeweils auf der Einlassseite der zweiten Dekompressionseinheit (Expansionsventil) 26 und der dritten Dekompressionseinheit (Expansionsventil) 30 angeordnet, doch diese können durch elektronische Expansionsventile mit Ein-/Ausschaltventilfunktion ersetzt werden, wobei diese Formen in der vorliegenden Erfindung auch eingeschlossen sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage
    2
    Klimaanlage
    7
    Fahrzeugkabinen-interner Verdampfer
    8
    Fahrzeugkabinen-interner Kondensator
    15
    Elektrischer Verdichter
    16
    Kältemittel-Umschaltvorrichtungen (Dreiwegeschaltventil)
    17
    Fahrzeugkabinen-externer Kondensator
    18
    Empfänger
    19
    Erste Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil)
    21
    Akkumulator
    22A
    Auslassleitung (Auslasskreis)
    22B
    Kälteflüssigkeitsleitung
    23
    Kältemittelkreislauf zur Kabinenkühlung (Kältemittelkreis)
    24
    Fahrzeugkabinen-externer Ventilator
    26
    Zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (Ein-/Ausschaltventil 25 und Expansionsventil 26)
    30
    Dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion (Ein-/Ausschaltventil 29 und Expansionsventil 30)
    32
    Bypasskreis
    33
    Wärmepumpe zur Kabinenheizung (Kältemittelkreis)
    33A
    Heißgaskreislauf
    34
    Erster Abtaukreis
    35
    Zweiter Abtaukreis

Claims (7)

  1. Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage, die umfasst: einen Kältemittelkreislauf zur Kabinenkühlung, wobei ein elektrischer Verdichter, ein Fahrzeugkabinen-externer Kondensator, eine erste Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, ein Fahrzeugkabinen-interner Verdampfer innerhalb einer Klimaanlage und ein Akkumulator in dieser Reihenfolge verbunden sind; einen Fahrzeugkabinen-internen Kondensator, der einem Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer innerhalb der Klimaanlage nachgeschaltet ist, mit einem Kältemitteleingang, der über Umschaltvorrichtungen mit einem Auslasskreis des elektrischen Verdichters verbunden ist, und einem Kältemittelauslass, der mit einer ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators verbunden ist; einen Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer mit einem Kältemitteleinlass, der mit einer ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators verbunden ist, und einem Kältemittelauslass, der mit dem Akkumulator verbunden ist; und einen Bypasskreis, der eine dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, die zwischen der ausgangsseitigen Kühlflüssigkeitsleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators und dem Akkumulator angeschlossen ist, einen Wärmepumpenkreis zur Kabinenheizung, der aus dem elektrischen Verdichter, der Umschaltvorrichtung, dem Fahrzeugkabinen-internen Kondensator, der Kälteflüssigkeitsleitung, der zweiten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, dem Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer und dem Akkumulator konfiguriert werden kann; und wenn während des Kabinenheizbetriebs am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer Frost festgestellt wird, einen ersten Abtaukreis zum Abtauen des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators, der so konfiguriert sein kann, dass heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter über die Umschaltvorrichtungen durch den Bypasskreis, der den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, die Kälteflüssigkeitsleitung und die dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, und den Akkumulator geleitet wird; und einen zweiten Abtaukreis zum Abtauen des Fahrzeugkabinen-externen Verdampfers, der so konfiguriert sein kann, dass heißes gasförmiges Kältemittel aus dem elektrischen Verdichter über die Umschaltvorrichtungen durch den Fahrzeugkabinen-externen Kondensator, die Kälteflüssigkeitsleitung, die zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion, den Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer und den Akkumulator zirkuliert.
  2. Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, wobei, wenn während des Kabinenheizbetriebs durch den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer Frost festgestellt wird, der Kabinenheizbetrieb fortgesetzt werden kann, indem auf einen Heißgaskreislauf umgeschaltet wird, bei dem ein nach erfolgter Wärmeabgabe im Fahrzeugkabinen-externen Kondensator kondensiertes Kältemittel durch den Bypasskreis, der die dritte Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion umfasst, in den Akkumulator geleitet und im elektrischen Verdichter absorbiert wird.
  3. Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Empfänger an der ausgangsseitigen Kälteflüssigkeitsleitung des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators angeordnet ist und die erste Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers ein mit Magnetventil ausgestattetes, temperaturgesteuertes automatisches Expansionsventil ist.
  4. Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Entfeuchtungsmodus gewählt werden kann, wenn das Kältemittel in den Wärmepumpenkreislauf zur Kabinenheizung geleitet wird, indem die Ein-/Ausschaltventilfunktion der ersten Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion an der Einlassseite des Fahrzeugkabinen-internen Verdampfers geöffnet wird und indem entweder sowohl der Fahrzeugkabinen-interne Verdampfer als auch der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer oder die zweite Dekompressionseinheit mit Ein-/Ausschaltventilfunktion geschlossen wird, so dass das Kältemittel in den Fahrzeugkabinen-internen Verdampfer strömt.
  5. Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Fahrzeugkabinen-externe Verdampfer im Luftströmungsweg eines Fahrzeugkabinen-externen Ventilators des Fahrzeugkabinen-externen Kondensators hinter dem Fahrzeugkabinen-externen Kondensator angeordnet und so konfiguriert ist, dass während des Abtaubetriebs unter Verwendung des ersten Abtaukreises und des zweiten Abtaukreises der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator gestoppt ist.
  6. Verfahren zum Abtauen der in einem der Ansprüche von 1 bis 5 beschriebenen Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage, das umfasst: bei Frostbildung am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer Abtauen von Schnee oder gefrorenen Spritzwasseransammlungen am Fahrzeugkabinen-externen Kondensator über den ersten Abtaukreis unter Verwendung von heißem, gasförmigem Kältemittel; Umschalten zum zweiten Abtaukreis; und Abtauen des Frostes am Fahrzeugkabinen-externen Verdampfer mit heißem, gasförmigem Kältemittel.
  7. Verfahren zum Abtauen einer Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 6, wobei der Abtaubetrieb erfolgt, wenn das Fahrzeug gestoppt wurde und die Fahrzeugbatterie gerade geladen wird oder geladen ist und der Fahrzeugkabinen-externe Ventilator gestoppt ist.
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