DE112014003781T5 - Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug. Das Wärmepumpensystem umfasst einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen Kältemittel, das durch eine Kältemittelzirkulationsleitung zirkuliert, und Kühlmittel, das durch Elektronikeinheiten des Fahrzeugs zirkuliert. Das Wärmepumpensystem kann in dem Wärmepumpenmodus arbeiten, selbst wenn die Außenlufttemperatur null ist, unter Null liegt oder sich an dem äußeren Wärmetauscher Frost gebildet hat, weil Abwärme der Elektronikeinheiten durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher rückgewonnen wird, wodurch Heizleistung- und Effizienz weiter verbessert werden.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, und insbesondere ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen einem durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittel und einem durch Elektronikeinheiten des Fahrzeugs zirkulierenden Kühlmittel; eine erste Kältemittelzirkulationsleitung, um den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an einer stromaufwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers anzuordnen; und eine zweite Kältemittelzirkulationsleitung, um den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an einer stromabwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers anzuordnen, so dass das Kältemittel in einem Klimaanlagenmodus Wärme an das Kühlmittel und den externen Wärmetauscher abstrahlt und in einem Wärmepumpenmodus Wärme von der Außenluft und dem Kühlmittel durch den externen Wärmetauscher und den Kältemittel-Kühlmittel Wärmetauscher absorbiert.
  • [Technischer Hintergrund]
  • Im Allgemeinen umfasst eine Klimaanlage für ein Fahrzeug ein Kühlsystem zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums und ein Heizsystem zum Erwärmen des Fahrzeuginnenraums.
  • Auf einer Verdampferseite eines Kältemittelzyklus wandelt das Kühlsystem Luft in kalte Luft durch Austauschen von Wärme zwischen der aus einem Verdampfer ausströmenden Luft und dem in den Verdampfer strömenden Kältemittel, um das Fahrzeuginnere zu kühlen. Auf einer Heizkernseite eines Kühlmittelzyklus wandelt das Heizsystem Luft in warme Luft durch Austauschen von Wärme zwischen der nach außerhalb des Heizkerns gelangenden Luft und in dem Heizkern strömenden Kühlmittel, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.
  • In der Zwischenzeit wurde im Unterschied zu der Klimaanlage für das Fahrzeug ein Wärmepumpensystem eingesetzt, das wahlweise Kühlung und Erwärmung durch Wechseln einer Strömungsrichtung von Kältemittel unter Verwendung eines Kältemittelzyklus ausführt. Beispielsweise beinhaltet das Wärmepumpensystem zwei Wärmetauscher: einen Wärmetauscher, der ein interner Wärmetauscher ist, welcher im Inneren eines Klimaanlagengehäuses eingebaut ist, um Wärme mit der Luft, die in das Fahrzeuginnere geblasen wird, zu tauschen; und wobei der andere ein externer Wärmetauscher zum Austausch von Wärme außerhalb des Klimaanlagengehäuses ist, und ein Richtungswechselventil zum Ändern einer Strömungsrichtung von Kältemittel.
  • Daher dient gemäß der Strömungsrichtung des Kältemittels durch das Richtungswechselventil der interne Wärmetauscher als Wärmetauscher zum Kühlen, wenn der Kühlmodus ausgeführt wird, und dient als Wärmetauscher zum Erwärmen, wenn der Heizmodus ausgeführt wird.
  • Verschiedene Arten des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug wurden vorgeschlagen, und 1 stellt ein repräsentatives Beispiel des Wärmepumpensystems des Fahrzeugs dar.
  • Wie in 1 gezeigt umfasst das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug: einen Verdichter 30 zum Verdichten und Ableiten von Kältemittel; einen internen Wärmetauscher 32 zum Abstrahlen von Wärme des von dem Verdichter 30 abgeleiteten Kältemittels; parallel eingebaut ein erstes Expansionsventil 34 und ein erstes Umgehungsventil 36, um wahlweise das durch den internen Wärmetauscher 32 gelangende Kältemittel passieren zu lassen; einen externen Wärmetauscher 48 zum Austauschen von Wärme mit dem durch das erste Expansionsventil 34 oder das ersten Umgehungsventil 36 gelangenden Kältemittels nach außen, einen Verdampfer 60 zum Verdampfen des durch den externen Wärmetauscher gelangenden Kältemittels, einen Druckspeicher 62, um das durch den Verdampfer 60 gelangende Kältemittel in ein Gasphasenkältemittel und ein Flüssigkeitsphasenkältemittel zu teilen, ein zweites Expansionsventil 56 zum wahlweisen Expandieren des dem Verdampfer 60 zugeführten Kältemittels, und ein zweites Umgehungsventil 58, das parallel zu dem zweiten Expansionsventil 56 eingebaut ist, um wahlweise eine Auslassseite des externen Wärmetauschers 48 und eine Einlassseite des Druckspeichers 62 zu verbinden.
  • Weiterhin ist an der Auslassseite des externen Wärmetauschers 48 ein Kühler 50 eingebaut, der zwischen Kältemittel und Kühlmittel Wärme tauscht.
  • In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Klimaanlagengehäuse, in das der interne Wärmetauscher 32 und der Verdampfer 60 eingebettet sind, das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Temperatur-einstellbares Tor zum Regulieren einer Mischmenge von kalter und warmer Luft, und das Bezugszeichen 20 bezeichnet ein Luftgebläse, das an einem Einlass des Klimaanlagengehäuses eingebaut ist.
  • Gemäß dem Wärmepumpensystem mit dem obigen Aufbau sind, wenn ein Wärmepumpenmodus (Heizmodus) ausgeführt wird, das erste Umgehungsventil 36 und das zweite Expansionsventil 56 geschlossen und das erste Expansionsventil 34 und das zweite Umgehungsventil 58 sind geöffnet. Des Weiteren wird das Temperatur-einstellbare Tor 12 wie in 1 gezeigt betrieben. Entsprechend gelangt das von dem Verdichter 30 abgeleitete Kältemittel nacheinander durch den internen Wärmetauscher 32, das erste Expansionsventil 34, den externen Wärmetauscher 48, den Kühler 50, das zweite Umgehungsventil 58 und den Druckspeicher 62, und wird dann dem Verdichter 30 zurückgeführt. Das bedeutet, dass der interne Wärmetauscher 32 als Erhitzer dient und der externe Wärmetauscher 48 als Verdampfer dient.
  • Wenn ein Klimaanlagenmodus (Kühlmodus) betrieben wird, sind das erste Umgehungsventil 36 und das zweite Expansionsventil 56 geöffnet, und das erste Expansionsventil 34 und das zweite Umgehungsventil 58 sind geschlossen. Ferner schließt die Temperatur-einstellbare Tür 12 einen Pfad des internen Wärmetauschers 32. Daher gelangt das von dem Verdichter 30 abgeleitete Kältemittel nacheinander durch den internen Wärmetauscher 32, das erste Umgehungsventil 36, den externen Wärmetauscher 32, das erste Umgehungsventil 36, den externen Wärmetauscher 48, den Kühler 50, das zweite Expansionsventil 56, den Verdampfer 60 und den Druckspeicher 62, und wird dann dem Verdichter 30 zurückgeführt. Das bedeutet, dass der Verdampfer 60 als Verdampfer dient und der interne Wärmetauscher 32, der von der Temperatur-einstellbaren Tür 12 geschossen wird, im Wärmepumpenmodus als Erhitzer dient.
  • Jedoch kann im Fall eines herkömmlichen Wärmepumpensystems für das Fahrzeug in dem Wärmepumpenmodus (Heizmodus) der interne Wärmetauscher 32, der im Inneren des Klimaanlagengehäuses 10 eingebaut ist, als Erhitzer dienen, um das Erwärmen durchzuführen, und der externe Wärmetauscher 48, der außerhalb des Klimaanlagengehäuses 10, nämlich vor dem Motorraum des Fahrzeugs eingebaut ist, dient als Verdampfer, um Wärme mit der Außenluft zu tauschen.
  • In diesem Fall, wenn die Temperatur des in den externen Wärmetauschers geströmten Kältemittels höher ist als diejenige der Außenluft, mit anderen Worten, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als die Temperatur des Kältemittels, birgt das herkömmliche Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug den Nachteil dahingehend, dass der externe Wärmetauscher 48 sich hinsichtlich seiner Wärmetauscheffizienz verschlechtert, beispielsweise kann der externe Wärmetauscher keine Wärme von der Außenluft absorbieren und es bildet sich Frost an dem externen Wärmetauscher 48. Somit verschlechtert sich das herkömmliche Wärmepumpensystem hinsichtlich der Heizleistung und Effizienz und es ist unmöglich, den Wärmepumpenmodus zu betreiben, wenn die Außenlufttemperatur bei Null oder darunter liegt.
  • Desweiteren müssen, um die Leistung des luftkühlenden externen Wärmetauschers zu verbessern, die Dicke oder ein effektiver Bereich für Wärmeaustausch vergrößert werden, um die Größe des externen Wärmetauschers zu erhöhen. Der herkömmliche Wärmetauscher besitzt jedoch eine Grenze hinsichtlich dessen Größenzunahme und Leistungsverbesserung aufgrund eines geringen Platzes für den Motorraum.
  • [Offenbarung]
  • [Technisches Problem]
  • Demnach erfolgte die vorliegende Erfindung in dem Bestreben, die im Stand der Technik auftretenden eingangs erwähnten Probleme zu lösen und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, umfassend: einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher, zum Austausch von Wärme zwischen einem durch eine Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittel und einem durch Elektronikeinheiten des Fahrzeugs zirkulierenden Kühlmittel; eine erste Kältemittelzirkulationsleitung um den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an einer stromaufwärtsliegenden Seite des externen Wärmetauschers anzuordnen; und eine zweite Kältemittelzirkulationsleitung, um den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an einer stromabwärtsliegenden Seite des externen Wärmetauschers anzuordnen, so dass das Kältemittel in einem Klimaanlagenmodus durch Abstrahlen von Wärme an das Kühlmittel und Außenluft durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher und den externen Wärmetauscher gekühlt wird, wodurch die Kühlleistung ohne eine größenmäßige Zunahme des externen Wärmetauschers verbessert wird. Zudem besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das beheizt wird durch Absorbieren von Wärme der Außenluft und dem Kühlmittel (Abwärme der Elektronikeinheiten) durch den externen Wärmetauscher und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher in einem Wärmepumpenmodus, wodurch die die Heizleistung verbessert wird. Ferner ist es ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das den Wärmepumpenmodus durchführen kann, selbst wenn eine Temperatur der Außenluft bei Null oder darunter liegt und sich Frost auf dem externen Wärmetauscher bildet, da Abwärme der Elektronikeinheiten durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher rückgewonnen wird, wodurch sich die Heizleistung und Effizienz weiter verbessern.
  • [Technische Lösung]
  • Um die obenstehenden Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereit, umfassend: einen Verdichter, der an einer Kältemittelzirkulationsleitung eingebaut ist, um Kältemittel zu verdichten und abzuleiten; einen internen Wärmetauscher, der in einem Klimaanlagengehäuse eingebaut ist, um Wärme zwischen der Luft im Inneren des Klimaanalagengehäuses und dem von dem Verdichter abgeleiteten Kältemittel zu tauschen; einen Verdampfer, der im Inneren des Klimaanlagengehäuses eingebaut ist, um Wärme zwischen der Luft in Inneren des Klimaanlagengehäuse und dem dem Verdichter zugeführten Kältemittel zu tauschen; einen externen Wärmetauscher, der außen an dem Klimaanlagengehäuse befestigt ist, um Wärme zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittel und der Außenluft zu tauschen; zweite Expansionsmittel, die an einem Einlass des Verdampfers an der Kältemittelzirkulationsleitung eingebaut sind, um das von dem internen Wärmetauscher abgeleitete Kältemittel wahlweise zu expandieren; und erste Expansionsmittel, die an einem Auslass des internen Wärmetauschers an der Kältemittelzirkulationsleitung eingebaut sind, um das dem Verdampfer zugeführte Kältemittel zu expandieren, ferner umfassend: eine Kühlmittelzirkulationsleitung, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel hin zu Elektronikeinheiten des Fahrzeugs zu zirkulieren, um die Elektronikeinheiten zu kühlen; und einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher, der dazu konfiguriert ist, zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittel und dem durch die Kühlmittelzirkulationsleitung zirkulierendem Kühlmittel Wärme zu tauschen, wobei in einem Klimaanlagenmodus das durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierende Kältemittel durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und den externen Wärmetauscher Wärme an das Kühlmittel und die Außenluft abstrahlt, und wobei das durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierende Kältemittel in einem Wärmepumpenmodus durch den externen Wärmetauscher Wärme von dem Kältemittel und der Außenluft absorbiert.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug bereit, aufweisend: einen Verdichter, der an einer Kältemittelzirkulationsleitung eingebaut ist, um Kältemittel zu verdichten und abzuleiten; einen internen Wärmetauscher, der im Inneren eines Klimaanlagengehäuses eingebaut ist, um Wärme zwischen der Luft im Inneren des Klimaanlagengehäuses und dem von dem Verdichter abgeleiteten Kältemittel zu tauschen; einen Verdampfer, der im Innern des Klimaanlagengehäuses eingebaut ist, um Wärme zwischen der Luft im Innern des Klimaanlagengehäuses und dem dem Verdichter zugeführten Kältemittel zu tauschen; und einen externen Wärmetauscher, der außerhalb des Klimaanlagengehäuses befestigt ist, um Wärme zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittel und der Außenluft zu tauschen, ferner umfassend: eine Kühlmittelzirkulationsleitung, die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel hin zu Elektronikeinheiten des Fahrzeugs zu zirkulieren, um die Elektronikeinheiten zu kühlen; und einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher, der dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittel und dem durch die Kühlmittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kühlmittel zu tauschen, wobei die Kältemittelzirkulationsleitung umfasst: eine erste Kältemittelzirkulationsleitung, die den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an der stromaufwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers anordnet, um in einem Klimaanalagenmodus das Kältemittel mit dem Kühlmittel an einem Einlass des externen Wärmetauschers zu kühlen; und eine zweite Kältemittelzirkulationsleitung, die den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an der stromabwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers anordnet, um das Kältemittel mit dem Kühlmittel an einem Einlass des externen Wärmetauschers in einem Wärmepumpenmodus zu erwärmen.
  • [Vorteilhafte Auswirkungen]
  • Wie obenstehend beschrieben, weil das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher, um Wärme zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittel und dem durch die Elektronikeinheiten des Fahrzeugs zirkulierenden Kühlmittel zu tauschen; die erste Kältemittelzirkulationsleitung, um den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an der stromaufwärtsliegenden Seite des externen Wärmetauschers anzuordnen; und die zweite Kältemittelzirkulationsleitung, um den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an der stromabwärtsliegenden Seite des externen Wärmetauschers anzuordnen, umfasst, kühlt das Wärmepumpensystem in dem Klimaanlagenmodus das Kältemittel durch Abstrahlen von Wärme an das Kühlmittel und Außenluft durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und den externen Wärmetauscher, um die Kühlleistung ohne jegliche Größenzunahme des externen Wärmetauschers zu verbessern, erwärmt das Kältemittel in dem Wärmepumpenmodus durch Absorbieren von Wärme von der Außenluft und dem Kühlmittel (Abwärme der Elektronikeinheiten) durch den externen Wärmetauscher und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher, um die Heizleitung zu verbessern, und arbeitet im Wärmepumpenmodus, selbst wenn die Außenlufttemperatur Null oder unter Null liegt und sich Frost auf dem externen Wärmetauscher bildet, weil Abwärme der Elektronikeinheiten durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher wiedergewonnen wird, um die Heizleistung und -effizienz weiter zu verbessern.
  • Zusätzlich benötigt das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung keinen zusätzlichen Wärmetauscher, wie etwa einen Kühler zum Rückgewinnen von Abwärme der Elektronikeinheiten, und eine Kühlmittelleitung zum Anschluss an den Kühler, wodurch sich die Anzahl der Bauteile und ein Bauraum verringern.
  • Ferner kann das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung einen Druck des Kältemittels zum Zeitpunkt des Kühlens verringern durch Verwenden des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauschers, wodurch sich der Verbrauch von Antriebsleistung des Verdichters verringert.
  • Desweiteren kann das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung den Durchmesser eines Rohres reduzieren, da unabhängig die erste Kältemittelzirkulationsleitung der stromabwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers, durch die in dem Klimaanlagenmodus Flüssigkeitsphasen-Kältemittel strömt, verwendet wird, wodurch sich eine Kältemittelladung verringert. Das bedeutet, dass das herkömmliche Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug das Problem birgt, dass der Durchmesser des Rohres zunimmt und die Kältemittelladung ebenfalls zunimmt, da das Rohr an der stromabwärts-liegenden Seite, durch das in dem Klimaanlagenmodus ein Flüssigkeitsphasen-Kältemittel strömt, für einen Verwendungszweck genutzt wird, um Gasphasen-Kältemittel eines Niedertemperatur- und Niederdruckstroms dazu zu veranlassen, durch das Rohr der stromabwärtsliegenden Seite in dem Wärmepumpenmodus zu strömen.
  • Zusätzlich kann das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug aufgrund der Verwendung des gleichen Kältemittelströmungskanals für einen Entfeuchtungsmodus in dem Klimaanalagenmodus und dem Wärmepumpenmodus das Rohr vereinfachen.
  • Zusätzlich tauscht das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug durch Rohre und Strahlungsrippen eines Luftkühler-Radiators Wärme mit der Außenluft aus, unter der Bedingung, dass die Kühlmitteltemperatur (Abwärme der Elektronikeinheiten) des Luftkühler-Radiators niedriger ist als die Außenlufttemperatur, um so Wärme der Außenluft zu absorbieren.
  • [Beschreibung der Zeichnungen]
  • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines herkömmlichen Wärmepumpensystems für ein Fahrzeug.
  • 2 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Klimaanlagenmodus in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Wärmepumpenmodus in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Entfeuchtungsmodus, während der Wärmepumpenmodus in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug ausgeführt wird, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Enteisungsmodus, während der Wärmepumpenmodus in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug ausgeführt wird, gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 6 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Entfeuchtungsmodus, während der Enteisungsmodus des Wärmepumpenmodus in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird.
  • 7 ist eine Ansicht, die einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einen Luftkühler-Radiator in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine Ansicht, die einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher und einen Luftkühler-Radiator in dem Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß einer ferner bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem Kühlmittel in die umgekehrte Richtung in dem Luftkühler-Radiator von 8 strömt.
  • [Modus für die Erfindung]
  • Die bevorzugte Ausführungsform wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben.
  • Zunächst umfasst ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung einen Verdichter 100, einen internen Wärmetauscher 110, zweite Expansionsmittel 120, einen externen Wärmetauscher 130, einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180, erste Expansionsmittel 140 und einen Verdampfer 160, die nacheinander an einer Kältemittelzirkulationsleitung (R) verbunden sind, und bevorzugt bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt wird.
  • Die Kältemittelzirkulationsleitung (R) ist derart konfiguriert, dass Kältemittel in einem Klimaanlagenmodus durch den Verdichter 100, den internen Wärmetauscher 100, den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 130, das zweite Expansionsmittel 120, den Verdampfer 160 und den Verdichter 100 zirkuliert, und in einem Wärmepumpenmodus durch den Verdichter 100, den internen Wärmetauscher 110, das erste Expansionsmittel 140, den externen Wärmetauscher 130, den Kältemittel/Kühlmittelwärmetauscher 180 und den Verdichter 100 zirkuliert.
  • An einem Auslass des internen Wärmetauschers 110 ist die Kältemittelzirkulationsleitung (R) in zwei Leitungen geteilt: eine erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) ist, in der das von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleitete Kältemittel im Klimaanalgenmodus abgeleitet wird und durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180, den externen Wärmetauscher 130, das zweite Expansionsmittel 120, den Verdampfer 160 und den Verdichter 100 zirkuliert, und eine zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) ist, in der das von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleitete Kältemittel im Wärmepumpenmodus durch das erste Expansionsmittel 140, den externen Wärmetauscher 130, den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den Verdichter 100 zirkuliert.
  • Mit anderen Worten ist an der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an einer stromaufwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers 130 angeordnet, um das Kältemittel mit Kühlmittel zu kühlen, und an der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) ist der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher an einer stromabwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers 130 angeordnet, um das Kältemittel mit dem Kühlmittel zu erwärmen.
  • Die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) und die zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zweigen an der Kältemittelzirkulationsleitung (R) der Auslassseite des internen Wärmetauschers 110 ab, werden an der Kältemittelzirkulationsleitung (R) der Einlassseite des Verdichters 100 zusammengeführt, und werden dann in einem Abschnitt zwischen dem externen Wärmetauscher 130 und dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zu einer Einzelleitung.
  • Mit anderen Worten ist die Kältemittelzirkulationsleitung (R) in einem Teilabschnitt als Einzelleitung gebildet, teilt sich jedoch in einem anderen Teilabschnitt in zwei Leitungen, nämlich in die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) und die zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2).
  • Das bedeutet, dass die Kältemittelzirkulationsleitung (R) die Einzelleitung in dem Abschnitt zwischen der Einlassseite des Verdichters 100 und der Auslassseite des internen Wärmetauschers 110 besitzt, jedoch zwei Leitungen in dem Abschnitt zwischen der Auslassseite des internen Wärmetauschers 110 und der Einlassseite des Verdichters 100 durch die ersten und zweiten Kältemittelzirkulationsleitungen (R1) und (R2) besitzt.
  • In diesem Fall ist der Abschnitt, der von dem externen Wärmetauscher 130 zu dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 reicht, in der Einzelleitung innerhalb des Abschnitts der ersten und zweiten Kältemittelzirkulationsleitungen (R1) und (R2) gebildet. Das bedeutet in Bezugnahme auf 3, die den Wärmepumpenmodus zeigt, dass der Abschnitt von der Einlassseite des externen Wärmetauschers 130 zu der Auslassseite des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauschers 180 in die Einzelleitung innerhalb des Abschnitts der ersten und zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) und (R2) gebildet wird.
  • Mit anderen Worten beginnt in Bezugnahme auf 3 die Einzelleitung zwischen dem zweiten Expansionsmittel 120 und dem externen Wärmetauscher 130 und endet zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und einem ersten Richtungswechselventil 190, das später beschrieben werden wird.
  • Daher strömt im Klimaanlagenmodus, da das Kältemittel entlang der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) strömt, das Kältemittel zunächst in den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und dann in den externen Wärmetauscher 130. Im Wärmepumpenmodus strömt, da das Kältemittel entlang der zweiten Zirkulationsleitung (R2) strömt, das Kältemittel zunächst in den externen Wärmetauscher 130 und dann in den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180.
  • Mit anderen Worten strömt das Kältemittel in dem Klimaanlagenmodus und dem Wärmepumpenmodus in der jeweils umgekehrten Richtung in den Einzelleitungsabschnitt und dadurch strömt das Kältemittel in dem Kältemittel-Kühlmittelwärmetauscher 180 und den externen Wärmetauscher 130, der an einem Einzelleitungsabschnitt eingebaut ist, ebenfalls in die umgekehrte Richtung.
  • Ferner ist eine Umgehungsleitung (R3) parallel an die zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) angeschlossen, so dass das durch die zweite Kältemittelleitung (R2) zirkulierende Kältemittel den externen Wärmetauscher 130 umgeht.
  • Die Umgehungsleitung (R3) ist an den Einzelleitungsabschnitt der ersten Kältemittelzirkulationsleitungen (R1) und zweiten Kältemittelzirkulationsleitungen (R2) angeschlossen, und in Bezugnahme auf 3 ist ein Einlass der Umgehungsleitung (R3) an einem Einlass der externen Wärmetauschers 130 mit der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) verbunden, also mit der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zwischen dem zweiten Expansionsmittel 120 und dem externen Wärmetauscher 130 verbunden.
  • Ein Auslass der Umgehungsleitung (R3) ist mit der zweiten Kältemittelleitung (R2) an einem Auslass des externen Wärmetauschers 130 verbunden, also mit der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zwischen dem externen Wärmetauscher 130 und dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 verbunden.
  • Zusätzlich ist an der Kältemittelzirkulationsleitung (R) ein erstes Richtungswechselventil 190 an dem Abzweigungspunkt der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) und der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) eingebaut.
  • Das erste Richtungswechselventil 190 ist ein Drei-Wege-Ventil, dass eine Strömungsrichtung des von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleiteten Kältemittels gemäß dem Klimaanalgenmodus oder Wärmepumpenmodus an die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) oder zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) reguliert.
  • Mit anderen Worten veranlasst das erste Richtungswechselventil 190 das von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleitete Kältemittel dazu, im Klimaanalgenmodus zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) zu strömen, und veranlasst das von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleitete Kältemittel dazu, zu der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zu strömen.
  • Zudem ist an einem Abzweigungspunkt der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) und der Umgehungsleitung (R3) ein zweites Richtungswechselventil 191 zum Regulieren der Strömungsrichtung des Kühlmittels eingebaut.
  • Das zweite Richtungswechselventil 191 veranlasst das in der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zirkulierende Kältemittel im Wärmepumpenmodus dazu, den externen Wärmetauscher 130 zu umgehen, denn der externe Wärmetauscher 130 kann Wärme der Außenluft nicht problemlos absorbieren, wenn sich Frost an dem externen Wärmetauscher 130 gebildet hat oder wenn die Außentemperatur 0° oder weniger beträgt.
  • Unterdessen können Heizleistung und Effizienz des Systems verbessert werden, abgesehen von dem Fall, dass das Kältemittel den externen Wärmetauscher 130 umgeht, wenn eine Außentemperatur 0°C oder unter 0°C beträgt, wird das System in der Weise eingestellt, dass das Kältemittel nur durch den externen Wärmetauscher 130 gelangt, wenn Wärmetauscheffizienz zwischen der Außenluft und dem durch den externen Wärmetauscher 130 strömendes Kältemittel gut ist, den externen Wärmetauscher 130 jedoch umgeht, wenn die Austauscheffizienz nicht gut ist.
  • Ferner strömt, wenn sich Frost an dem externen Wärmetauscher 130 gebildet hat, das Kältemittel zu der Umgehungsleitung (R3) und umgeht den externen Wärmetauscher 130, um die Bildung von Frost zu verzögern oder diesen zu entfernen.
  • Zusätzlich ist ein erstes An/Aus-Ventil 192 an der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1), die sich an einem Auslass des externen Wärmetauschers 130 befindet, eingebaut, um den Strom des Kältemittels zu regulieren, und ein zweites An-/Aus-Ventil 193 ist an der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2), die sich an einem Auslass des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauschers 180 befindet, eingebaut, um den Strom des Kältemittels zu regulieren.
  • In Bezugnahme auf 2 ist das erste An-/Aus-Ventil 192 zwischen dem externen Wärmetauscher 130 und dem ersten Expansionsmittel 140 in der Kältemittelzirkulationsleitung (R1) eingebaut, um im Klimaanlagenmodus die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) zu öffnen, und im Wärmepumpenmodus die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) zu schließen.
  • Unterdessen öffnet das erste An-/Aus-Ventil 192 die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) in dem Entfeuchtungsmodus des Wärmepumpenmodus, um einen Teil von dem durch das zweite Expansionsmittel 120 gelangenden Kältemittels in der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) durch die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) dem ersten Expansionsmittel 140 und den Verdampfer 160 zuzuführen.
  • In Bezugnahme auf 3 ist das zweite An/Aus-Ventil 193 zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und dem Verdichter 100 in der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) eingebaut, um die zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) im Klimaanalagenmodus zu schließen und die zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) im Wärmepumpenmodus zu öffnen.
  • Der Verdichter 100 und der interne Wärmetauscher 110 sind entlang der Strömungsrichtung der Kältemittelzirkulationsleitung (R) nacheinander eingebaut, der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180, der externe Wärmetauscher 130, das erste Expansionsmittel 140 und der Verdampfer 160 sind entlang der Strömungsrichtung des Kältemittels in der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1), die von der Kältemittelzirkulationsleitung (R), die an dem Auslass des internen Wärmetauschers 110 abzweigen, nacheinander eingebaut, und das zweite Expansionsmittel 120, der externe Wärmetauscher 130 und der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 sind entlang der Strömungsrichtung des Kältemittels in der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) eingebaut, die von der Kältemittelzirkulationsleitung (R) an dem Auslass des internen Wärmetauschers 110 abzweigt.
  • Selbstverständlich strömt, wie obenstehend beschrieben, da ein Teil der Abschnitte der ersten und zweiten Kältemittelzirkulationsleitungen (R1) und (R2) in eine Einzelleitung gebildet werden, das Kältemittel im Klimaanalgenmodus und Wärmepumpenmodus durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den externen Wärmetauscher 130, der in dem Einzelleitungsabschnitt eingebaut ist.
  • Daher zirkuliert, wie in 2 gezeigt, im Klimaanlagenmodus das von dem Verdichter 100 abgeleitete Kältemittel nacheinander durch den internen Wärmetauscher 110, den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180, den externen Wärmetauscher 130, das erste Expansionsmittel 140, den Verdampfer 160 und den Verdichter 100.
  • In diesem Fall dienen der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und der externe Wärmetauscher 130 als Kondensatoren.
  • Das bedeutet, dass im Klimaanlagenmodus das durch den Verdichter 100 und den internen Wärmetauscher 110 gelangende Kältemittel hoher Temperatur Wärme an das Kühlmittel abstrahlt, während es durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 gelangt, und Wärme an die zu kühlende (zu kondensierende) Außenluft abstrahlt, während es durch den externen Wärmetauscher 130 gelangt.
  • Zudem zirkuliert wie in 3 gezeigt das von dem Verdichter 100 abgeleitete Kältemittel nacheinander durch den internen Wärmetauscher 110, das zweite Expansionsmittel 120, den externen Wärmetauscher 130, den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den Verdichter 100.
  • In diesem Fall dient der interne Wärmetauscher 110 als Kühler, und der externe Wärmetauscher 130 und der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 dienen als ein Verdampfer 160.
  • Das bedeutet, dass das im Wärmepumpenmodus in dem zweiten Expansionsmittel 120 expandierte Kältemittel niedriger Temperatur, nachdem es durch den Verdichter 100 und den internen Wärmetauscher 110 gelangt ist, Wärme der Außenluft absorbiert, während es durch den externen Wärmetauscher 130 gelangt, und dann Wärme von dem zu erwärmenden (verdampfenden) Kühlmittel absorbiert, während es durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 gelangt.
  • Unterdessen strömt im Entfeuchtungsmodus des Wärmepumpenmodus das durch das zweite Expansionsmittel 120 gelangende Kältemittel nicht nur zu der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2), sondern auch zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1), und wird dem ersten Expansionsmittel 140 und dem Verdampfer 160 zugeführt, um den Fahrzeuginnenraum zu entfeuchten.
  • Wie obenstehend beschrieben strahlt das Wärmepumpensystem in dem Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Erfindung durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den externen Wärmetauscher 130 Wärme des Kältemittels an das Kühlmittel und die Außenluft ab, während es im Klimaanalagenmodus entlang der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) strömt, und absorbiert Wärme von der Außenluft und dem Kühlmittel durch den externen Wärmetauscher 130 und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 während es im Wärmepumpenmodus entlang der zweiten Kühlmittelzirkulationsleitung (R2) strömt.
  • Nachfolgend werden Bauteile des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
  • Zunächst saugt und verdichtet der Verdichter 100 im Betrieb Kältemittel durch Aufnehmen einer Antriebskraft eines Motors (Verbrennungsmotors) oder eines Motors und leitet das Kältemittel in einer Hochdruck- und Hochtemperatur-Gasphase ab.
  • Der Verdichter 100 saugt das von dem Verdampfer 160 abgeleitete Kältemittel an, verdichtet es und führt es im Klimaanlagenmodus dem internen Wärmetauscher 110 zu, und saugt das von dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 abgeleitete Kältemittel ein, und führt das Kältemittel in dem Wärmepumpenmodus dem internen Wärmetauscher 110 zu.
  • Der interne Wärmetauscher 110 ist im Inneren des Klimaanlagengehäuses 150 eingebaut und mit einer Kältemittelzirkulationsleitung (R) der Auslassseite des Verdichters 100 verbunden, um Wärme zwischen der im Klimaanlagengehäuse 150 strömenden Luft und dem von dem Verdichter 100 abgeleiteten Kältemittel zu tauschen.
  • Der Verdampfer 160 ist ferner innerhalb des Klimaanalagengehäuses 150 eingebaut und mit der Kältemittelzirkulationsleitung (R) der Einlassseite des Verdichters 100 verbunden, um zwischen der in dem Klimaanlagengehäuse 150 strömenden Luft und dem dem Verdichter 100 zugeführten Kältemittel Wärme zu tauschen.
  • Der interne Wärmetauscher 110 dient sowohl im Klimaanalgenmodus als auch im Wärmepumpenmodus als Kondensator.
  • Der Verdampfer 160 dient im Klimaanlagenmodus als Verdampfer, wird jedoch in dem Wärmepumpenmodus gestoppt, da kein Kältemittel zugeführt wird, und dient im Entfeuchtungsmodus als Verdampfer, da ein Teil des Kältemittels zugeführt wird.
  • Desweiterem sind der interne Wärmetauscher 110 und der Verdampfer 160 im Klimaanlagengehäuse 150 mit einem vorgebenden Abstand voneinander beabstandet, und in diesem Fall nacheinander von der Stromaufwärtsseite der Luftströmungsrichtung in dem Klimaanlagengehäuse 150 eingebaut.
  • Daher wird, wie in 2 gezeigt, im Klimaanlagenmodus das von dem ersten Expansionsmittel 140 abgeleitete Kältemittel dem Verdampfer 160 zugeführt, und in diesem Fall wird die durch das Innere des Klimaanlagengehäuses 150 strömende Luft durch das Gebläse (nicht dargestellt) durch Austauschen von Wärme mit dem Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks des Verdampfers 160 in kalte Luft gewandelt, während es durch den Verdampfer 160 gelangt, und dann in den Fahrzeuginnenraum abgeleitet, um dadurch den Fahrzeuginnenraum zu kühlen.
  • Im Wärmepumpenmodus, wie in 3 gezeigt, wird das von dem Verdichter 100 abgeleitete Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks dem internen Wärmetauscher 110 zugeführt, und in diesem Fall wird die durch das Gebläse (nicht dargestellt) in das Klimaanalagengehäuse 150 strömende Luft durch Austausch von Wärme mit dem Kältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks des internen Wärmetauschers 110 in warme Luft gewandelt, und wird dann in den Fahrzeuginnenraum abgeleitet, um dadurch den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.
  • Unterdessen ist es bevorzugt, dass der Verdampfer 160 größer ist als der interne Wärmetauscher 110.
  • Desweiteren ist eine Temperatur-einstellbare Tür 151 zum Anpassen einer Menge von den internen Wärmetauscher 110 umgehender Luft zwischen dem Verdampfer 160 und dem internen Wärmetauscher 110 im inneren des Klimaanlagengehäuses 150 eingebaut.
  • Die Temperatur-einstellbare Tür 151 passt die Menge von den internen Wärmetauscher 110 umgehender Luft und die Menge von durch den internen Wärmetauscher 110 gelangender Luft an, um dadurch die Temperatur der von dem Klimaanlagengehäuse 150 abgeleiteten Luft ordnungsgemäß zu steuern.
  • In diesem Fall erfolgt im Klimaanlagenmodus, wie in 2 gezeigt, wenn ein vorderseitiger Pfad des internen Wärmetauschers 110 vollständig durch die Temperatur-einstellbare Tür 151 geschlossen ist, die maximale Heizleistung, da die durch den Verdampfer 160 strömende kalte Luft den internen Wärmetauscher 110 umgeht und dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird. Im Wärmepumpenmodus wird, wie in 3 gezeigt, die maximale Heizleitung ausgeführt, wenn ein den internen Wärmetauscher 110 umgehender Pfad mittels der Temperatur-einstellbaren Tür 151 vollständig geschlossen wird, da die gesamte Luft, während sie durch den internen Wärmetauscher 110 gelangt, in warme Luft gewandelt und dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird.
  • Ferner ist der externe Wärmetauscher 130 außerhalb des Klimaanalgengehäuses 150 befestigt und mit der Kältemittelzirkulationsleitung (R) verbunden, um zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung (R) zirkulierenden Kältemittel und der Außenluft Wärme zu tauschen.
  • In diesem Fall ist der externe Wärmetauscher 130 in dem Abschnitt eingebaut, in dem die ersten und zweiten Kältemittelzirkulationsleitungen (R1, R2) in die Einzelleitung geformt werden.
  • Im Klimaanlagenmodus strahlt der externe Wärmetauscher 130 die Wärme wie ein Kondensator ab, und in diesem Fall strahlt das in den externen Wärmetauscher 130 strömende Kältemittel hohen Drucks und hoher Temperatur Wärme ab und wird gekühlt (kondensiert), während es mit der Außenluft Wärme tauscht. Im Wärmepumpenmodus absorbiert der externe Wärmetauscher 130 Wärme wie ein Verdampfer, und in diesem Fall absorbiert das in den externen Wärmetauscher 130 strömende Kältemittel niedriger Temperatur Wärme und wird erwärmt (verdampft), während es mit der Außenluft Wärme tauscht.
  • Unterdessen ist der externe Wärmetauscher 130 an der Vorderseite im Motorraum des Fahrzeugs eingebaut, und selbstverständlich ist ein Luftkühler-Radiator 210 ebenfalls an der Vorderseite im Motorraum eingebaut. In diesem Fall sind der externe Wärmetauscher 130 und der Luftkühler-Radiator 210 angeordnet, um sich gegenseitig in einer Strömungsrichtung der Fahrtwindkraft zu überschneiden.
  • Zudem eine Kühlmittelzirkulationsleitung (W), die Kühlmittel hin zu den Elektronikeinheiten 200 des Fahrzeugs zirkuliert, um die Elektronikeinheiten 200 des Fahrzeugs zu kühlen.
  • Es gibt Motoren, Inverter und andere Vorrichtungen, wie die Elektronikeinheiten 200 des Fahrzeugs.
  • Der Luftkühler-Radiator 210 zum Kühlen des durch die Kühlmittelzirkulationsleitung (W) zirkulierenden Kühlmittels und eine Wasserpumpe (P) zum Zirkulieren des Kühlmittels entlang der Zirkulationsleitung (W) sind in der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) eingebaut.
  • Daher zirkuliert, wenn die Wasserpumpe (p) betrieben wird, das Kühlmittel entlang der Kühlmittelzirkulationsleitung (W), und in diesem Vorgang wird das durch die Elektronikeinheiten 200 gelangende Kühlmittel erwärmt, während es die Elektronikeinheiten 200 kühlt, und in diesem Fall wird das erwärmte Kühlmittel durch Wärmetauschen mit Außenluft gekühlt, während es durch den Luftkühler-Radiator 210 strömt.
  • Der Luftkühler-Radiator 210 weist zwei Arten auf, wie in zwei bevorzugten Ausführungsformen, die in 7 und 8 gezeigt sind, beschrieben.
  • Der in 7 gezeigte Luftkühler-Radiator 210 beinhaltet: ein Paar von Sammelbehältern 211 und 212, die jeweils ein Einlassrohr 213 und ein Auslassrohr 214 aufweisen, um mit der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) verbunden zu sein, und die voneinander mit einem vorgegebenen Abstand beabstandet sind; eine Vielzahl von Schläuchen 216, von denen beide Endabschnitte mit den Sammelbehältern 211 und 212 verbunden sind, um die Sammelbehälter 211 und 212 miteinander kommunizieren zu lassen; und Strahlungsrippen 217, die zwischen den Schläuchen 216 angeordnet sind.
  • Das Einlassrohr 213 und das Auslassrohr 214 sind voneinander an dem Sammelbehälter 212 gegenüberliegend Sammelbehälter 211 beabstandet, an dem der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher angeordnet ist.
  • Zusätzlich ist eine Trennwand 215 zwischen dem Einlassrohr 213 und dem Auslassrohr 214 zum Trennen des Inneren des Sammelbehälters 212 in dem Sammelbehälter 212 eingebaut.
  • Somit strömt das in das Einlassrohr 213 strömende Kühlmittel entlang der durch die Trennwand 215 getrennten Schläuche 216 und wird dann dem Sammelbehälter 211 zugeführt, an dem der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 eingebaut ist.
  • Das dem Sammelbehälter 211 zugeführte Kühlmittel tauscht Wärme mit dem Kältemittel des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180, während es eine Kehrtwende (U-Wende) ausführt. Danach strömt das Kühlmittel entlang des äußeren Schlauchs 216, von der Trennwand 215 getrennt, und wird durch das Auslassrohr 214 abgeleitet.
  • Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 ist im Inneren des Luftkühler-Radiators 210, nämlich in dem Sammelbehälter 211 der beiden Sammelbehälter 211 und 212, eingesetzt und eingebaut. Daher tauscht das durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 strömende Kältemittel Wärme mit dem durch den Luftkühler-Radiator 210 strömenden Kühlmittel.
  • In diesem Fall wird der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 in den dem Sammelbehälter 212, welcher die Einlass- und Auslassrohre 213 und 214 besitzt, gegenüberliegend dem Sammelbehälter 211, eingeführt und eingebaut.
  • Ferner besitzt der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 Einlass- und Auslassrohre 181 und 182 und ist mit den ersten (R1) und zweiten (R2) Kältemittelzirkulationsleitungen verbunden.
  • Ferner sind die Einlass- und Auslassrohre 181 und 181 des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauschers 180 mit dem Einzelleitungsabschnitt der ersten und zweiten Kältemittelzirkulationsleitungen (R1) und (R2) verbunden.
  • Daher wird das in den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 strömende Kältemittel hoher Temperatur durch Wärmeaustauschen mit dem Kühlmittel des Luftkühler-Radiator 210 im Klimaanalgenmodus gekühlt, und das Kältemittel niedriger Temperatur, welches in den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 strömt, wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel des Luftkühler-Radiators 210 erwärmt.
  • Unterdessen kann der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher im Wärmepumpenmodus eine Wärmequelle des Kühlmittels konstant halten, weil er sich zwischen dem externen Wärmetauscher 130 und dem Luftkühler-Radiator 210 befindet.
  • Die Einlass- und Auslassrohre 213 und 214 des Luftkühler-Radiators 210, die in den 8 und 9 gezeigt sind, sind von dem Luftkühler-Radiator 210, der in 7 gezeigt ist, in ihrer Position verschieden.
  • Das bedeutet, dass die Einlassrohre 213 des Luftkühler-Radiators 210 der 9 und 10 in dem Sammelbehälter 212 der beiden Sammelbehälter 211 und 121 angeordnet sind, und das Auslassrohr 214 in dem anderen Sammelbehälter 211 angeordnet ist.
  • Ferner ist an der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) ein Vier-Wege-Ventil 218 zum umkehrenden Wechseln einer Strömungsrichtung des durch die Kühlmittelzirkulationsleitung (W) zirkulierenden Kühlmittels eingebaut.
  • Das bedeutet, dass in der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) die Wasserpumpe (P), die Elektronikeinheiten 200, das Vier-Wege-Ventil 218, der Luftkühler-Radiator 210, das das Vier-Wege-Ventil 218 und die Wasserpumpe (P) nacheinander angeordnet sind.
  • Daher zirkuliert, wenn die Wasserpumpe (P) betrieben wird, das Kühlmittel, welches entlang der Kühlmittelzirkulationsleitung zu der Wasserpumpe (P) zirkuliert, nacheinander durch die Elektronikeinheiten 200, das Vier-Wege-Ventil 218, den Luftkühler-Radiator 210, und das Vier-Wege-Ventil 218
  • In diesem Fall strömt das in das Einlassrohr 213 des Luftkühler-Radiators 210 strömende Kühlmittel zu dem anderen Sammelbehälter 211, nachdem es durch sämtliche Rohre 216 gleichzeitig gelangt ist. Danach tauscht das Kühlmittel Wärme mit den Kältemittel des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauschers 180 in dem Sammelbehälter 211 und wird dann an das Auslassrohr 214 abgeleitet.
  • In diesem Fall ändert sich die Zirkulationsrichtung des in 3 gezeigten Kühlmittels, wenn das Vier-Wege-Ventil 218 reguliert wird, zu der Zirkulationsrichtung des in 9 gezeigten Kühlmittels.
  • Dies bedeutet, im Klimaanlagenmodus in der in 8 gezeigten Kühlmittelzirkulationsrichtung, dass das Kühlmittel, welches durch Wärmeaustausch mit der Außenluft gekühlt wird, während es durch den Luftkühler-Radiator 210 strömt, Wärme mit dem Kältemittel des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 tauscht, um die Klimaanlagenleistung durch Steigern der Kühlleistung des durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 strömenden Kältemittels zu verbessern.
  • Im Wärmepumpenmodus tauscht das Kühlmittel, welches in den Luftkühler-Radiator 210 in der in 9 gezeigten Kühlmittelzirkulationsrichtung strömt, Wärme mit dem Kältemittel des Kältemitte-Kühlmittel-Wärmetauschers 180, vor dem Wärmetausch mit der Außenluft, um die Heizleistung durch Verbessern der Heizleistung des durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 strömenden Kältemittels zu verbessern.
  • Ferner ist, wie in 2 gezeigt, das erste Expansionsmittel 140 durch ein an der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) eingebautes Ventil zwischen dem externen Wärmetauscher 130 und dem Verdampfer 160 gebildet.
  • Daher expandiert das durch den externen Wärmetauscher 130 gelangende Kältemittel hoher Temperatur, während es durch das Ventil, welches das erste Expansionsmittel 140 ist, gelangt und wird in Kältemittel niedriger Temperatur und hohen Drucks gewandelt, und wird dann dem Verdampfer 160 zugeführt.
  • Wie in 3 gezeigt, ist das zweite Expansionsmittel 120 durch ein an der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) eigebautes Ventil zwischen dem internen Wärmetauscher 110 und dem externen Wärmetauscher 130 gebildet.
  • Daher expandiert das Kältemittel hoher Temperatur im Wärmepumpenmodus, während es durch den internen Wärmetauscher 110 strömt, während es durch das Ventil gelangt, die das zweite Expansionsmittel 120 ist, und wird dann dem externen Wärmetauscher 130 zugeführt.
  • Zudem ist an der Kältemittelzirkulationsleitung (R) an der Einlassseite des Verdichters 100 ein Druckspeicher 170 eingebaut.
  • Der Druckspeicher 170 teilt das dem Verdichter 100 zugeführte Kältemittel in das Flüssigkeitsphasenkältemittel und das Gasphasenkältemittel und führt dem Verdichter 100 lediglich das Gasphasenkältemittel zu.
  • Ferner ist ein elektrisches Heizgerät 115 zum Verbessern einer Heizeffizienz an der Stromabwärtsseite des internen Wärmetauschers 110 in dem Klimaanlagengehäuse 150 eingebaut.
  • Das elektrische Heizgerät 115 ist an eine Batterie 116 des Fahrzeugs angeschlossen.
  • Das bedeutet, dass das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Erfindung das elektrische Heizgerät 115 mithilfe einer unterstützenden Wärmequelle in der frühen Phase des Startens des Autos betreibt, das elektrische Heizgerät 115 selbst im Fall, in dem eine Wärmequelle fehlt, betreiben kann. Es ist bevorzugt, dass das elektrische Heizgerät 115 ein PTC Heizgerät ist.
  • Das Wärmepumpensystem für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Kühlleistung ohne jegliche Größenzunahme des externen Wärmetauschers 130 verbessern, weil das Kältemittel Wärme an das Kühlmittel und die Außenluft abstrahlt durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den externen Wärmetauscher 130, die in dem Klimaanalgenmodus gekühlt werden sollen, und eine Heizleistung verbessern kann, weil das Kältemittel durch den externen Wärmetauscher 130 und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180, die im Wärmepumpenmodus erwärmt werden sollen, Wärme von der Außenluft und dem Kühlmittel (Abwärme der Elektronikeinheiten) absorbiert und ferner eine Heizleistung- und Effizienz verbessert durch Betreiben des Wärmepumpenmodus, selbst wenn eine Außentemperatur Null Grad oder geringer ist oder sich Frost an dem externen Wärmetauscher 130 bildet, da die Abwärme durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zurückgewonnen wird.
  • Ergänzend kann, wenn der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 mit dem Luftkühler-Radiator 210 zum Kühlen der Elektronikeinheiten 200 vereint wird, das Wärmepumpensystem die Anzahl der Bauteile und einen Raum zum Einbauen der Bauteile verringern, da es keinen zusätzlichen Wärmetauscher, wie etwa einen Kühler, oder eine Kühlmittelleitung zum Anschluss an den Kühler, benötigt.
  • Zusätzlich kann das Wärmepumpensystem den Energieverbrauch des Verdichters 100 zum Zeitpunkt der Kühlung senken durch Reduzieren des Kältemitteldrucks, wenn der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 verwendet wird.
  • Darüber hinaus nutzt das Wärmepumpensystem unabhängig die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) an der Stromabwärtsseite des externen Wärmetauschers 130 in der im Klimaanlagenmodus Flüssigkeitsphasen-Kältemittel strömt, um den Durchmesser der Rohre zu senken und die Kältemittellast zu verringern.
  • Das bedeutet, dass im herkömmlichen Wärmepumpensystem ein Problem dahingehend besteht, dass der Durchmesser der Rohre zunimmt und die Kältemittelladung ebenfalls zunimmt, da im Wärmepumpenmodus Gasphasen-Kältemittel hoher Temperatur und niedriger Temperatur in die Stromabwärtsseite des externen Wärmetauschers 130 strömt, in dem im Klimaanlagenmodus Kältemittel strömt.
  • Ferner kann das Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Rohre vereinfachen, da für den Entfeuchtungsmodus und den Wärmepumpenmodus der gleiche Kältemittelströmungskanal genutzt wird.
  • Zusätzlich kann, da der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 mit dem Luftkühler-Radiator 210 vereint wird, das Kühlmittel des Luftkühler-Radiators 210 Wärme von der Außenluft aufnehmen durch Austauschen von Wärme mit der Außenluft durch die Strahlungsrippen 217 und die Rohre 216 des Luftkühler-Radiators 210 unter der Voraussetzung, dass die Temperatur des Kühlmittels (Abwärme der Elektronikeinheiten) niedriger ist als diejenige der Außenluft.
  • Nachfolgend wird das Vorgehen des Wärmepumpensystems für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • A. Klimaanlagenmodus (Kühlmodus) (siehe Fig. 2)
  • Im Klimaanlagenmodus (Kühlmodus), wie in 2 gezeigt, wandelt das erste Richtungsänderungsventil 190 die Strömungsrichtung des von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleiteten Kältemittels derart um, so dass das Kältemittel hin zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) strömt, das erste An/-Aus-Ventil 192 geöffnet wird und das zweite An/-Aus-Ventil 193 geschlossen wird und dann die Umgehungsleitung (R3) durch das zweite Richtungsänderungsventil 191 geschlossen wird.
  • Ferner wird die Wasserpumpe (P) betrieben, so dass das Kältemittel zu den Elektronikeinheiten 200 und dem Luftkühler-Radiator 210 der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) strömt.
  • Unterdessen schließt, um eine maximale Kühlung zu erreichen, das Temperatur-einstellbare Tor 151 innerhalb des Klimaanlagengehäuse 150 den Pfad, der durch den internen Wärmetauscher 110 verläuft, so dass die mittels des Gebläses in das Klimaanlagengehäuse 150 geblasene Luft gekühlt wird, während sie durch den Verdampfer 160 gelangt und den internen Wärmetauscher 110 umgeht, um dem Fahrzeuginnenraum zugeführt zu werden, wodurch der Fahrzeuginnenraum gekühlt wird.
  • Nachfolgend wird ein Kältemittelzirkulationsprozess beschrieben.
  • Das nach dem Verdichten in dem Verdichter 100 verdichtete Gasphasen-Kältemittel hoher Temperatur und niedrigen Drucks wird dem internen Wärmetauscher 100 zugeführt, der in dem Klimaanlagengehäuse 150 eingebaut ist.
  • Wie in 2 gezeigt tauscht das dem internen Wärmetauscher 110 zugeführte Kältemittel keine Wärme mit der Luft aus, strömt jedoch zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1), da das Temperatur-einstellbare Tor 151 einen Pfad des internen Wärmetauschers 110 schließt.
  • Das in die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) strömende Kältemittel tauscht Wärme mit dem Kühlmittel, das durch den Luftkühler-Radiator 210 zirkuliert, während es um kondensiert (gekühlt) zu werden durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 gelangt.
  • Das während es durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 gelangt kondensierte Kältemittel strömt zu dem externen Wärmetauscher 130 und tauscht erneut Wärme mit der zu kondensierenden (zu kühlenden) Außenluft.
  • Wie obenstehend beschrieben wird das Kühlmittel, welches nacheinander durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den externen Wärmetauscher 130 gelangt, während es Wärme (Abwärme) mit dem Kühlmittel und der Außenluft austauscht, in das Flüssigkeitsphasen-Kältemittel gewandelt.
  • Das durch den externen Wärmetauscher 130 gelangende Kältemittel wird fortwährend de-komprimiert und expandiert, während es durch das erste Expansionsmittel 140 gelangt, um zu einem Flüssigkeitsphasen-Kältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks zu werden, und wird dann in den Verdampfer 160 eingeleitet.
  • Das in den Verdampfer 160 eingeleitete Kältemittel wird durch Austauschen von Wärme mit der von dem Gebläse in das Klimaanlagengehäuse 150 geblasenen Luft verdampft und kühlt gleichzeitig die Luft aufgrund einer Wärmeaufnahme durch eine latente Verdampfungswärme des Kältemittels, und dann wird die gekühlte Luft in den Fahrzeuginnenraum geleitet, um den Fahrzeuginnenraum zu kühlen.
  • Danach wird das von dem Verdampfer 160 abgeleitete Kältemittel in den Verdichter 100 eingeleitet und durchläuft erneut den obenstehenden Zyklus.
  • B. Wärmepumpenmodus (Heizmodus) (siehe Fig. 3)
  • In dem wie in 3 gezeigten Wärmepumpenmodus wandelt das erste Richtungswechselventil 190 die Strömungsrichtung des von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleitete Kältemittels, so dass das Kältemittels hin zu der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) strömt, das ersten An-/Aus-Ventil 192 geschlossen wird und das zweite An-/Aus-Ventil 193 geöffnet wird, und dann die Umgehungsleitung (R3) durch das zweite Richtungswechselventil 191 geschlossen wird.
  • Zudem wird die Wasserpumpe (P) betrieben, so dass das Kältemittel hin zu den Elektronikeinheiten 200 und dem Luftkühler-Radiator 210 der Kältemittelzirkulationsleitung (W) strömt.
  • Zusätzlich schließt in dem Wärmepumpenmodus die Temperatur-einstellbare Tür 151 in dem Klimaanlagengehäuse 150 den den internen Wärmetauscher 110 umgehenden Pfad, so dass die von dem Gebläse in das Klimaanlagengehäuse 150 geblasene Luft in warme Luft gewandelt wird, während sie durch den internen Wärmetauscher 110 gelangt, nachdem sie durch den Verdampfer 160, welcher im Betrieb angehalten wird, gelangt ist, und wird dann dem Fahrzeuginnenraum zugeführt, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.
  • Nachfolgend wird ein Kältemittelzirkulationsvorgang beschrieben.
  • Das Gasphasenkältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks wird nach der Verdichtung in dem Verdichter 110 in den internen Wärmetauscher 110, der im Inneren des Klimaanalagengehäuses 150 eingebaut ist, eingeleitet.
  • Das in den internen Wärmetauscher 110 eingeleitete Gasphasenkältemittel hoher Temperatur und hohen Drucks wird kondensiert, während es mit der vom dem Gebläse in das Klimaanalagengehäuse 150 geblasenen Luft Wärme tauscht, und in diesem Fall wird die durch den internen Wärmetauscher 110 gelangende Luft in warme Luft umgewandelt und dem Fahrzeuginnenraum zugeführt, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.
  • Das von dem internen Wärmetauscher 110 abgeleitete Kältemittel strömt zu der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2), wird dekomprimiert und expandiert, während es durch das zweite Expansionsmittel 120 strömt, um zu einem Flüssigkeitsphasenkältemittel niedriger Temperatur und niedrigen Drucks zu werden, und wird dann dem externen Wärmetauscher 130 zugeführt.
  • Das dem externen Wärmetauscher 130 zugeführte Kältemittel wird verdampft, während es Wärme mit der Außenluft tauscht, und wird dann dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zugeführt.
  • Das dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zugeführte Kältemittel tauscht Wärme mit dem durch den Luftkühler-Radiator 210 zirkulierenden Kühlmittel, um erneut verdampft zu werden.
  • Wie obenstehend beschrieben, wird das nacheinander durch den externen Wärmetauscher 130 und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 gelangende Kältemittel verdampft (erwärmt), während es Wärme mit der Außenluft und dem Kühlmittel tauscht (Abwärme), so dass das Flüssigkeitsphasenkältemittel in Gasphasenkältemittel gewandelt wird.
  • Anschließend strömt das durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 gelangende Kältemittel in den Verdichter 100 und durchläuft dann erneut den obenstehenden Zyklus.
  • C. Entfeuchtungsmodus der Wärmepumpe (siehe Fig. 4)
  • Der Entfeuchtungsmodus des Wärmepumpenmodus wird nur in demjenigen Fall betrieben, in dem eine Entfeuchtung des Fahrzeuginnenraums erforderlich ist, während das System in dem in 3 dargestellten Wärmepumpenmodus läuft.
  • Daher werden nun verschiedene Teile des Heizmodus aus 3 beschrieben.
  • In dem Entfeuchtungsmodus wird das erste An/Aus-Ventil 192 zusätzlich unter dem Wärmepumpenmodus geöffnet, so dass das Kältemittel ebenfalls zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung strömt (R1).
  • Ferner schießt in dem Entfeuchtungsmodus das Temperatur-einstellbare Tor 151 im Innern des Klimaanlagengehäuses 150 einen Pfad, der den externen Wärmetauscher 110 umgeht. Deshalb wird durch ein Gebläse in das Klimaanlagengehäuse 150 geblasene Luft gekühlt, während sie den Verdampfer 160 durchläuft und dann in warme Luft gewandelt, während sie den externen Wärmetauscher 110 durchläuft und dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird, derart, dass das Wärmepumpensystem den Fahrzeuginnenraum erwärmen kann.
  • In diesem Fall minimiert es eine Veränderung der Innentemperatur, da die Menge von dem Verdampfer 160 zugeführten Kältemittel gering ist und die Luftkühlleistung niedrig ist, derart, dass das Wärmepumpensystem problemlos die in den Verdampfer 160 gelangende Luft entfeuchten kann.
  • Nachfolgend wird ein Kältemittelzirkulationsvorgang beschrieben.
  • Etwas von dem durch den Verdichter 100, den internen Wärmetauscher 110 und das zweite Expansionsmittel 120 durchlaufende Kühlmittel durchläuft den externen Wärmetauscher 130 und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180, und etwas von dem Kältemittel durchläuft die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1).
  • Das den externen Wärmetauscher 130 und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 durchlaufende Kältemittel wird verdampft, während es Wärme mit der Außenluft und dem Kühlmittel (Abwärme) tauscht.
  • Das hin zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) strömende Kältemittel durchströmt das erste Expansionsmittel 140, und wird dann dem Verdampfer 160 zugeführt, um verdampft zu werden, während es Wärme mit der im Klimaanlagengehäuse 150 strömenden Außenluft tauscht.
  • In dem obenstehenden Vorgang wird die den Verdampfer 160 durchströmende Luft entfeuchtet, und die entfeuchtete Luft wird in warme Luft gewandelt, während sie durch den internen Wärmetauscher 110 gelangt, und wird dann dem Fahrzeuginnenraum zugeführt, um die Entfeuchtung und Erwärmung durchzuführen.
  • Danach werden die jeweils den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den Verdampfer 160 durchlaufenden Kältemittel zusammengeführt, und dann wird das zusammengeführte Kältemittel in den Verdichter 100 eingeleitet und durchläuft erneut den obenstehenden Zyklus.
  • D. Enteisungsmodus während Wärmepumpenmodus (siehe Fig. 5)
  • Der Enteisungsmodus der Wärmepumpe wird in einem Fall betrieben bei dem sich Frost auf den externen Wärmetauscher 130 bildet.
  • Daher werden nur Teile, die dich von denen des in 3 gezeigten Wärmepumpenmodus unterscheiden, beschrieben.
  • Im Enteisungsmodus wird die Umgehungsleitung (R3) durch das zweite Richtungswechselventil 191 unter dem Wärmepumpenmodus geöffnet.
  • Nachfolgend wird ein Kältemittelzirkulationsvorgang beschrieben.
  • Das den Verdichter 100, den internen Wärmetauscher 110 und das zweite Expansionsmittel 120 durchlaufende Kältemittel umgeht den externen Wärmetauscher 130, während es entlang der Umgehungsleitung (R3) strömt und wird dann dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zugeführt.
  • In diesem Fall werden Vereisungen entfernt, da dem externen Wärmetauscher 130 kein Kältemittel zugeführt wird.
  • Nachfolgend wird das dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zugeführte Kältemittel verdampft, während es Wärme mit dem Kühlmittel (Abwärme) tauscht, und strömt dann in den Verdichter 100, um den obenstehenden Zyklus erneut zu durchlaufen.
  • E. Entfeuchtungsmodus während Enteisungsmodus des Wärmepumpenmodus (Fig. 6)
  • Der Entfeuchtungsmodus während dem Enteisungsmodus des Wärmepumpenmodus wird betrieben, wenn während des Enteisungsmodus die Entfeuchtung des Fahrzeuginnenraums erforderlich ist.
  • Daher werden nur Teile beschrieben, die sich von denen des Enteisungsmodus aus 5 unterscheiden.
  • In dem Entfeuchtungsmodus während dem Enteisungsmodus wird zusätzlich das An/Aus-Ventil 192 unter dem Enteisungsmodus geöffnet, um das Kältemittel ebenfalls dazu zu veranlassen, in die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) zu strömen.
  • Zusätzlich schließt die Temperatur-einstellbare Tür 151 im Inneren des Klimaanlagengehäuses 150 die Leitung, die den internen Wärmetauscher 110 umgeht. Somit wird, nachdem die von dem Gebläse in das Klimaanlagengehäuse 150 geblasene Luft gekühlt wird, während sie durch den Verdampfer 160 gelangt, die gekühlte Luft in warme Luft umgewandelt, während sie den internen Wärmetauscher 110 durchläuft, und die warme Luft wird dann dem Fahrzeuginnenraum zugeführt, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen.
  • In diesem Fall minimiert das Wärmepumpensystem eine Veränderung der Innentemperatur, weil eine Luftkühlleistung gering ist, und entfeuchtet problemlos die durch den Verdampfer 160 gelangende Luft, da eine Menge des dem Verdampfer 160 zugeführten Kältemittels gering ist.
  • Nachfolgend wird ein Kältemittelzirkulationsvorgang beschrieben Etwas von dem durch den Verdichter 110, den internen Wärmetauscher 110 und das zweite Expansionsmittel 120 gelangenden Kältemittels umgeht den externen Wärmetauscher 130, während es entlang der Umgehungsleitung (R3) strömt, und wird dann dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zugeführt.
  • Ein Teil des Kältemittels strömt in die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1).
  • Das dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 zugeführte Kältemittel wird verdampft, während es Wärme (Abwärme) mit der Außenluft tauscht.
  • Das zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) strömende Kältemittel wird dem Verdampfer zugeführt, nachdem es durch das erste Expansionsmittel 140 gelangt ist, und wird verdampft, während es Wärme mit der im Inneren des Klimaanlagengehäuses 150 strömenden Luft tauscht.
  • Bei dem obenstehenden Vorgang wird die durch den Verdampfer 160 gelangende Luft entfeuchtet, und die durch den Verdampfer 160 gelangende entfeuchtete Luft wird in warme Luft gewandelt, während sie den internen Wärmetauscher 110 durchläuft, und wird dann dem Fahrzeuginnenraum zugeführt, um den Fahrzeuginnenraum zu erwärmen und zu entfeuchten.
  • Danach werden die jeweils den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 180 und den Verdampfer 160 durchströmenden Kältemittel zusammengeführt, und dann wird das zusammengeführte Kühlmittel in den Verdichter 100 eingeleitet und durchläuft den obenstehenden Zyklus erneut.

Claims (19)

  1. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: • einen Verdichter (100), der zum Verdichten und Ableiten von Kältemittel an einer Kältemittelzirkulationsleitung (R) eingebaut ist; • einen internen Wärmetauscher (110), der im Inneren eines Klimaanlagengehäuses (150) eingebaut ist, um Wärme zwischen der Luft in Inneren des Klimaanalagengehäuses (150) und dem von dem Verdichter (100) abgeleiteten Kühlmittel zu tauschen; • einen Verdampfer (160), der im Inneren des Klimaanlagengehäuses (150) eingebaut ist, um Wärme zwischen der Luft im Inneren des Klimaanlagengehäuses (150) und dem dem Verdichter (100) zugeführten Kühlmittel zu tauschen; • einen externen Wärmetauscher (130), der außerhalb des Klimaanlagengehäuses (150) befestigt ist, um Wärme zwischen dem durch die Kühlmittelzirkulationsleitung (R) zirkulierenden Kühlmittel und der Außenluft auszutauschen; • erste Expansionsmittel (120), die an einem Auslass des internen Wärmetauschers an der Kältemittelzirkulationsleitung eingebaut sind, um wahlweise von dem internen Wärmetauscher abgeleitetes Kältemittel zu expandieren; und • zweite Expansionsmittel (140), die an einem Einlass des Verdampfers an der Kältemittelzirkulationsleitung eingebaut sind, um das dem Verdampfer zugeführte Kältemittel zu expandieren, ferner umfassend: • eine Kühlmittelzirkulationsleitung (W), die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel hin zu Elektronikeinheiten (200) des zu kühlenden Fahrzeugs zu zirkulieren, um die Elektronikeinheiten (200) zu kühlen; und • einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180), der dazu konfiguriert ist, Wärme zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung (R) zirkulierenden Kältemittel und dem durch die Kühlmittelzirkulationsleitung (W) zirkulierendem Kühlmittel zu tauschen, wobei das durch die Kältemittelzirkulationsleitung (R) zirkulierende Kältemittel in einem Klimaanlagenmodus durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180) und den äußeren Wärmetauscher Wärme an das Kühlmittel und die Außenluft abstrahlt, und wobei das durch die Kältemittelzirkulationsleitung (R) zirkulierende Kältemittel in einem Wärmepumpenmodus durch den externen Wärmetauscher (130) und den Kältemittel-Kühlmittel Wärmetauscher (180) Wärme von dem Kühlmittel und der Außenluft absorbiert.
  2. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Kältemittelzirkulationsleitung (R) derart konfiguriert ist, dass das Kältemittel im Klimaanlagenmodus nacheinander durch den Verdichter (100), den internen Wärmetauscher (110), den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180), den externen Wärmetauscher (130), das erste Expansionsmittel (140), den Verdampfer (160) und den Verdichter (100) zirkuliert, und wobei die Kältemittelzirkulationsleitung (R) in der Weise ausgebildet ist, dass das Kältemittel in dem Wärmepumpenmodus nacheinander durch den Verdichter (100), den internen Wärmetauscher (110), das zweite Expansionsmittel (120), den externen Wärmetauscher (130), den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180) und den Verdichter (100) zirkuliert.
  3. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, wobei die Kältemittelzirkulationsleitung (R) zwei Leitungen aufweist, die an dem Auslass des internen Wärmetauschers (110) der Kältemittelzirkulationsleitung (R) abzweigen: • eine erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1), die derart konfiguriert ist, dass das von dem internen Wärmetauscher (110) abgeleitete Kühlmittel in dem Klimaanlagenmodus nacheinander durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher (180), den externen Wärmetauscher (180), das erste Expansionsmittel (140), den Verdampfer (160) und den Verdichter (100) zirkuliert; und • eine zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2), die derart konfiguriert ist, dass das von dem internen Wärmetauscher (110) abgeleitete Kühlmittel in dem Wärmepumpenmodus nacheinander durch das zweite Expansionsmittel (120), den externen Wärmetauscher (130), den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180) und den Verdichter (100) zirkuliert.
  4. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei ein Luftkühler-Radiator (210) an der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) eingebaut ist, um das durch die Kühlmittelzirkulationsleitung (W) zirkulierende Kühlmittel zu kühlen, und wobei der Kältemittel-Kühlmittelwärmetauscher (180) in dem Luftkühler-Radiator (210) eingebaut ist.
  5. Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei der Luftkühler-Radiator (210) aufweist: ein Paar von Sammelbehältern (211, 212), welche ein Einlassrohr (213) und ein Auslassrohr (214) umfassen, um mit der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) verbunden zu sein, und die zueinander durch einen vorgegebenen Abstand beabstandet sind; eine Vielzahl von Schläuchen (216), deren beide Endabschnitte mit den Sammelbehältern (211, 212) verbunden sind, um die Sammelbehälter (211, 212) miteinander kommunizieren zu lassen; und Strahlungsrippen (217), die zwischen den Schläuchen (216) angeordnet sind, wobei der Kältemittel-Kühlmittelwärmetauscher (180) in den Sammelbehälter (211) der beiden Sammelbehälter (211, 212) eingeführt und eingebaut ist.
  6. Wärmepumpensystem nach Anspruch 5, wobei die Einlass- und Auslassrohre (213, 214) an dem Sammelbehälter (212) voneinander beabstandet sind gegenüberliegend dem Sammelbehälter (211), an dem der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180) eingebaut ist, und eine Trennwand (215) zum Trennen des Inneren des Sammelbehälters (212) in dem Sammelbehälter (212) zwischen dem Einlassrohr (213) und dem Auslassrohr (214) eingebaut ist, so dass das in das Einlassrohr strömende Kühlmittel zum Auslassrohr (214) abgeleitet wird, indem es an dem Sammelbehälter (211), an dem der Kältemittel-Kühlmittelwärmetauscher (180) eingebaut ist, eine Kehrtwende macht.
  7. Wärmepumpensystem nach Anspruch 5, wobei das Einlassrohr (213) in dem Sammelbehälter (121) der beiden Sammelbehälter (211, 212) angeordnet ist, und das Auslassrohr (214) in dem anderen Sammelbehälter (211) angeordnet ist, und wobei ein Vier-Wege-Ventil (218) zum entgegengesetzten Wandeln der Strömungsrichtung des durch die Kühlmittelzirkulationsleitung (W) zirkulierenden Kühlmittels an der Kühlmittelzirkulationsleitung (W) eingebaut ist.
  8. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3, wobei ein erstes Richtungswechselventil (190) an dem Abzweigungspunkt zwischen der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) und der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) eingebaut ist, um eine Strömungsrichtung des von dem internen Wärmetauscher (110) abgeleiteten Kältemittels gemäß dem Klimaanlagenmodus oder dem Wärmepumpenmodus an die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) oder die zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zu regeln.
  9. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3, wobei eine Umgehungsleitung (R3) parallel an der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) bereitgestellt ist, sodass das in der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zirkulierende Kältemittel den externen Wärmetauscher (130) umgeht; und wobei ein zweites Richtungswechselventil (191) zum Regulieren der Strömungsrichtung des Kältemittels an einem Abzweigungspunkt der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) und der Umgehungsleitung (R3) eingebaut ist.
  10. Wärmepumpensystem nach Anspruch 9, wobei ein Einlass der Umgehungsleitung (R3) mit der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) an einem Einlass des externen Wärmetauschers (130) verbunden ist, und einem Auslass der Umgehungsleitung (R3) mit der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R3) an einem Auslass des externen Wärmetauschers (130) verbunden ist.
  11. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3, wobei ein erstes An/Aus-Ventil (192) an der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) an dem Auslass des externen Wärmetauschers (130) eingebaut ist, um den Strom des Kältemittels zu regulieren.
  12. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3, wobei ein zweites An/Aus-Ventil (193) an der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) an dem Auslass des Kältemittel-Kühlmittelwärmetauschers (180) eingebaut ist, um den Strom des Kältemittels zu regulieren.
  13. Wärmepumpensystem nach Anspruch 11, wobei in einem Entfeuchtungsmodus unter dem Wärmepumpenmodus das erste An/Aus-Ventil (192) geöffnet ist, so dass ein Teil des durch das zweite Expansionsmittel (120) gelangenden Kältemittels in der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) durch die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) dem ersten Expansionsmittel (140) und den Verdampfer (160) zugeführt wird.
  14. Wärmepumpensystem nach Anspruch 3, wobei die von der Kältemittelzirkulationsleitung (R) an dem Auslass des internen Wärmetauschers (110) abzweigenden ersten Kältemittelzirkulationsleitungen (R1) und zweiten Kältemittelzirkulationsleitungen (R2) als Einzelleitung in einem Abschnitt gebildet sind, der von dem externen Wärmetauscher (130) zu dem Kältemittel-Kühlmittelwärmetauscher (180) reicht, so dass das Kältemittel im Klimaanlagenmodus und Wärmepumpenmodus jeweils umgekehrt in dem Einzelleitungsabschnitt strömt.
  15. Wärmepumpensystem nach Anspruch 4, wobei der externe Wärmetauscher (130) und der Luftkühler-Radiator (210) an der Vorderseite im Inneren des Motorraums des Fahrzeugs derart eingebaut sind, um angeordnet zu sein, um sich in Fahrtwindkraftrichtung gegenseitig zu überscheiden.
  16. Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, aufweisend: • einen Verdichter (100), der an einer Kältemittelzirkulationsleitung (R) eingebaut ist, um Kältemittel zu verdichten und abzuleiten; • einen inneren Wärmetauscher (110), der im Inneren eines Klimaanlagengehäuses (150) eingebaut ist, um zwischen der Luft im Inneren des Klimaanlagengehäuses (150) und dem von dem Verdichter (100) abgeleiteten Kältemittel Wärme zu tauschen; • einen Verdampfer (160), der im Inneren des Klimaanlagengehäuses (150) eingebaut ist, um Wärme zwischen der Luft im Inneren des Klimaanlagengehäuses (150) und dem dem Verdichter (100) zugeführten Kältemittel zu tauschen; und • einen externen Wärmetauscher (130), der außerhalb des Klimaanlagengehäuses (150) eingebaut ist, um Wärme zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung zirkulierenden Kältemittels und der Außenluft zu tauschen, ferner umfassend: • eine Kühlmittelzirkulationsleitung (W), die dazu konfiguriert ist, Kühlmittel hin zu Elektronikeinheiten (200) des Fahrzeugs zu zirkulieren, um die Elektronikeinheiten (200) zu kühlen; und • einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180), der dazu konfiguriert ist, um Wärme zwischen dem durch die Kältemittelzirkulationsleitung (R) zirkulierenden Kältemittel und dem durch die Kühlmittelzirkulationsleitung (W) zirkulierenden Kühlmittel zu tauschen, wobei die Kältemittelzirkulationsleitung (R) aufweist: eine erste Kühlmittelzirkulationsleitung (R1), die den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180) an der stromaufwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers (130) anordnet, um das Kältemittel mit dem Kühlmittel an einem Einlass des externen Wärmetauschers (130) in einem Klimaanlagenmodus zu kühlen; und eine zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2), die den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (180) an der stromabwärts-liegenden Seite des externen Wärmetauschers (130) anordnet, um das Kältemittel mit dem Kühlmittel an einem Auslass des externen Wärmetauschers (130) in einem Wärmepumpenmodus zu kühlen.
  17. Wärmepumpensystem nach Anspruch 16, wobei die erste Kältemittelzirkulationsleitung (R1) und die zweite Kältemittelzirkulationsleitung (R2) an der Kältemittelzirkulationsleitung (R) an einem Auslass des internen Wärmetauschers (110) abzweigen und sich an einem Einlass des Verdichters (100) an der Kältemittelzirkulationsleitung (R) vereinen, und als eine Einzelleitung in einem Abschnitt gebildet sind, der von dem externen Wärmetauscher (130) zu dem Kältemittel-Kühlmittelwärmetauscher (180) reicht.
  18. Wärmepumpensystem nach Anspruch 17, wobei ein erstes Richtungswechselventil (190) an dem Abzweigungspunkt zwischen der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) und der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) eingebaut ist, um eine Strömungsrichtung des von dem internen Wärmetauscher (110) abgeleiteten Kältemittels gemäß dem Klimaanlagenmodus oder dem Wärmepumpenmodus zu der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) oder der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zu regulieren; und wobei ein erstes An/Aus-Ventil (192) an der ersten Kältemittelzirkulationsleitung (R1) eingebaut ist, um den Strom des Kältemittels zu regulieren, und ein zweites An/Aus-Ventil (193) an der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) an dem Auslass des Kältemittel-Kühlmittelwärmetauschers (180) eingebaut ist.
  19. Wärmepumpensystem nach Anspruch 17, wobei eine Umgehungsleitung (R3) parallel an der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) eingebaut ist, so dass das in der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) zirkulierende Kältemittel den externen Wärmetauscher (130) umgeht, und wobei ein zweites Richtungswechselventil (191) zum Regulieren der Strömungsrichtung des Kältemittels an einem Abzweigungspunkt der zweiten Kältemittelzirkulationsleitung (R2) und der Umgehungsleitung (R3) eingebaut ist.
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