DE112014005360T5

DE112014005360T5 - Wärmepumpensystem

Info

Publication number: DE112014005360T5
Application number: DE112014005360.0T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Itoh; Kota Sakamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-08-04
Also published as: JP2015101180A; JP6015636B2; US20160297283A1; US10406889B2; CN105764727B; WO2015075872A1; CN105764727A

Abstract

Ein Heizungskern (23) zum Austuschen von Wärme zwischen einem Kühlmittel und Lüftungsluft, die in ein Fahrzeuginneres geblasen werden soll, ist in einem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis (21) angeordnet, der die Zirkulation des von einem Wärmepumpenkreislauf (10) geheizten Kühlmittels zulässt. Ein Strahler (24) zum Austauschen von Wärme zwischen wenigstens einem Teil des aus dem Heizungskern (23) strömenden Kühlmittels und einem Niederdruckkältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf (10) ist in einem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis (22) angeordnet, der mit dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis (21) gekoppelt ist. Auf diese Weise kann überschüssige Wärme, die in dem aus dem Heizungskern (23) strömenden Kühlmittel enthalten ist und die nicht verwendet wird, um die Lüftungsluft zu heizen, die Frostbildung auf einem Außenwärmetauscher (14) unterdrücken und kann den Außenwärmetauscher (14) auch entfrosten.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-242521 , eingereicht am 25. November 2013, deren Inhalte hier in ihrer Gesamtheit per Referenz eingebunden sind.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmepumpensystem, das ein Fluid heizt, das von einem Wärmepumpenkreislauf geheizt werden soll.
Hintergrundtechnik
Wärmepumpensysteme sind herkömmlicherweise dafür bekannt, dass sie ein Heizzielfluid durch Wärmepumpenkreisläufe (Dampfkompressionskältekreisläufe) heizen. In dem Wärmepumpenkreislauf, der auf diese Art von System angewendet wird, dient ein Außenwärmetauscher als ein Verdampfer, der ein Niederdruckkältemittel durch Austauschen von Wärme mit Außenluft verdampft. Wenn eine Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher auf 0°C oder niedriger verringert wird, könnte eine Frostbildung in dem Außenwärmetauscher auftreten.
Ferner ist auch das sogenannte Heißgasentfrosten als ein Mittel zum Entfernen von Frost in dem Außenwärmetauscher auf diese Weise bekannt. Das Heißgasentfrosten bedingt, dass zugelassen wird, dass ein Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel (Heißgas), das von einem Kompressor in dem Wärmepumpenkreislauf abgegeben wird, in den Außenwärmetauscher strömt, wodurch der Wärmetauscher entfrostet wird. Jedoch braucht es eine relativ lange Zeit, das Heißgasentfrosten auszuführen, was die Energie, die von dem Kompressor für das Entfrosten verbraucht wird, erhöhen könnte.
Aus diesem Grund offenbart das Patentdokument 1 ein Wärmepumpensystem für die Verwendung in einer Fahrzeugklimaanlage. Das Wärmepumpensystem ist dafür konzipiert, den Außenwärmetauscher mit einer Frostbildung unter Verwendung von Abwärme, die in einem Kühlmittel zum Kühlen von fahrzeugmontierten elektrischen Vorrichtungen als eine Wärmequelle zu entfrosten. In dem in dem Patentdokument 1 offenbarten Wärmepumpensystem kann der Außenwärmetauscher unter Verwendung der Abwärme von den fahrzeugmontierten elektrischen Vorrichtungen gespeichert ist, entfrostet werden, wodurch eine Zunahme des Energieverbrauchs durch den Kompressor zum Entfrosten unterdrückt werden kann.
Dokument der verwandten Technik
Patentdokument

Patendokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2013-139251

Zusammenfassung der Erfindung
Jedoch kann basierend auf den Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung eine Struktur, die konzipiert ist, um einen Außenwärmetauscher mit Wärme zu entfrosten, die von einer externen Wärmequelle, wie etwa einer fahrzeugmontierten elektrischen Vorrichtung, geliefert wird, wie das in dem Patentdokument 1 beschriebene Wärmepumpensystem, in manchen Fällen abhängig von dem Betriebszustand der externen Wärmequelle nicht die ausreichende Wärme sicherstellen, die für das Entfrosten benötigt wird. Als ein Ergebnis kann die von der externen Wärmequelle gelieferte Wärme den Außenwärmetauscher nicht geeignet entfrosten oder kann die Frostbildung in dem Außenwärmetauscher nicht unterdrücken.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts der vorstehenden Angelegenheit gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Wärmepumpensystem bereitzustellen, dass das Entfrosten eines Außenwärmetauschers oder die Unterdrückung der Frostbildung darin erreichen kann, ohne den Energieverbrauch eines Kompressors in einem Wärmepumpenkreislauf zu erhöhen.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, umfasst ein Wärmepumpensystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Wärmepumpenkreislauf, einen Wärmemediumzirkulationskreis und einen Wärmemediumstrahlungsabschnitt. Der Wärmepumpenkreislauf umfasst einen Kompressor, der geeignet ist, um ein Kältemittel zu komprimieren und abzugeben, einen Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher, der Wärme zwischen einem von dem Kompressor abgegebenen Hochdruckkältemittel und einem Wärmemedium austauscht, eine Dekompressionsvorrichtung, die das aus dem Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher strömende Kältemittel dekomprimiert, und einen Außenwärmetauscher, der Wärme zwischen dem von der Dekompressionsvorrichtung dekomprimierten Kältemittel und Außenluft austauscht. Das Wärmemedium zirkuliert in dem Wärmemediumzirkulationskreis, und der Wärmemediumzirkulationskreis ist mit einem Heizwärmetauscher versehen, der Wärme zwischen einem Heizzielfluid und dem Wärmemedium, das aus dem Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher strömt, austauscht, um das Heizzielfluid zu heizen. Der Wärmemediumstrahlungsabschnitt führt Wärme, die in dem aus dem Heizwärmetauscher strömenden Wärmemedium enthalten ist, an ein Niederdruckkältemittel ab, das durch einen Bereich zirkuliert, der von einer Auslassseite der Dekompressionsvorrichtung zu einer Ansaugöffnung des Kompressors führt.
Der Wärmemediumstrahlungsabschnitt wird bereitgestellt, um das Abführen der Wärme, die in dem durch den Wärmemediumzirkulationskreis enthaltenen Wärmemedium enthalten ist, in das Niederdruckkältemittel zu ermöglichen. Dann kann die von dem Wärmemedium in das Niederdruckkältemittel abgeführte Wärme den Außenwärmetauscher entfrosten und die Frostbildung des Außenwärmetauschers unterdrücken.
Ferner führt der Wärmemediumstrahlungsabschnitt Wärme, die in dem aus dem Heizwärmetauscher strömenden Wärmemedium enthalten ist, in das Niederdruckkältemittel ab, so dass die Wärme, die in dem von dem Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher geheizten Wärmemedium enthalten ist, verwendet werden kann, um vorzugsweise das Heizzielfluid zu heizen, und überschüssige Wärme verwendet werden kann, um den Außenwärmetauscher zu entfrosten oder seine Frostbildung zu unterdrücken. Daher kann das Entfrosten des Außenwärmetauschers oder die Beschränkung der Frostbildung an dem Außenwärmetauscher erreicht werden, ohne einen Energieverbrauch des Kompressors zu erhöhen.
Folglich kann das Wärmepumpensystem bereitgestellt werden, das fähig ist, den Außenwärmetauscher zu entfrosten oder die Frostbildung darin zu unterdrücken, ohne von der Wärme abzuhängen, die von der externen Wärmequelle und ähnlichem geliefert wird, und ohne den Energieverbrauch des Kompressors in dem Wärmepumpenkreislauf zu erhöhen.
Zum Beispiel kann der Wärmemediumstrahlungsabschnitt aus einem Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung aufgebaut sein, der Wärme zwischen der Außenluft und dem Wärmemedium, das aus dem Heizwärmetauscher ausströmt, austauscht. Der Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung und der Außenwärmetauscher können miteinander integriert sein, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel, das durch den Außenwärmetauscher zirkuliert, und dem Wärmemedium, das durch den Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung zirkuliert, zu ermöglichen.
Mit dieser Anordnung kann die Wärme, die in dem Wärmemedium enthalten ist, das durch den Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung zirkuliert, direkt auf den Außenwärmetauscher übertragen werden, was das effektive Entfrosten des Außenwärmetauschers oder die effektive Unterdrückung der Frostbildung an dem Außenwärmetauscher erreichen kann.
Zum Beispiel kann der Wärmemediumstrahlungsabschnitt aus einem Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung aufgebaut sein, der Wärme zwischen der Außenluft und dem Wärmemedium, das aus dem Heizwärmetauscher strömt, austauscht. Der Außenwärmetauscher kann angeordnet sein, um Wärme zwischen der Außenluft, die aus dem Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung strömt, und dem von der Dekompressionsvorrichtung dekomprimierten Kältemittel auszutauschen.
Mit dieser Anordnung kann die Wärme, die in dem durch den Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung zirkulierenden Wärmemedium enthalten ist, indirekt über die Außenluft an den Außenwärmetauscher übertragen werden, was leicht das Entfrosten des Außenwärmetauschers oder die Unterdrückung der Frostbildung an dem Außenwärmetauscher erreichen kann.
Der Wärmemediumstrahlungsabschnitt kann aus einem Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung aufgebaut sein, der Wärme zwischen dem Niederdruckkältemittel und dem Wärmemedium, das aus dem Heizwärmetauscher strömt, austauscht.
Mit dieser Anordnung kann die Wärme, die in dem Wärmemedium enthalten ist, das durch den Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung zirkuliert, in dem Niederdruckkältemittel aufgenommen werden, wodurch die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher erhöht wird, wobei die Unterdrückung der Frostbildung erreicht wird.
Ferner kann das Wärmepumpensystem mit dem vorstehend erwähnten Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung eine Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung umfassen, die den Durchsatz von Wärmemedium, das aus dem Heizwärmetauscher in den Wärmetauscher für die Wärmeabstrahlung strömt, einstellt.
Mit dieser Anordnung kann die Menge der von dem Wärmemedium in das Niederdruckkältemittel abgeführten Wärme abhängig von der Heizkapazität des Heizzielfluids, die für den Wärmepumpenkreislauf benötigt wird, angemessen eingestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Perspektivansicht des äußeren Aussehens einer Wärmetauscherstruktur in der ersten Ausführungsform;
3 ist eine entlang der Linie III-III in 2 genommene Querschnittansicht;
4 ist ein Steuercharakteristikdiagramm, das die Beziehung zwischen einer Zielausblastemperatur TAO und einem Umleitungsdurchsatz zeigt.
5 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
6 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer dritten Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer vierten Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer fünften Ausführungsform.
9 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer sechsten Ausführungsform.
10 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer siebten Ausführungsform.
11 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer achten Ausführungsform.
12 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer neunten Ausführungsform.
13 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer zehnten Ausführungsform.
14 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer elften Ausführungsform.
15 ist ein schematisches Gesamtaufbaudiagramm eines Wärmepumpensystems gemäß einer zwölften Ausführungsform.
16 ist ein schematisches Aufbaudiagramm eines Wärmemediumzirkulationskreises, das eine Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
17 ist ein schematisches Aufbaudiagramm eines Wärmemediumzirkulationskreises, das eine andere Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Wärmepumpensystem 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung auf eine Fahrzeugklimaanlage für ein sogenanntes Hybridfahrzeug angewendet, das die Antriebskraft zum Fahren sowohl von einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) als auch einem Elektromotor zum Fahren erhält. Das Wärmepumpensystem 1 in dieser Ausführungsform dient dazu, Lüftungsluft, die in ein Fahrzeuginneres als einen Raum, der klimatisiert werden soll, geblasen werden soll, in der Fahrzeugklimaanlage zu heizen oder zu kühlen.
Insbesondere umfasst das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform einen Wärmepumpenkreislauf 10, der ein Dampfkompressionskältekreislauf zum Heizen oder Kühlen von Lüftungsluft ist, und einen Wärmemediumzirkulationskreis 20 für die Zirkulation eines Kühlmittels als ein Wärmemedium (z. B. eine wässrige Ehtylenglykollösung). Wenn beabsichtigt ist, die Lüftungsluft zu heizen, wird das Kühlmittel durch den Wärmepumpenkreislauf 10 geheizt, und dann wird die Lüftungsluft unter Verwendung des geheizten Kühlmittels als eine Wärmequelle geheizt. Daher ist in dem Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform ein Fluid, das geheizt werden soll, die Lüftungsluft.
Ferner kann der Wärmepumpenkreislauf 10 dieser Ausführungsform aufgebaut sein, um zwischen einem Kältemittelkreis für eine Luftkühlbetriebsart zum Luftkühlen des Fahrzeuginneren durch Kühlen der Lüftungsluft, einem Kältemittelkreis für eine Luftheizbetriebsart zum Luftheizen des Fahrzeuginneren durch Heizen der Lüftungsluft und einem Kältemittelkreis für eine Entfeuchtungsheizbetriebsart zum Durchführen von Luftheizen, während das Fahrzeuginnere durch Heizen der gekühlten und entfeuchteten Lüftungsluft entfeuchtet wird, umzuschalten.
Beachten Sie, dass in 1 die Strömung eines Kältemittels in dem Kältemittelkreis für die Luftkühlbetriebsart durch Umrisspfeile angezeigt ist; die Strömung eines Kältemittels in dem Kältemittelkreis für die Luftheizbetriebsart ist durch schwarze Pfeile angezeigt; und die Strömung eines Kältemittels in dem Kältemittelkreis für die Entfeuchtungsheizbetriebsart ist durch diagonal schraffierte Pfeile angezeigt.
Der Wärmepumpenkreislauf 10 verwendet ein Kältemittel auf Basis eines teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffs (HFC) (zum Beispiel R134a) als das Kältemittel und bildet einen unterkritischen Dampfkompressionskältekreislauf, bei dem sein hochdruckseitiger Kältemitteldruck Pd den kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt. Offensichtlich kann ein Kältemittel auf Hydrofluor-Olefin-(HFO-)Basis (zum Beispiel R1234yf) oder ähnliches als das Kältemittel verwendet werden. Kältemaschinenöl für die Schmierung eines Kompressors 1 wird in das Kältemittel gemischt, und ein Teil des Kältemaschinenöls zirkuliert zusammen mit dem Kältemittel durch den Kreislauf.
Unter den Komponenten des Wärmepumpenkreislaufs 10 ist der Kompressor 11 innerhalb eines Motorraums positioniert und geeignet, das Kältemittel anzusaugen und es zu einem Hochdruckkältemittel unter Druck zu setzen und das Kältemittel dann mit erhöhtem Druck in dem Wärmepumpenkreislauf 10 abzugeben. Insbesondere ist der Kompressor 11 dieser Ausführungsform ein elektrischer Kompressor, der in einem Gehäuse einen Kompressionsmechanismus mit fester Verdrängung und einen Elektromotor zum Antreiben des Kompressionsmechanismus aufnimmt.
Verschiedene Arten von Kompressionsmechanismen einschließlich eines Spiralkompressionsmechanismus und eines Drehschieberkompressionsmechanismus, können als der Kompressionsmechanismus verwendet werden. Der Betrieb des Elektromotors (die Drehzahl) wird von einem Steuersignal gesteuert, das von einer Klimatisierungssteuerung 40, die später beschrieben wird, ausgegeben wird. Der Elektromotor kann entweder einen Wechselstrommotor oder einen Gleichstrommotor verwenden.
Eine Abgabeöffnungsseite des Kompressors 11 ist mit einer Kältemitteleinlassseite eines Kältemitteldurchgangs in einem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 gekoppelt. Der hochtemperaturseitige Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ist ein Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher zum Heizen des Kühlmittels durch Austauschen von Wärme zwischen einem Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, und einem Kühlmittel, das durch den Wärmemediumzirkulationskreis 20 zirkuliert.
Ein derartiger hochdruckseitiger Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 kann einen Wärmetauscher oder ähnliches verwenden, in dem mehrere Rohre für die Zirkulation des Hochdruckkältemittels als ein Hochdruckkältemitteldurchgang bereitgestellt sind, Kühlmitteldurchgänge für die Zirkulation des Kühlmittels zwischen den benachbarten Rohren ausgebildet sind und Innenrippen in den Kühlmitteldurchgängen angeordnet sind, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu fördern.
Die Auslassseite des Kältemitteldurchgangs des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 ist mit der Einlassseite eines Heizexpansionsventils 113 gekoppelt. Das Heizexpansionsventil 13 ist eine Dekompressionsvorrichtung, die das von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 abgegebene Hochdruckkältemittel wenigstens in der Luftheizbetriebsart dekomprimiert. Insbesondere ist das Heizexpansionsventil 13 ein elektrisch variabler Drosselmechanismus, der einen Ventilkörper, der fähig ist, den Drosselöffnungsgrad zu ändern, und einen elektrischen Aktuator, der aus einem Schrittmotor zum Ändern des Drosselöffnungsgrads durch Verschieben des Ventilkörpers aufgebaut ist, umfasst.
Das Heizexpansionsventil 13 dieser Ausführungsform ist ein variabler Drosselmechanismus mit einer vollständigen Öffnungsfunktion, die als ein einzelner Kältemitteldurchgang dient, indem sein Drosselöffnungsgrad vollständig geöffnet wird, fast ohne irgendeine Dekompressionswirkung zu zeigen. Der Betrieb des Heizexpansionsventils 13 wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
Die Auslassseite des Heizexpansionsventils 13 ist mit der Kältemitteleinlassseite eines Außenwärmetauschers 14 gekoppelt. Der Außenwärmetauscher 14 ist in dem Motorraum auf der Vorderseite angeordnet und geeignet, Wärme zwischen dem durch ihn strömenden Kältemittel auf der strömungsabwärtigen Seite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 und der von einem Gebläseventilator 14a geblasenen Außenluft auszutauschen.
Insbesondere dient der Außenwärmetauscher 14 als ein Strahler, der wenigstens in der Luftkühlbetriebsart Wärme von dem Hochdruckkältemittel abführt, und auch als ein Verdampfer, der eine Wärmeaufnahmewirkung zeigt, um das Niederdruckkältemittel, das von dem Heizexpansionsventil 13 als die Dekompressionsvorrichtung dekomprimiert wird, wenigstens in der Luftheizbetriebsart zu verdampfen. Der Gebläseventilator 14a ist ein elektrisches Gebläse, dessen Betriebsverhältnis, das heißt, dessen Drehzahl (Blaskapazität) von einer Steuerspannung gesteuert wird, die von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
Der Außenwärmetauscher 14 dieser Ausführungsform ist integral mit einem Strahler 24, der später beschrieben werden soll, strukturiert. Folglich dient der Gebläseventilator 14a dieser Ausführungsform dazu, die Außenluft sowohl in Richtung des Außenwärmetauschers 14 als auch des Strahlers 24 zu blasen. Beachten Sie, dass die detaillierte Struktur des integrierten Außenwärmetauschers 14 und des Strahlers 24 (auf die hier nachstehend als eine „Wärmetauscherstruktur 60” Bezug genommen wird) später beschrieben wird.
Die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 14 ist mit einer Kältemittelzuströmungsöffnung eines niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitts 15a, der die von dem Außenwärmetauscher 14 abgegebene Kältemittelströmung verzweigt, gekoppelt. Der niederdruckseitige Verzweigungsabschnitt 15a ist aus einer Dreiwegeverbindung mit drei Zuströmungs- und Ausströmungsöffnungen aufgebaut, von denen eine eine Kältemittelzuströmungsöffnung ist und die restlichen zwei Kältemittelausströmungsöffnungen sind. Eine derartige Dreiwegeverbindung kann durch Verbinden von Rohrleitungen mit verschiedenen Durchmessern oder durch Ausbilden mehrerer Kältemitteldurchgänge in einem Metall- oder Harzblock ausgebildet sein.
Eine Kältemittelausströmungsöffnung des niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitts 15a ist über ein Rückschlagventil 16a mit der Kältemitteleinlassseite eines Kühlexpansionsventils 16 gekoppelt. Die andere Kältemittelausströmungsöffnung des niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitts 15a ist mit der Einlassseite eines akkumulatorseitigen Durchgangs 18 gekoppelt, der das aus dem niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15a strömende Kältemittel zu der strömungsaufwärtigen Seite eines Akkumulators 19, der später beschrieben werden soll, leitet, während es das Kühlexpansionsventil 16 und ähnliches umgeht.
Das Rückschlagventil 16a lässt nur zu, dass das aus einer der Kältemittelausströmungsöffnungen des niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitts 15a strömende Kältemittel von dem niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15a in Richtung des Kühlexpansionsventils 16 strömt.
Das Kühlexpansionsventil 16 hat im Wesentlichen die gleiche grundlegende Struktur wie die des Heizexpansionsventils 13. Das Kühlexpansionsventil 16 ist in dieser Ausführungsform aus einem variablen Drosselmechanismus aufgebaut, der nicht nur eine vollständige Öffnungsfunktion, sondern auch eine vollständige Schließfunktion hat. Insbesondere öffnet das Kühlexpansionsventil 16 einen Kältemitteldurchgang, der von der Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 14 zu der Kältemitteleinlassseite eines Iinnenverdampfers 17 führt, vollständig, wenn seine Drosselöffnung vollständig geöffnet wird. Ferner schließt das Kühlexpansionsventil 16 den Kältemitteldurchgang, wenn die Drosselöffnung vollständig geschlossen wird.
In dem Wärmepumpenkreislauf 10 in dieser Ausführungsform schließt das Kühlexpansionsventil 16 den Kältemitteldurchgang auf diese Weise, wodurch das Umschalten des Kältemittelkreises für die Zirkulation des Kältemittels ermöglicht wird. Folglich baut das Kühlexpansionsventil 16 dieser Ausführungsform einen Kältemittelkreisschalter auf.
Die Auslassseite des Kühlexpansionsventils 16 ist mit der Kältemitteleinlassseite des Innenverdampfers 17 gekoppelt. Der Innenverdampfer 17 ist in einem Gehäuse 31 einer Innenklimatisierungseinheit 30, die später beschrieben werden soll, angeordnet. Der Innenverdampfer 17 ist ein Kühlwärmetauscher, der Wärme zwischen dem durch ihn strömenden Kältemittel und Lüftungsluft austauscht, um das Kältemittel zu verdampfen, wodurch die Lüftungsluft wenigstens in der Luftkühlbetriebsart und der Entfeuchtungsheizbetriebsart gekühlt wird.
Die Kältemittelauslassseite des Innenverdampfers 17 ist über einen Vereinigungsabschnitt 15b mit der Einlassseite des Akkumulators 19 verbunden. Der Akkumulator 19 ist ein Gas-Flüssigkeitsabscheider, der das darin strömende Kältemittel in flüssige und gasförmige Phasen abscheidet und der das in dem Kreislauf überschüssige Kältemittel darin lagert. Der Vereinigungsabschnitt 15b ist aus der gleichen Art von Dreiwegeverbindung ausgebildet wie der niederdruckseitige Verzweigungsabschnitt 15a. Die Dreiwegeverbindung hat drei Zuströmungs- und Ausströmungsöffnungen, von denen zwei Kältemittelzuströmungsöffnungen sind und die restliche eine Kältemittelausströmungsöffnung ist.
Die andere Kältemittelzuströmungsöffnung des Vereinigungsabschnitts 15b in dieser Ausführungsform ist mit der Auslassseite des vorstehend erwähnten akkumulatorseitigen Durchgangs 18 gekoppelt. Ein Heizungs-Ein-Aus-Ventil 18a ist in dem akkumulatorseitigen Durchgang 18 angeordnet, um den akkumulatorseitigen Durchgang 18 zu öffnen und zu schließen. Das Heizungs-Ein-Aus-Ventil 18a ist ein elektromagnetisches Ventil, dessen Öffnungs- und Schließbetriebe durch eine Steuerspannung gesteuert werden, die von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird, wobei auf diese Weise zusammen mit dem Kühlexpansionsventil 16 der Kältemittelkreisumschalter aufgebaut wird.
Ein Kältemittelauslass für gasphasiges Kältemittel des Akkumulators 19 ist mit einer Ansaugseite des Kompressors 11 gekoppelt. Folglich dient der Akkumulator 19 dazu, das Ansaugen des flüssigphasigen Kältemittels in den Kompressor 11 zu unterdrücken, um dadurch die Flüssigkeitskompression in dem Kompressor 11 zu verhindern.
Als nächstes wird der Wärmemediumzirkulationskreis 20 beschrieben. Der Wärmemediumzirkulationskreis 20 dieser Ausführungsform wird hauptsächlich in einen hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 und einen niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 getrennt.
Der hochdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 21 und der niederdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 22 stehen miteinander in Verbindung. Auf diese Weise lässt der Wärmemediumzirkulationskreis 20 zu, dass ein Teil des durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkulierenden Kühlmittels in den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, während er, wie später beschrieben wird, zulässt, dass ein Teil des durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkulierenden Kühlmittels in den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 strömt.
Der hochdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 21 ist ein Wärmemediumzirkulationskreis, der die Zirkulation des Kühlmittels hauptsächlich zwischen einem Heizungskern 23 und dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 zulässt. Der Heizungskern 23 ist in dem Gehäuse 31 der Innenklimatisierungseinheit 30 angeordnet. Der Heizungskern 23 ist ein Heizwärmetauscher, der Wärme zwischen dem von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizten Kühlmittel und Lüftungsluft, die den Innenverdampfer 17 durchlaufen hat, austauscht, wodurch die Lüftungsluft geheizt wird.
Der hochdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 21 ist mit einer hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a versehen, die das aus dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömende Kühlmittel zu dem Heizungskern 23 druckspeist. Die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a ist eine elektrische Pumpe, deren Drehzahl (Kühlmitteldruckspeisekapazität) durch eine Steuerspannung gesteuert wird, die durch eine Steuerspannung gesteuert wird, die von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
Wenn die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a betätigt, lässt der hochdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 21, wie durch massive Pfeile in 1 angezeigt, zu, dass das Kühlmittel von der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a in dieser Reihenfolge zu dem Kühlmitteldurchgang des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12, dem Heizungskern 23 und der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a strömt. Auf diese Weise wird in der Luftheizbetriebsart und ähnlichen zugelassen, dass das von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizte Kühlmittel in den Heizungskern 23 strömt, wodurch die Lüftungsluft geheizt wird.
Der niederdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 22 ist ein Wärmemediumzirkulationskreis, der die Zirkulation des Kühlmittels hauptsächlich zwischen einem Strahler 24 und einem Kühlmitteldurchgang, der in einem Inverter Inv zum Zuführen elektrischer Leistung an den elektrischen Fahrmotor bereitgestellt ist, zulässt. Der Strahler 24 ist in dem Motorraum angeordnet. Der Strahler 24 ist ein Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung, der Wärme zwischen dem durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkulierenden Kühlmittel und der von dem Gebläseventilator 14a geblasenen Außenluft austauscht, wodurch Wärme von dem Kühlmittel abgeführt wird.
Der Inverter Inv ist eine fahrzeugmontierte Vorrichtung, die arbeitet, während sie Wärme erzeugt, und dient auch als eine externe Wärmequelle zum Heizen des in den Strahler 24 strömenden Kühlmittels. Der niederdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 22 ist mit einer niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a versehen, die das Kühlmittel, das aus dem in dem Inverter Inv bereitgestellten Kühlmitteldurchgang strömt, zu dem Strahler 24 druckspeist. Die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a hat im Wesentlichen die gleiche grundlegende Struktur wie die der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a.
Wenn die Klimatisierungssteuerung 40, wie hauptsächlich durch gestrichelte Pfeile in 1 angezeigt, die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a betätigt, lässt der niederdruckseitige Wärmemediumzirkulationskreis 22 zu, dass das Kühlmittel von der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a in dieser Reihenfolge zu dem in dem Inverter Inv bereitgestellten Durchgang, dem Strahler 24 und der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a zirkuliert.
Wenn das Kühlmittel den Kühlmitteldurchgang durchläuft, nimmt das Kühlmittel folglich die Abwärme von dem Inverter Inv auf, so dass die von dem Kühlmittel aufgenommene Wärme in die Außenluft abgeführt werden kann, während das Kühlmittel durch den Strahler 24 zirkuliert, wodurch der Inverter Inv gekühlt wird. Mit anderen Worten kann die Temperatur von Kühlmittel, das in den Strahler 24 strömt, unter Verwendung des Inverters Inv als die externe Wärmequelle erhöht werden, wodurch die Temperatur der Außenluft, die zu dem Außenwärmetauscher 14 geblasen werden soll, erhöht wird.
Die Abgabeöffnungsseite der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a in dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 ist in dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 über den ersten Kopplungsströmungsweg 25a mit der Ansaugöffnungsseite der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a gekoppelt. Die Auslassseite des Strahlers 24 in dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 ist über einen zweiten Kopplungsströmungsweg 25b mit der Einlassseite des Kühlmitteldurchgangs in dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 des hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 gekoppelt.
Der erste Kopplungsströmungsweg 25a ist mit einem ersten Kühlmitteldurchsatzeinstellventil 26a versehen, das den Durchsatz von Kühlmittel, das durch den ersten Kopplungsströmungsweg zirkuliert, einstellt. Der zweite Kopplungsströmungsweg 25b ist mit einem zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventil 26b versehen, das den Durchsatz von Kühlmittel, das durch den zweiten Kopplungsströmungsweg 25b zirkuliert, einstellt.
Jedes der ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b ist ein elektrisches Durchsatzeinstellventil, das einen Ventilkörper, der fähig ist, den Öffnungsgrad zu ändern, und einen elektrischen Aktuator, der fähig ist, den Öffnungsgrad durch Verschieben des Ventilkörpers zu ändern, umfasst. Die Betriebe der ersten und zweiten Durchsatzeinstellventile 26a und 26b werden durch Steuersignale gesteuert, die von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben werden.
Wenn die Klimatisierungssteuerung 40 die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig schließt, zirkuliert das Kühlmittel in dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zwischen dem Heizungskern 23 und dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, während das Kühlmittel in dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zwischen dem Strahler 24 und dem Inverter Inv zirkuliert. Folglich vermischt sich das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, nicht mit dem Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert.
Wenn die Klimatisierungssteuerung 40 im Gegensatz dazu einmal die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b öffnet, strömt abhängig von ihren Öffnungsgraden ein Teil des Kühlmittels, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, über den ersten Kopplungsströmungsweg 25a in den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22, während ein Teil des Kühlmittels, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, über den zweiten Kopplungsströmungsweg 25b in den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 strömt.
Insbesondere können in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b geöffnet werden, um zuzulassen, dass ein Teil des Kühlmittels, das den Heizungskern 23 verlässt, in den Inverter Inv strömt. Es wird zugelassen, dass das Kühlmittel, das den Inverter Inv verlässt, in den Strahler 24 strömt, so dass ein Teil des aus dem Strahler 24 strömenden Kühlmittels zu der Kühlmitteldurchgangsseite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 rückgeführt werden kann.
Mit anderen Worten stellt die Klimatisierungssteuerung 40 den Öffnungsgrad der ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b ein, wodurch die Einstellung des Durchsatzes von Kühlmittel, das in den Strahler 24 strömt, der in dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 angeordnet ist, in dem Kühlmittel, das aus dem Heizungskern 23 strömt, der in dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 angeordnet ist, ermöglicht wird. Daher bilden die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b eine Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung, die in den begleitenden Ansprüchen beschrieben wird.
Beachten Sie, dass der Durchsatz von Kühlmittel, das aus dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 in den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, wenn die Klimatisierungssteuerung 40 die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b öffnet, sich manchmal vorübergehend von dem des Kühlmittels unterscheidet, das von dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zu dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt. Jedoch konvergieren beide Durchsätze schließlich im Wesentlichen auf den gleichen Durchsatz. In der nachstehenden Beschreibung wird auf den Durchsatz nach der Konvergenz auf einen Umleitungsdurchsatz Bezug genommen.
Nun wird die detaillierte Struktur der Wärmetauscherstruktur 60, in die der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24 integriert sind, unter Verwendung von 2 und 3 beschrieben.
Jeder des Außenwärmetauschers 14 und des Strahlers 24 ist in dieser Ausführungsform als der sogenannte Behälter-und-Rohr-Wärmetauscher aufgebaut, der mehrere Rohre für die Zirkulation des Kältemittels oder Kühlmittels und ein Paar von Sammel-Verteil-Behältern umfasst, die auf beiden Enden der Rohre angeordnet sind und geeignet sind, die Kältemittel oder Kühlmittel, die durch die jeweiligen Rohre zirkulieren, zu sammeln und zu verteilen.
Insbesondere umfasst der Außenwärmetauscher 14 mehrere Kältemittelrohre 14a, welche die Zirkulation des Kältemittels durch sie hindurch zulassen. Wie in der Querschnittansicht von 3 gezeigt, verwenden die Kältemittelrohre 14a ferner jeweils ein poröses Flachrohr mit einer flachen Schnittform in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung. Die jeweiligen Kältemittelrohre 14a sind mit einem vorgegebenen Abstand zwischen flachen Oberflächen der Außenoberflächen entgegengesetzt zueinander parallel gestapelt.
Folglich wird in der Umgebung des Kältemittelrohrs 14a oder zwischen den benachbarten Kältemittelrohren 14a ein Wärmeaufnahmeluftdurchgang 14b ausgebildet, um die Zirkulation der von dem Gebläseventilator 14a geblasenen Außenluft zuzulassen.
Der Strahler 24 umfasst mehrere Wärmemediumrohre 24a, welche die Zirkulation des Kühlmittels durch sie hindurch zulassen. Wie in der Querschnittansicht von 3 gezeigt, verwendet jedes der Wärmemediumrohre 24a ein Flachrohr mit einer einzigen Pore und einer flachen Schnittform in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung. Wie das Kältemittelrohr 14a sind die Wärmemediumrohre 24a mit einem vorgegebenen Abstand zwischen flachen Oberfläche der Außenoberflächen entgegengesetzt zueinander parallel gestapelt.
Folglich wird in der Umgebung des Wärmemediumrohrs 12a oder zwischen den benachbarten Wärmemediumrohren 24a ein Wärmeabführungsluftdurchgang 24b ausgebildet, um die Zirkulation der von dem Gebläseventilator 14a geblasenen Außenluft zuzulassen.
In dieser Ausführungsform ist ein Sammel-Verteil-Behälter 61 für den Außenwärmetauscher 14 teilweise aus dem gleichen Material wie dem des Sammel-Verteil-Behälters 61 für den Strahler 24 hergestellt, und Außenrippen 62, die aus dem gleichen Material ausgebildet sind, sind jeweils in dem Wärmeaufnahmeluftdurchgang 14b und dem Wärmeabführungsluftdurchgang 24b angeordnet. Die Außenrippen 62 sind mit beiden Rohren 14a und 24a verbunden, wodurch der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24 miteinander zu der Wärmetauscherstruktur 60 integriert werden.
Gewellte Rippen, die durch Biegen einer dünnen Metallplatte mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit in einer wellenartigen Form ausgebildet werden, werden als die Außenrippen 62 verwendet. Ein Teil der Außenrippe 62, die in dem Wärmeaufnahmeluftdurchgang 14b angeordnet ist, dient dazu, den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Außenluft zu fördern, während ein Teil der Außenrippe 62, der in dem Wärmeabführungsluftdurchgang 24b angeordnet ist, dazu dient, den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und Außenluft zu fördern.
Die Außenrippen 62 sind sowohl mit den Kältemittelrohren 14a als auch den Wärmemediumrohren 24a verbunden, wodurch die Wärmeübertragung zwischen den Kältemittelrohren 14a und den Wärmemediumrohren 24a ermöglicht wird. Folglich werden der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24 miteinander integriert, um die Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel, das durch den Außenwärmetauscher 14 zirkuliert, und dem Kältemittel, das durch den Strahler 24 zirkuliert, zu ermöglichen.
Das heißt, die Wärmetauscherstruktur 60 dieser Ausführungsform hat nicht nur die Funktion zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel (erstes Fluid) und der Außenluft (drittes Fluid) und die Funktion zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kühlmittel (zweites Fluid) und der Außenluft (drittes Fluid), sondern auch die Funktion zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel (erstes Fluid) und dem Kühlmittel (zweites Fluid).
Folglich ist die Wärmetauscherstruktur 60 als ein zusammengesetzter Wärmetauscher oder ein Drei-Fluid-Wärmetauscher aufgebaut, der Wärme zwischen drei Arten von Fluiden austauschen kann. Der Strahler 24 baut einen Wärmemediumstrahlungsabschnitt auf, der Wärme, die in dem aus dem Heizungskern 23 strömenden Kühlmittel enthalten ist, in ein Niederdruckkältemittel abführt, das wenigstens in der Luftheizbetriebsart durch einen Kältemittelströmungsweg in einem Bereich von der Auslassseite des Heizexpansionsventils 13 zu der Ansaugöffnungsseite des Kompressors 11 zirkuliert.
In dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind alle, das Kältemittelrohr 14a des Außenwärmetauschers 14, das Wärmemediumrohr 24a des Strahlers 24, der Sammel-Verteil-Behälter 61, die Außenrippe 62 und ähnliche, aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet und durch Hartlöten integriert. Ferner ist der Strahler 24 in dieser Ausführungsform in einer derartigen Weise mit dem Außenwärmetauscher 14 integriert, dass er in der Strömungsrichtung der Außenluft, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird, in Bezug auf den Außenwärmetauscher 14 auf der windwärtigen Seite angeordnet ist.
Als nächstes wird nachstehend die Innenklimatisierungseinheit 30 beschrieben. Die Innenklimatisierungseinheit 30 dient dazu, die Lüftungsluft, deren Temperatur durch das Wärmepumpensystem 1 eingestellt wird, in den Fahrzeugraum zu blasen. Die Innenklimatisierungseinheit 30 ist innerhalb des Armaturenbretts (Instrumententafel) an dem vordersten Teil des Fahrzeugraums angeordnet. Die Innenklimatisierungseinheit 30 nimmt ein Gebläse 32, den Innenverdampfer 17, den Heizungskern 23 und ähnliches in dem Gehäuse 31, das eine Außenhülle bildet, auf.
Das Gehäuse 31 bildet einen Luftdurchgang für Lüftungsluft, die in das Fahrzeuginnere geblasen werden soll. Das Gehäuse 31 ist aus Harz (zum Beispiel Polypropylen) mit etwas Elastizität und hervorragender Festigkeit ausgebildet. Auf der strömungsaufwärtigsten Seite der Lüftungsluftströmung in dem Gehäuse 31 ist ein Innen/Außenluftumschalter 33 bereitgestellt, um als ein Innen/Außenluftumschaltabschnitt zum Umschalten zwischen der Innenluft (Luft in dem Fahrzeugraum) und der Außenluft (Luft außerhalb des Fahrzeugraums) und Einleiten der Luft in das Gehäuse 31 zu dienen.
Der Innen/Außenluftumschalter 33 stellt unter Verwendung einer Innen/Außenluftumschaltklappe kontinuierlich Öffnungsflächen eines Innenlufteinlasses zum Einleiten der Innenluft in das Gehäuse 31 und eines Außenlufteinlasses zum Einleiten der Außenluft in das Gehäuse 31 ein, wodurch ein Verhältnis des Volumens der Innenluft zu der Außenluft kontinuierlich geändert wird. Die Innen/Außenluftumschaltklappe wird von einem elektrischen Aktuator für die Innen/Außenluftumschaltklappe angetrieben. Der Betrieb des elektrischen Aktuators wird durch ein Steuersignal, das von der Klimatisierungssteuereinheit 40 ausgegeben wird, gesteuert.
Auf der strömungsabwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung des Innen/Außenluftumschalters 33 ist die Gebläsevorrichtung (Gebläse) 32 als eine Gebläsevorrichtung zum Blasen von Luft, die über den Innen/Außenluftumschalter 33 in sie eingesaugt wird, in Richtung des Fahrzeuginneren angeordnet. Das Gebläse 32 ist ein elektrisches Gebläse, das einen Vielflügel-Zentrifugalventilator (Sirocco-Ventilator) durch einen Elektromotor antreibt. Die Drehzahl (das Blasvolumen) des Gebläses 32 wird durch eine Steuerspannung gesteuert, die von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
Der Innenverdampfer 17 und der Heizungskern 23 sind in dieser Reihenfolge auf der strömungsabwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung von dem Gebläse 32 in Bezug auf die Strömung der Lüftungsluft angeordnet. Ein Kühlluftumleitungsdurchgang 35 ist in dem Gehäuse 31 ausgebildet, um zuzulassen, dass die Lüftungsluft, die den Innenverdampfer 17 durchlaufen hat, in Richtung der strömungsabwärtigen Seite strömt, während sie den Heizungskern 23 umgeht.
Eine Luftmischklappe 34 ist auf der strömungsabwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung in dem Innenverdampfer 17 und auf der strömungsaufwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung in dem Heizungskern 23 angeordnet. Die Luftmischklappe 34 stellt den Anteil des Luftvolumens, das den Heizungskern 23 durchläuft, aus der Lüftungsluft, die den Innenverdampfer 17 durchlaufen hat, ein.
Auf der strömungsabwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung des Heizungskerns 23 ist ein Luftmischraum bereitgestellt, um die von dem Heizungskern 23 geheizte Lüftungsluft und die Lüftungsluft, die den Kühlluftumleitungsdurchgang 35 durchläuft und nicht von dem Heizungskern 23 geheizt wird, zu vermischen. Öffnungen zum Blasen der Lüftungsluft (klimatisierte Luft), die in dem Mischraum vermischt wird, in das Fahrzeuginnere als ein Raum, der klimatisiert werden soll, sind auf der strömungsabwärtigsten Seite der Lüftungsluftströmung in dem Gehäuse 31 bereitgestellt.
Insbesondere umfassen die Öffnungen eine Gesichtsöffnung zum Blasen der klimatisierten Luft in Richtung des Oberkörpers eines Fahrgasts in dem Fahrzeugraum, eine Fußöffnung zum Blasen der klimatisierten Luft in Richtung der Füße des Fahrgasts und eine Entfrosterluftöffnung zum Blasen der klimatisierten Luft in Richtung der Innenseite eines Frontglases des Fahrzeugs (wobei die Öffnungen alle nicht gezeigt sind). Ein Gesichtsluftauslass, ein Fußluftauslass und ein Entfrosterluftauslass (nicht gezeigt), die in dem Fahrzeuginneren bereitgestellt sind, sind über jeweilige Kanäle, die die Luftdurchgänge bilden, mit den strömungsabwärtigen Seiten der Lüftungsluftströmungen von der Gesichtsöffnung, der Fußöffnung und der Entfrosteröffung verbunden.
Auf diese Weise stellt die Luftmischklappe 34 das Volumenverhältnis von Luft, die den Heizungskern 23 durchläuft, zu dem von Luft, die den Kühlluftumleitungsdurchgang 35 durchläuft, ein, um dadurch die Temperatur der Lüftungsluft (der klimatisierten Luft), die in dem Mischraum vermischt wird, einzustellen, wodurch die Temperatur der Lüftungsluft (klimatisierte Luft), die aus jedem Luftauslass in das Fahrzeuginnere geblasen wird, eingestellt wird.
Das heißt, die Luftmischklappe 34 dient als eine Temperatureinstellvorrichtung zum Einstellen der Temperatur der klimatisierten Luft, die in das Fahrzeuginnere geblasen werden soll. Die Luftmischklappe 34 wird von einem elektrischen Aktuator zum Antreiben der Luftmichklappe angetrieben. Der Betrieb des elektrischen Aktuators wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
Eine Gesichtsklappe zum Einstellen einer Öffnungsfläche der Gesichtsöffnung ist auf der strömungsaufwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung der Gesichtsöffnung positioniert; eine Fußklappe zum Einstellen einer Öffnungsfläche der Fußöffnung ist auf der strömungsaufwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung der Fußöffnung positioniert; und eine Entfrosterklappe zum Einstellen einer Öffnungsfläche der Entfrosteröffnung ist auf der strömungsaufwärtigen Seite der Lüftungsluftströmung der Entfrosteröffnung positioniert (wobei diese Klappen nicht gezeigt sind).
Die Gesichtsklappe, die Fußklappe und die Entfrosterklappe bauen einen Öffnungsbetriebsartschalter zum Umschalten zwischen Betriebsarten auf. Diese Klappen sind mit einem elektrischen Aktuator gekoppelt und drehen sich zusammenwirkend mit diesem, um die Luftauslassbetriebsartklappe über einen Verbindungsmechanismus und ähnliches anzutreiben. Beachten Sie, dass der Betrieb des elektrischen Aktuators durch ein Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
Die Luftauslassbetriebsarten, die von dem Luftauslassbetriebsartschalter umgeschaltet werden, umfassen insbesondere eine Gesichtsbetriebsart zum Blasen von Luft aus dem Gesichtsauslass in Richtung einer oberen Körperhälfte eines Fahrgasts in dem Fahrzeuginneren durch vollständiges Öffnen des Gesichtsauslasses; und eine Zweihöhenbetriebsart zum Blasen von Luft in Richtung der oberen Körperhälfte und der Füße des Fahrgasts in dem Fahrzeug durch Öffnen sowohl des Gesichtsauslasses als auch des Fußauslasses. Die Luftauslassbetriebsarten umfassen auch eine Fußbetriebsart zum Blasen von Luft hauptsächlich aus dem Fußauslass durch vollständiges Öffnen des Fußauslasses, während der Entfrosterauslass nur um einen kleinen Öffnungsgrad geöffnet wird; und eine Fuß-Entfrosterbetriebsart zum Blasen von Luft sowohl aus dem Fußauslass als auch dem Entfrosterauslass durch Öffnen des Fußauslasses und des Entfrosterauslasses in dem gleichen Maß.
Ferner wird ein Ausblasbetriebsartauswahlschalter in einem Bedienfeld von dem Fahrgast manuell bedient, so dass der Entfrosterluftauslass vollständig geöffnet wird, um das Festlegen einer Entfrosterbetriebsart zum Blasen von Luft aus dem Entfrosterluftauslass in Richtung der Innenseite der Frontfensterscheibe des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Als nächstes wird nachstehend die Kurzfassung einer elektrischen Steuerung dieser Ausführungsform beschrieben. Die Klimatisierungssteuerung 40 umfasst einen wohlbekannten Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und ähnlichem und seiner peripheren Schaltung. Die Klimatisierungssteuerung führt verschiedene Berechnungen und Verarbeitungen basierend auf in dem ROM gespeicherten Klimatisierungssteuerprogrammen durch und steuert die Betriebe verschiedener Vorrichtungen 11, 13, 14a, 16, 18a, 21a, 22a, 26a, 26b, 32, 34 und ähnlicher, die gesteuert werden sollen, die mit der Ausgangsseite der Steuerung verbunden sind.
Eine Gruppe von Sensoren für die Klimatisierungssteuerung ist mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 verbunden, um Erfassungssignale davon in die Steuerung einzuspeisen. Die Sensorgruppe umfasst einen Innenluftsensor, einen Außenluftsensor, einen Sonnenstrahlungssensor, einen Abgabetemperatursensor, einen Abgabedrucksensor, einen Verdampfertemperatursensor, einen Lüftungsluftemperatursensor und einen Außenwärmetauschertemperatursensor. Der Innenluftsensor dient als eine Innenlufttemperaturerfassungseinrichtung, die eine Fahrzeuginnentemperatur (Innenlufttemperatur) Tr erfasst. Der Außenluftsensor dient als eine Außenlufttemperaturerfassungseinrichtung, die eine Außenlufttemperatur (Außenlufttemperatur) Tam erfasst. Der Sonnenstrahlungssensor dient als eine Sonnenstrahlungsmengenerfassungseinrichtung, die die Sonnenstrahlungsmenge As von Sonnenstrahlung in das Fahrzeuginnere erfasst. Der Abgabetemperatursensor erfasst eine Abgabekältemitteltemperatur Td des Kältemittels, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird. Der Abgabedrucksensor erfasst einen Abgabekältemitteldruck (hochdruckseitiger Kältemitteldruck) Pd des Kältemittels, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird. Der Verdampfertemperatursensor erfasst eine Kältemittelverdampfungstemperatur (Verdampfertemperatur) Tefin in dem Innenverdampfer 17. Der Lüftungslufttemperatursensor erfasst eine Lüftungslufttemperatur TAV von Lüftungsluft, die von dem Mischraum in das Fahrzeuginnere geblasen werden soll. Der Außenwärmetauschertemperatursensor erfasst eine Außenvorrichtungstemperatur Ts des Außenwärmetauschers 14.
Der Verdampfertemperatursensor dieser Ausführungsform ist geeignet, die Temperatur einer Wärmeaustauschrippe des Innenverdampfers 17 zu erfassen. Jedoch kann der Verdampfertemperatursensor eine Temperarturerfassungseinrichtung verwenden, die die Temperatur eines anderen Teils des Innenverdampfers 17 erfasst. Alternativ kann der Verdampfertemperatursensor eine Temperaturerfassungseinrichtung verwenden, die die Temperatur von Kältemittel erfasst, das durch den Innenverdampfer 17 zirkuliert.
Der Außenwärmetauschertemperatursensor dieser Ausführungsform ist geeignet, die Temperatur des Kältemittels an der Kältemittelausströmungsöffnung des Außenwärmetauschers 14 zu erfassen. Jedoch kann der Außenwärmetauschertemperatursensor eine Temperaturerfassungseinrichtung verwenden, die die Temperatur eines anderen Teils des Außenwärmetauschers 14 erfasst. Alternativ kann der Außenwärmetauscher eine Temperaturerfassungseinrichtung verwenden, die die Temperatur von Kältemittel erfasst, das durch den Außenwärmetauscher 14 zirkuliert.
In dieser Ausführungsform ist der Lüftungslufttemperatursensor bereitgestellt, um die Lüftungslufttemperatur TAV zu erfassen. Anstelle dessen kann die Lüftungslufttemperatur TAV für die Verwendung ein Wert sein, der basierend auf der Verdampfertemperatur Tefin, der Abgabekältemitteltemperatur Td oder ähnlichem berechnet wird.
Die Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 ist mit einem (nicht gezeigten) Bedienfeld verbunden, das nahe einer Instrumententafel auf der Vorderseite des Fahrzeugraums angeordnet ist. Bediensignale von verschiedenen Bedienschaltern, die auf dem Bedienfeld bereitgestellt sind, werden in die Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung eingespeist.
Insbesondere umfassen verschiedene Arten von Bedienschaltern, die auf dem Bedienfeld bereitgestellt sind, einen Autoschalter, einen Luftkühlschalter, einen Luftvolumen-Festlegungsschalter, einen Temperaturfestlegungsschalter, und einen Ausblasbetriebsartauswahlschalter. Der Autoschalter ist geeignet, einen automatischen Steuerbetrieb der Fahrzeugklimaanlage festzulegen oder zurückzusetzen. Der Luftkühlschalter ist geeignet, die Luftkühlung des Fahrzeuginneren anzufordern. Der Luftvolumenfestlegungsschalter dient dazu, das Volumen einer von dem Gebläse 32 geblasenen Luft manuell festzulegen. Der Temperaturfestlegungsschalter dient als ein Zieltemperaturfestlegungsabschnitt zum Festlegen einer Zieltemperatur Tsoll des Fahrzeuginneren. Der Ausblasbetriebsartauswahlschalter dient dazu, eine Ausblasbetriebsart manuell festzulegen.
Die Klimatisierungssteuerung 40 dieser Ausführungsform ist integral mit einer Steuereinheit zum Steuern verschiedener interessierender Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, strukturiert, die mit einer Ausgangsseite der Steuerung verbunden sind. In der Steuerung baut eine Struktur (Hardware und Software), die geeignet ist, den Betrieb jeder der Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, zu steuern, die Steuereinheit zum Steuern des Betriebs jeder Vorrichtung, die gesteuert werden soll, auf.
Zum Beispiel baut in der Klimatisierungssteuerung 40 die Struktur (Hardware und Software) zum Steuern einer Kältemittelabgabekapazität des Kompressors 11 (die Drehzahl des Kompressors 11) einen Abgabekapazitätssteuerabschnitt 40a auf, und die Struktur zum Steuern des Betriebs der Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung (in dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b) baut einen Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt 40b auf. Es ist offensichtlich, dass der Abgabekapazitätssteuerabschnitt 40a, der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt 40b und ähnliche als eine andere getrennte Steuerung in Bezug auf die Klimatisierungssteuerung 40 aufgebaut werden können.
Als nächstes wird nachstehend der Betrieb der vorstehend erwähnten Struktur in dieser Ausführungsform beschrieben. Das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform kann seinen Betrieb zwischen der Luftkühlbetriebsart, der Entfeuchtungsbetriebsart und der Luftheizbetriebsart umschalten. Das Umschalten zwischen diesen Betriebsarten wird durch Ausführen des Klimatisierungssteuerprogramms durchgeführt. Das Klimatisierungssteuerprogramm wird ausgeführt, wenn der Autoschalter auf dem Bedienfeld eingeschaltet ist (Ein).
Insbesondere bedingt die Hauptroutine des Klimatisierungssteuerprogramms das Lesen von Erfassungssignalen von der vorstehend erwähnten Sensorgruppe für die Klimatisierungssteuerung ebenso wie von Bediensignalen für die verschiedenen Klimatisierungsbedienschalter. Eine Zielausblastemperatur TAO, die eine Zieltemperatur von Luft, die in das Fahrzeuginnere geblasen werden soll, wird basierend auf der folgenden Formel F1, basierend auf den Werten der Erfassungssignale und den gelesenen Bediensignalen berechnet. TAO = Ksoll × Tsoll – Kr × Tr – Kam × Tam – Ks × As + C (F1) wobei Tsoll eine Zielfahrzeuginnentemperatur (voreingestellte Fahrzeuginnentemperatur) ist, die von dem Temperaturfestlegungsschalter Tr festgelegt wird, Tr eine Fahrzeuginnentemperatur (Innenlufttemperatur) ist, die von dem Innenluftsensor erfasst wird, Tam eine Außenlufttemperatur ist, die von dem Außenluftsensor erfasst wird, und As eine Menge an Sonnenstrahlung ist, die von dem Sonnenstrahlungssensor erfasst wird. Ksoll, Kr, Kam und Ks sind Steuerverstärkungen und C ist eine Korrekturkonstante.
Wenn der Luftkühlschalter auf dem Bedienfeld eingeschaltet wird und die Zielausblastemperatur TAO niedriger als eine vorgegebene Referenzluftkühltemperatur α ist, wird der Betrieb in der Luftkühlbetriebsart durchgeführt. Wenn der Luftkühlschalter eingeschaltet wird und die Zielausblastemperatur TAO größer oder gleich der Referenzluftkühltemperatur α ist, wird der Betrieb in der Entfeuchtungsheizbetriebsart durchgeführt. Wenn der Luftkühlschalter nicht eingeschaltet ist, wird der Betrieb in der Luftheizbetriebsart durchgeführt.
Wenn folglich in dem Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform die Außenlufttemperatur, hauptsächlich im Sommer, relativ hoch ist, wird der Betrieb in der Luftkühlbetriebsart durchgeführt, während hauptsächlich im frühen Frühling oder frühen Winter der Betrieb in der Entfeuchtungsheizbetriebsart durchgeführt wird. Wenn ferner die Außenlufttemperatur, hauptsächlich im Winter, relativ niedrig ist, wird der Betrieb in der Luftheizbetriebsart durchgeführt. Ferner wird in dieser Ausführungsform nach dem Ende der Luftheizbetriebsart der Betrieb in einer Luftheizendbetriebsart durchgeführt. Nun wird der Betrieb des Wärmepumpensystems in jeder der Betriebsarten beschrieben.
(a) Luftkühlbetriebsart
In einer Luftkühlbetriebsart betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a, um deren vorgegebene Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zu zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geschlossen werden.
Da in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Luftkühlbetriebsart der Umleitungsdurchsatz null (0) wird, vermischt sich auf diese Weise das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert nicht mit dem Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, was zulässt, dass das Kühlmittel durch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationskreise zirkuliert.
Die Klimatisierungssteuerung 40 öffnet das Heizexpansionsventil 13 vollständig, bringt das Kühlexpansionsventil 16 in einen Drosselzustand, in dem die Dekompressionswirkung gezeigt wird, und schließt das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a.
Auf diese Weise wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der Luftkühlbetriebsart, wie durch Umrisspfeile in 1 angezeigt, der Dampfkompressionskältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel in dieser Reihenfolge durch den Kompressor 11, den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 (das Heizexpansionsventil 13), den Außenwärmetauscher 14, das Kühlexpansionsventil 16, den Innenverdampfer 17, den Akkumulator 19 und den Kompressor 11 zirkuliert.
Mit diesem Aufbau des Wärmemediumzirkulationskreises und des Kältemittelkreises bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 die Betriebszustände verschiedener Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen (Steuersignale, die an verschiedene Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, ausgegeben werden), basierend auf der Zielausblastemperatur TAO, den Erfassungssignalen von der Sensorgruppe und ähnlichem.
Zum Beispiel wird die Kältemittelabgabekapazität des Kompressors 11, das heißt, das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben werden soll, auf die folgende Weise bestimmt. Zuerst wird eine Zielverdampferauslasstemperatur TEO des Innenverdampfers 17 basierend auf der Zielausblastemperatur TAO unter Bezug auf das vorab in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherte Steuerkennfeld bestimmt.
Insbesondere bestimmt das Steuerkennfeld die Zielverdampferauslasstemperatur TEO, die mit abnehmender Zielausblastemperatur TAO verringert werden soll. Ferner wird die Zielverdampferauslasstemperatur TEO als größer oder gleich einer Referenzfrostbildungs-Verhinderungstemperatur (z. B. 1°C) bestimmt, die als fähig bestimmt wird, die Frostbildung in dem Innenverdampfer 17 zu unterdrücken.
Dann wird das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben werden soll, basierend auf einer Abweichung zwischen der Zielverdampferauslasstemperatur TEO und der Verdampfertemperatur Tefin, die von dem Verdampfertemperatursensor erfasst wird, bestimmt, so dass die Verdampfertemperatur Tefin sich durch die Rückkopplungssteuerung der Zielverdampferauslasstemperatur TEO nähert.
Die Steuerspannung, die an das Gebläse 32 ausgegeben werden soll, wird basierend auf der Zielausblastemperatur TAO unter Bezug auf ein Steuerkennfeld bestimmt, das vorab in der Klimatisierungssteuereinheit 40 gespeichert wird. Insbesondere wird in dem Steuerkennfeld das Volumen der von dem Gebläse 32 geblasenen Luft in einem ultratiefen Temperaturbereich (maximaler Kühlbereich) und einem ultrahohen Temperaturbereich (maximaler Heizbereich) der Zielausblastemperatur TAO maximiert.
Wenn die Zielausblastemperatur TAO von dem ultratiefen Temperaturbereich in einen Zwischentemperaturbereich zunimmt, wird das Volumen an Lüftungsluft mit der Erhöhung der Zielausblastemperatur TAO verringert. Wenn die Zielausblastemperatur TAO von dem ultrahohen Temperaturbereich in den Zwischentemperaturbereich abnimmt, wird das Volumen der Lüftungsluft mit der Verringerung der Zielausblastemperatur TAO verringert. Wenn die Zielausblastemperatur TAO in einen vorgegebenen Zwischentemperaturbereich eintritt, wird das Volumen der Lüftungsluft minimiert.
Das Steuersignal, das an den elektrischen Aktuator zum Antreiben der Luftmischklappe 34 ausgegeben werden soll, wird derart bestimmt, dass die Luftmischklappe 34 einen Luftdurchgang auf der Seite des Heizungskerns 23 schließt und dass die gesamte Lüftungsluft, die den Innenverdampfer 17 durchlaufen hat, unter Umgehung des Heizungskerns 23 strömt.
Das Steuersignal, das an das Kühlexpansionsventil 16 ausgegeben werden soll, wird unter Bezug auf das Steuerkennfeld, das vorab in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeichert wird, derart bestimmt, dass ein Unterkühlungsgrad des in das Kühlexpansionsventil 16 strömenden Kältemittels sich einem Zielunterkühlungsgrad nähert, der vorher bestimmt wird, um im Wesentlichen einen Leistungskoeffizienten (COP) des Wärmepumpenkreislaufs 10 zu maximieren.
Die Steuerspannung, die an den Gebläseventilator 14a ausgegeben werden soll, wird bestimmt, um den Gebläseventilator 14a eine Gebläsekapazität zeigen zu lassen, die vorher gemäß der Betriebsart festgelegt wird.
Dann werden die wie vorstehend erwähnt bestimmten Steuersignale oder ähnliches an verschiedene Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, ausgegeben. Dann wird eine Steuerroutine wiederholt, bis angefordert wird, dass der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage gestoppt werden soll. Die Steuerroutine bedingt das Lesen des vorstehend erwähnten Erfassungssignals und Bediensignals, das Berechnen der Zielausglastemperatur TAO, das Bestimmen des Betriebszustands jeder von verschiedenen Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, und das Ausgeben der Steuerspannung und des Steuersignals für jeden vorgegebenen Steuerzyklus. Eine derartige Wiederholung der Steuerroutine wird auch in anderen Betriebsarten auf die gleiche Weise durchgeführt.
Auf diese Weise strömt in dem Wärmepumpenkreislauf 10 während der Luftkühlbetriebsart das von dem Kompressor 11 abgegebene Hochdruckkältemittel in den Kältemitteldurchgang des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12. Wenn zu dieser Zeit die Temperatur des in den Kühlmitteldurchgang des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömenden Kühlmittels niedriger als die des in den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömenden Hochdruckkältemittels ist, wird die in dem Hochtemperaturkältemittel enthaltene Wärme in das Kühlmittel abgeführt, wodurch das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkulierende Kühlmittel geheizt wird.
Da die Luftmischklappe 34 in der Luftkühlbetriebsart den Luftdurchgang der Seite des Heizungskerns 23 schließt, strömt das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, aus dem Heizungskern 23, fast ohne Wärme mit der Lüftungsluft auszutauschen, selbst wenn das Kältemittel in den Heizungskern 23 strömt. Auf diese Weise nimmt die Temperatur von Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, nach dem Starten der Luftkühlbetriebsart im Wesentlichen auf die Gleiche wie die des Hochdruckkältemittels zu.
Wenn die Temperatur des Kühlmittels, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, im Wesentlichen auf die gleiche Höhe wie die des Hochdruckkältemittels erhöht wird, strömt das Hochdruckkältemittel aus dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, fast ohne Wärme mit dem Kühlmittel auszutauschen, selbst wenn das Kältemittel in den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt.
Das Kältemittel, das den Kältemitteldurchgang des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 verlässt, strömt über das vollständig geöffnete Heizexpansionsventil 13 in den Außenwärmetauscher 14. Das in den Außenwärmetauscher 14 strömende Kältemittel tauscht an dem Außenwärmetauscher 14 Wärme mit der Außenluft aus, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird und den Strahler 24 durchlaufen hat, wobei es dadurch Wärme davon abführt.
Zu dieser Zeit tauscht in dem Strahler 24 das Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, Wärme mit der Außenluft aus, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird, wodurch Wärme von dem Kühlmittel selbst abgeführt wird. Insbesondere führt der Strahler 24 von dem Inverter Inv aufgenommene Wärme in die Außenluft ab, wenn das Kühlmittel durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert.
Wenn das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a geschlossen ist, strömt das aus dem Außenwärmetauscher 14 strömende Kältemittel über den niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15a in das Kühlexpansionsventil 16, um in ein Niederdruckkältemittel dekomprimiert zu werden. Das von dem Kühlexpansionsventil 16 dekomprimierte Kältemittel strömt in den Innenverdampfer 17 und nimmt Wärme aus der von dem Gebläse 32 geblasenen Lüftungsluft auf, um sich selbst zu verdampfen.
Folglich wird die Lüftungsluft gekühlt. Das aus dem Innenverdampfer 17 strömende Kältemittel strömt über den Vereinigungsabschnitt 15b in den Akkumulator 19, um in flüssige und gasförmige Phasen abgeschieden zu werden. Das von dem Akkumulator 19 abgeschiedene gasphasige Kältemittel wird in den Kompressor 11 gesaugt und darin erneut komprimiert.
Wie vorstehend erwähnt, wird in dem Wärmepumpensystem 1 der Luftkühlbetriebsart die von dem Innenverdampfer 17 gekühlte Lüftungsluft in das Fahrzeuginnere geblasen, wodurch die Luftkühlung des Fahrzeuginneren ermöglicht wird.
Das Kältemittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, führt an dem Strahler 24 von dem Inverter Inv aufgenommene Wärme in die Außenluft ab, wodurch das Kühlen des Inverters Inv ermöglicht wird. Dies ist unter Betriebsbedingungen, in denen die Außenlufttemperatur relativ hoch ist, und die Temperatur des Inverters Inv dazu neigt, zuzunehmen, wie im Sommer, wenn der Betrieb in der Luftkühlbetriebsart hauptsächlich ausgeführt wird, wirksam.
(b) Entfeuchtungsheizbetriebsart
In einer Entfeuchtungsheizbetriebsart betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a, um deren vorgegebene Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zu zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b auf die gleiche Weise wie in der Luftkühlbetriebsart vollständig geschlossen werden.
Da in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Luftkühlbetriebsart der Umleitungsdurchsatz null (0) wird, vermischt sich auf diese Weise das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert nicht mit dem Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, was zulässt, dass das Kühlmittel durch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationskreise zirkuliert.
Die Klimatisierungssteuerung 40 bringt das Heizexpansionsventil 13 in einen Drosselzustand, öffnet das Kühlexpansionsventil 16 vollständig und schließt das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a.
Auf diese Weise wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der Entfeuchtungsheizbetriebsart, wie durch diagonal schraffierte Pfeile in 1 angezeigt, ein Dampfkompressionskältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel in dieser Reihenfolge durch den Kompressor 11, den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, das Heizexpansionsventil 13, den Außenwärmetauscher 14 (das Kühlexpansionsventil 16) den Innenverdampfer 17, den Akkumulator 19 und den Kompressor 11 zirkuliert. Das heißt, in der Entfeuchtungsheizbetriebsart wird der Kältekreislauf derart aufgebaut, dass er zulässt, dass das Kältemittel im Wesentlichen in der gleichen Reihenfolge wie in der Luftkühlbetriebsart durch seine Komponenten zirkuliert.
Mit einem derartigen Aufbau des Wärmemediumzirkulationskreises und des Kältemittelkreises bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 die Betriebszustände verschiedener Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen (Steuersignale, die an verschiedene Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, ausgegeben werden), basierend auf der Zielausblastemperatur TAO, den Erfassungssignalen von der Sensorgruppe und ähnlichem.
Zum Beispiel werden das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben werden soll, die Steuerspannung, die an das Gebläse 32 ausgegeben werden soll, und die Steuerspannung, die an den Gebläseventilator 14a ausgegeben werden soll, auf die gleiche Weise wie die in der Luftkühlbetriebsart bestimmt.
Das Steuersignal, das an das Heizexpansionsventil 13 ausgegeben werden soll, wird derart bestimmt, dass ein Unterkühlungsgrad des in das Heizexpansionsventil 13 strömenden Kältemittels sich einem Zielunterkühlungsgrad nähert, der vorher bestimmt wird, um im Wesentlichen den COP zu maximieren. Ein Steuersignal, das an den elektrischen Aktuator zum Antreiben der Luftmischklappe 34 ausgegeben werden soll, wird derart bestimmt, dass die Lüftungslufttemperatur TAV sich der Zielausblastemperatur TAO nähert.
Auf diese Weise strömt in dem Wärmepumpenkreislauf 10 während der Entfeuchtungsheizbetriebsart das von dem Kompressor 11 abgegebene Hochdruckkältemittel in den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12. Auf diese Weise wird das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkulierende Kühlmittel geheizt.
Da die Luftmischklappe 34 in der Entfeuchtungsheizbetriebsart den Luftdurchgang der Seite des Heizungskerns 23 öffnet, strömt das Kühlmittel, das von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizt wird, in den Heizungskern 23, wobei ein Teil der Lüftungsluft nach dem Durchlaufen des Innenverdampfers 17 geheizt wird. Auf diese Weise nähert sich die Temperatur der Lüftungsluft, die von dem Mischraum in der Innenklimatisierungseinheit 30 in Richtung des Fahrzeuginneren geblasen wird, der Zielausblastemperatur TAO.
Das Kältemittel, das aus dem Kältemitteldurchgang in dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, strömt in das Heizexpansionsventil 13, um zu einem Niederdruckkältemittel dekomprimiert zu werden. Das von dem Heizexpansionsventil 13 dekomprimierte Niederdruckkältemittel strömt in den Außenwärmetauscher 14. Das in den Außenwärmetauscher 14 strömende Kältemittel nimmt Wärme aus der Außenluft, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird und den Strahler 24 durchlaufen hat, auf, um an dem Außenwärmetauscher 14 zu verdampfen.
Zu dieser Zeit tauscht in dem Strahler 24 das Kältemittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, Wärme mit der Außenluft aus, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird, um wie in der Luftkühlbetriebsart Wärme von dem Kältemittel abzuführen.
Wenn das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a geschlossen ist, strömt das den Außenwärmetauscher 14 verlassende Kältemittel über den niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15a und das Kühlexpansionsventil 16, das vollständig geöffnet ist, in den Innenverdampfer 17. Das in den Innenverdampfer 17 strömende Kältemittel nimmt ferner Wärme aus der von dem Gebläse 32 geblasenen Lüftungsluft auf, um sich selbst zu verdampfen. Auf diese Weise wird die Lüftungsluft gekühlt, wodurch die Entfeuchtung der Lüftungsluft erreicht wird. Die Betriebe anschließend an diesen Schritt werden die Gleichen wie die in der Luftkühlbetriebsart.
Wie vorstehend erwähnt, wird in dem Wärmepumpensystem 1 der Entfeuchtungsheizbetriebsart die von dem Innenverdampfer 17 gekühlte und entfeuchtete Lüftungsluft von dem Heizungskern 23 erneut geheizt, um in das Fahrzeuginnere geblasen zu werden, wodurch die Entfeuchtungsheizung des Fahrzeuginneren ermöglicht wird. Ferner führt das Kältemittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, an dem Strahler 24 von dem Inverter Inv aufgenommene Wärme in die Außenluft und ähnliches ab, wodurch das Kühlen des Inverters Inv ermöglicht wird.
Diese Ausführungsform verwendet die Wärmetauscherstruktur 60, die den Außenwärmetauscher 14 und den Strahler 24, die miteinander integriert sind, umfasst, so dass die in dem Kühlmittel, das durch den Strahler 24 zirkuliert, enthaltene Wärme auf das durch den Außenwärmetauscher 14 zirkulierende Kältemittel übertragen werden kann. Folglich kann die Wärme des Inverters Inv, die von dem Kühlmittel aufgenommen wird, wirksam als eine Wärmequelle zum erneuten Heizen der entfeuchteten Lüftungsluft verwendet werden.
Da in dem Wärmepumpensystem 1 der Entfeuchtungsheizbetriebsart die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geschlossen sind, vermischt sich das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, nicht mit dem Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert. Auf diese Weise kann in der Entfeuchtungsheizbetriebsart die Wärme, die in dem Kühlmittel gespeichert ist, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, verwendet werden, um die entfeuchtete Lüftungsluft zum Beispiel selbst dann erneut zu heizen, wenn die Außenlufttemperatur verringert ist, wobei die Wärmemenge, die von dem Kältemittel an dem Außenwärmetauscher 14 aufgenommen wird, verringert wird.
(d) Luftheizbetriebsart
In einer Luftheizbetriebsart betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a, um deren vorgegebene Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zu zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geöffnet werden.
Auf diese Weise lässt der Wärmemediumzirkulationskreis 20 in der Luftheizbetriebsart zu, dass das Kühlmittel durch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationskreise 21 und 22 zirkuliert. Außerdem lässt es der Wärmemediumzirkulationskreis 20 zu, dass ein Teil des Kühlmittels, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, über den ersten Kopplungsströmungsweg 25a in den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, ebenso wie dass ein Teil des Kühlmittels, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, über den zweiten Kopplungsströmungsweg 25b zu dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt.
Die Klimatisierungssteuerung 40 bringt das Heizexpansionsventil 13 in einen Drosselzustand, schließt das Kühlexpansionsventil 16 vollständig und öffnet das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a.
Auf diese Weise wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der Luftkühlbetriebsart, wie durch schwarze Pfeile in 1 angezeigt, ein Dampfkompressionskältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel in dieser Reihenfolge durch den Kompressor 11, den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, das Heizexpansionsventil 13, den Außenwärmetauscher 14, den akkumulatorseitigen Durchgang 18, den Akkumulator 19 und den Kompressor 11 zirkuliert.
Mit einem derartigen Aufbau des Wärmemediumzirkulationskreises und des Kältemittelkreises bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 die Betriebszustände der jeweiligen Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen (Steuersignale, die an verschiedene Vorrichtungen, die gesteuert werden sollen, ausgegeben werden) basierend auf der Zielausblastemperatur TAO, den Erfassungssignalen von der Sensorgruppe und ähnlichem.
Zum Beispiel wird die Kältemittelabgabekapazität des Kompressors 11, das heißt, das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben werden soll, auf die folgende Weise bestimmt. Zuerst wird eine Zielkondensationstemperatur TCO des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 basierend auf der Zielausblastemperatur TAO unter Bezug auf das vorab in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherte Steuerkennfeld bestimmt. Insbesondere bestimmt das Steuerkennfeld die Zielkondensationstemperatur TCO derart, dass die Zielkondensationstemperatur TCO mit zunehmender Zielausblastemperatur TAO zunimmt.
Dann wird das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben werden soll, in einer derartigen Weise bestimmt, dass die Abgabekältemitteltemperatur Td unter Verwendung eines Rückkopplungssteuerverfahrens dazu gebracht wird, sich der Zielkondensationstemperatur TCO zu nähern, und um ferner eine unnormale Zunahme des hochdruckseitigen Kältemitteldrucks basierend auf einer Abweichung zwischen der Zielkondensationstemperatur TCO und der Kältemittelabgabetemperatur Td, die von dem Abgabetemperatursensor erfasst wird, zu unterdrücken.
Zum Beispiel werden die Steuerspannung, die an das Gebläse 32 ausgegeben werden soll, und die Steuerspannung, die an den Gebläseventilator 14a ausgegeben werden soll, auf die gleiche Weise wie in der Luftkühlbetriebsart bestimmt. Das Steuersignal, das an das Heizexpansionsventil 13 ausgegeben werden soll, wird auf die gleiche Weise wie in der Entfeuchtungsheizbetriebsart bestimmt.
Das Steuersignal, das an den elektrischen Aktuator der Luftmischklappe 34 ausgegeben werden soll, wird derart bestimmt, dass die Luftmischklappe 34 den Kühlluftumleitungsdurchgang 35 schließt und dass die gesamte Lüftungsluft, die den Innenverdampfer 17 durchlaufen hat, durch den Luftdurchgang auf der Seite des Heizungskerns 23 strömt.
Die Steuersignale, die an die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b ausgegeben werden sollen, bestimmen den Zielumleitungsdurchsatz, mit dem das Kühlmittel von dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zu dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, das heißt, mit dem das Kühlmittel von dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zu dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt, basierend auf der Zielausblastemperatur TAO unter Bezug auf das vorab in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherte Steuerkennfeld.
Insbesondere bestimmt das Steuerkennfeld, wie in 4 gezeigt, den Zielumleitungsdurchsatz derart, dass der Zielumleitungsdurchsatz mit zunehmender Zielausblastemperatur TAO zunimmt. Um den bestimmten Zielumleitungsdurchsatz zu erhalten, werden die Steuersignale, die an die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b ausgegeben werden sollen, bestimmt.
Hier wird die vorstehend erwähnte Ausblastemperatur TAO derart bestimmt, dass eine tatsächliche Fahrzeuginnentemperatur auf der vorher festgelegten Fahrzeuginnentemperatur Tsoll bleibt, die einer von einem Fahrgast gewünschten Temperatur entspricht. Das heißt, in dem Wärmepumpenkreislauf 10 zum Heizen der Lüftungsluft unter Verwendung des Kühlmittels, das von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 als eine Wärmequelle geheizt wird, wird wie in der Luftheizbetriebsart dieser Ausführungsform die Heizkapazität für die Lüftungsluft, die für den Wärmepumpenkreislauf 10 benötigt wird, mit zunehmender Zielausblastemperatur TAO erhöht.
Das heißt, in dieser Ausführungsform steuert der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt 40b die Betriebe der ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b, so dass der Umleitungsdurchsatz von Kühlmittel, das aus dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zu dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt (das heißt, der Umleitungsdurchsatz von Kühlmittel, das von dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zu dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt), mit zunehmender Heizkapazität für die Lüftungsluft, die für den Wärmepumpenkreislauf 10 benötigt wird, zunimmt.
Auf diese Weise strömt in dem Wärmepumpenkreislauf 10 während der Luftheizbetriebsart wie in der Entfeuchtungsheizbetriebsart das von dem Kompressor 11 abgegebene Hochdruckkältemittel in den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, wodurch das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, geheizt wird. Da in der Heizbetriebsart ferner die Luftmischklappe 34 den Luftdurchgang auf der Seite des Heizungskerns 23 vollständig öffnet, strömt das geheizte warme Wasser in den Heizungskern 23, wodurch die Lüftungsluft nach dem Durchlaufen des Innenverdampfers 17 geheizt wird.
Das Kältemittel, das aus dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, strömt in das Heizexpansionsventil 13, um zu einem Niederdruckkältemittel dekomprimiert zu werden. Das von dem Heizexpansionsventil 13 dekomprimierte Niederdruckkältemittel strömt in den Außenwärmetauscher 14. Das in den Außenwärmetauscher 14 strömende Kältemittel nimmt an dem Außenwärmetauscher 14 Wärme aus der Außenluft, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird und den Strahler 24 durchlaufen hat, auf, wobei es sich auf diese Weise selbst verdampft.
Zu dieser Zeit tauscht das Kältemittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, in dem Strahler 24 Wärme mit der Außenluft aus, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird, wodurch Wärme von dem Kältemittel selbst abgeführt wird.
Da das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a offen ist, strömt das aus dem Außenwärmetauscher 14 strömende Kältemittel über den niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15a und den akkumulatorseitigen Durchgang 18 in den Akkumulator 19, um in gas- und flüssigphasige Kältemittel abgeschieden zu werden. Das von dem Akkumulator 19 abgeschiedene dampfphasige Kältemittel wird wie in der Luftkühlbetriebsart und der Entfeuchtungsheizbetriebsart in den Kompressor 11 gesaugt und erneut dekomprimiert.
Da in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Luftheizbetriebsart die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b geöffnet sind, strömt ein Teil des aus dem Heizungskern 23 in den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 strömenden Kühlmittels in den Inverter Inv in dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22. Es wird zugelassen, dass das Kühlmittel, das den Inverter Inv verlässt, in den Strahler 24 strömt, so dass ein Teil des aus dem Strahler 24 strömenden Kühlmittels in den Kühlmitteldurchgang des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 in dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 rückgeführt wird.
Wie vorstehend erwähnt, wird in dem Wärmepumpensystem 1 der Luftheizbetriebsart die von dem Heizungskern 23 geheizte Lüftungsluft in das Fahrzeuginnere geblasen, wodurch das Luftheizen des Fahrzeuginneren ermöglicht wird.
Ferner verwendet diese Ausführungsform die Wärmetauscherstruktur 60, die den Außenwärmetauscher 14 und den Strahler 24 umfasst, die miteinander integriert sind, so dass die in dem Kühlmittel, das durch den Strahler 24 zirkuliert, enthaltene Wärme auf das Kältemittel übertragen werden kann, das durch den Außenwärmetauscher 14 zirkuliert. Folglich kann die Abwärme, die durch das Kühlmittel von dem Inverter Inv aufgenommen wird, wirksam als eine Wärmequelle zum Heizen der Lüftungsluft verwendet werden.
(d) Luftheizendbetriebsart
Die Luftheizendbetriebsart ist eine Betriebsart, die an dem Ende der Luftheizbetriebsart ausgeführt wird, das heißt, eine Betriebsart, die ausgeführt wird, wenn angefordert wird, dass das Heizen der Lüftungsluft durch den Wärmepumpenkreislauf 10 beendet wird. In dieser Ausführungsform wird der Betrieb in der Luftheizendbetriebsart durchgeführt, bis eine vorgegebene Zeit vergangen ist, woraufhin ein Autoschalter auf dem Bedienfeld von dem Fahrgast während der Luftheizbetriebsart Aus-geschaltet wird.
In der Luftheizendbetriebsart stoppt die Klimatisierungssteuerung 40 Betriebe des Kompressors 11 und des Gebläses 32. Auf diese Weise zeigt der Wärmepumpenkreislauf 10 in der Luftheizendbetriebsart nicht die Funktion zum Einstellen der Temperaturen des Kühlmittels und der Lüftungsluft. Ferner betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a, um deren vorgegebene Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zu zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geöffnet werden.
Auf diese Weise wird in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Luftheizendbetriebsart wie in der Luftheizbetriebsart zugelassen, dass ein Teil des Kühlmittels, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, in den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, während zugelassen wird, dass ein Teil des Kühlmittels, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, in den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt. Zu dieser Zeit sind die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b in der Luftheizendbetriebsart vollständig geöffnet, wodurch der Umleitungsdurchsatz weiter erhöht wird als der in der Luftheizbetriebsart.
Das heißt, die Luftheizendbetriebsart erhöht den Durchsatz von Kühlmittel, das in den Strahler 24 strömt, der in dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 angeordnet ist, in dem Hochtemperaturkühlmittel, das aus dem Heizungskern 23 strömt, im Vergleich zu der Luftheizbetriebsart. Folglich kann in der Luftheizendbetriebsart die Temperatur von Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, weiter erhöht werden als der in der Luftheizbetriebsart.
Folglich kann in der Luftheizendbetriebsart mit der Wärme, die in dem durch den Strahler 24 zirkulierenden Kühlmittel enthalten ist, Frost entfernt werden, selbst wenn der Frost an dem Außenwärmetauscher 14 unmittelbar vor dem Ende der Luftheizbetriebsart ausgebildet wird.
In der Fahrzeugklimaanlage dieser Ausführungsform arbeitet das Wärmepumpensystem 1 auf die vorstehend beschriebene Weise und kann somit das Luftkühlen, das Entfeuchtungsheizen und Luftheizbetriebe des Fahrzeuginneren durchführen. Ferner kann das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform, wie später beschrieben, während der Luftheizbetriebsart und der Luftheizendbetriebsart hervorragende Ergebnisse zeigen.
Hier ist die Luftheizbetriebsart im Allgemeinen eine Betriebsart, die durchgeführt wird, wenn die Außenlufttemperatur relativ niedrig wird, wie im Winter. Folglich neigt die Kältemittelverdampfungstemperatur in der Luftheizbetriebsart dazu, in dem Außenwärmetauscher 14 des Wärmepumpenkreislaufs 10 abzunehmen. Wenn die Kältemittelverdampfungstemperatur in dem Außenwärmetauscher 14 einmal auf 0°C oder niedriger verringert ist, könnte manchmal Frost an dem Außenwärmetauscher 14 erzeugt werden.
Eine derartige Bildung von Frost würde einen Wärmeaufnahmeluftdurchgang 14b des Außenwärmetauschers 14 mit Frost verschließen, was die Wärmeaustauschleistung des Außenwärmetauschers 14 drastisch verschlechtert. Folglich kann in der Luftheizbetriebsart jede Maßnahme betrachtet werden, die ergriffen werden kann, um die Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 unter Verwendung von Abwärme von dem Inverter Inv zu unterdrücken. Ebenso kann in der Luftheizendbetriebsart jede Maßnahme betrachtet werden, die ergriffen werden kann, um den Außenwärmetauscher 14 unter Verwendung von Abwärme von dem Inverter Inv zu entfrosten.
Jedoch ändert sich die Abwärme von dem Inverter Inv abhängig von dem Fahrzustand des Fahrzeugs. Aus diesem Grund könnte es abhängig von dem Betriebszustand der externen Wärmequelle fehlschlagen, dass in der Struktur, die den Frost an dem Außenwärmetauscher 14 mit Wärme, die von der externen Wärmequelle wie dem Inverter Inv geliefert wird, entfernt oder die Frostbildung unterbindet, die Wärme, die benötigt wird, um den Außenwärmetauscher 14 zu entfrosten oder die Frostbildung zu unterdrücken, ausreichend sichergestellt wird.
Im Gegensatz dazu umfasst das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform den Strahler 24 als einen Wärmemediumstrahlungsabschnitt, so dass Wärme, die in dem Kühlmittel enthalten ist, das durch den Wärmemediumzirkulationskreis 20 zirkuliert, in das Niederdruckkältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 abgeführt werden kann.
Folglich kann in der Luftheizbetriebsart die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher 14 erhöht werden, wodurch die Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv als die externe Wärmequelle unterdrückt wird. In der Luftheizendbetriebsart kann der Frost mit der Wärme entfernt werden, die von dem Kühlmittel ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv als die externe Wärmequelle an den Außenwärmetauscher 14 übertragen wird.
Der Strahler 24 führt Wärme, die in dem aus dem Heizungskern 23 strömenden Kühlmittel enthalten ist, in die Außenluft und an den Außenwärmetauscher 14 ab, so dass die Wärme des von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizten Kühlmittels zum Heizen der Lüftungsluft verwendet werden kann, während überschüssige Wärme auch verwendet werden kann, um den Außenwärmetauscher 14 zu entfrosten oder die Frostbildung daran zu unterdrücken. Folglich kann das Unterdrücken der Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 erreicht werden, ohne einen Energieverbrauch des Kompressors 11 zu erhöhen.
Das heißt, das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform kann das Entfrosten des Außenwärmetauschers 14 oder die Unterdrückung der Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 erreichen, ohne von Wärme abhängig zu sein, die von der externen Wärmequelle oder ähnlichem geliefert wird, und ohne den Energieverbrauch des Kompressors 11 zu erhöhen.
Das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform verwendet die Wärmetauscherstruktur 60, so dass die Wärme, die in dem Kühlmittel enthalten ist, das durch den Strahler 24 als dem Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung zirkuliert, direkt an den Außenwärmetauscher 14 übertragen werden kann, wodurch die Unterdrückung der Frostbildung oder das Entfrosten des Außenwärmetauschers 14 wirksam erreicht wird.
Das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform umfasst die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b, die als die Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung dienen, die die Menge an Wärme, die von dem Kühlmittel in das Niederdruckkältemittel abgeführt wird, soweit erforderlich einstellen kann.
Insbesondere wird in der Luftheizbetriebsart der Durchsatz von Kühlmittel, das den Heizungskern 23 verlässt und in den Strahler 24 strömt, mit zunehmender Heizkapazität für die Lüftungsluft, die für den Wärmepumpenkreislauf 10 erforderlich ist, erhöht. Folglich wird in der Luftheizbetriebsart die Temperatur von Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, mit abnehmender Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetaucher 14 erhöht, wodurch die Unterdrückung der Frostbildung des Außenwärmetauschers 14 wirksam erreicht wird.
In der Luftheizendbetriebsart wird der Durchsatz von Kühlmittel, das den Heizungskern 23 verlässt und in den Strahler 24 strömt, erhöht, wenn angefordert wird, dass der Wärmepumpenkreislauf 10 das Heizen der Lüftungsluft stoppt. Auf diese Weise kann in der Luftheizendbetriebsart das Entfrosten des Außenwärmetauschers 14 schnell nach dem Ende des Luftheizbetriebs des Fahrzeuginneren durchgeführt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Wenngleich der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, beispielhaft in die Wärmetauscherstruktur 60 miteinander integriert werden, sind in dieser Ausführungsform, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 5 gezeigt, der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24 einzeln aus getrennten Wärmetauschern ausgebildet. Bezug nehmend au 5 sind die gleichen oder äquivalente Teile wie die in der ersten Ausführungsform Beschriebenen durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Das Gleiche gilt für die folgenden Figuren.
Der Außenwärmetauscher 14 dieser Ausführungsform ist derart angeordnet, dass er Wärme zwischen dem durch ihn zirkulierenden Kältemittel und der Außenluft austauscht, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird und den Strahler 24 durchlaufen hat. Das heißt, der Außenwärmetauscher 14 ist anstelle des Strahlers 24 strömungsabwärtig von der Außenluftströmung, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird, angeordnet. Die Strukturen und Betriebe anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten sind die Gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
Folglich kann auch der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 in dieser Ausführungsform das Luftkühlen, das Entfeuchtungsheizen und das Luftheizen des Fahrzeuginneren durchführen, wobei im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie die in der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Insbesondere wird in dieser Ausführungsform zugelassen, dass die von dem Gebläseventilator 14a geblasene Außenluft von dem Strahler 24 zu dem Außenwärmetauscher 14 strömt, so dass die in dem Kühlmittel, das durch den Strahler 24 zirkuliert, enthaltene Wärme über die Außenluft indirekt an das Kältemittel übertragen werden kann, das durch den Außenwärmetauscher 14 zirkuliert. Auf diese Weise kann in der Entfeuchtungsheizbetriebsart die Abwärme des Inverters Inv, die von dem Kühlmittel aufgenommen wird, effektiv als eine Wärmequelle für das erneute Heizung der entfeuchteten Lüftungsluft verwendet werden.
In der Luftheizbetriebsart kann die in dem Kühlmittel, das durch den Wärmemediumzirkulationskreis 20 zirkuliert, enthaltene Wärme wie in der ersten Ausführungsform wirksam als die Wärmequelle zum Heizen der Lüftungsluft verwendet werden und auch verwendet werden, um ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv die Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 zu unterdrücken. In der Luftheizendbetriebsart kann die in dem Kühlmittel, das durch den Wärmemediumzirkulationskreis 20 zirkuliert, enthaltene Wärme wie in der ersten Ausführungsform verwendet werden, um den Außenwärmetauscher 14 ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv zu entfrosten.
Ferner sind in dieser Ausführungsform der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24 einzeln aus getrennten Wärmetauschern ausgebildet, so dass das Entfrosten oder das Unterdrücken der Frostbildung des Außenwärmetauschers 14 leicht erreicht werden kann, ohne eine komplexe Wärmetauscherstruktur zu verwenden.
(Dritte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird im Vergleich zu der zweiten Ausführungsform, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 6 gezeigt, anstelle des Strahlers 24 beispielhaft ein niedertemperaturseitiger Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 27 verwendet, um Wärme zwischen dem Kühlmittel, das durch den Wärmemediumzirkulationskreis 20 (insbesondere den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22) zirkuliert, und dem Niederdruckkältemittel (insbesondere das Kältemittel, das aus dem Außenwärmetauscher 14 strömt) auszutauschen.
Der niedertemperaturseitige Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 27 hat im Wesentlichen die gleiche grundlegende Struktur wie der hochtemperaturseitige Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12. In dieser Ausführungsform baut der niedertemperaturseitige Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 27 einen Wärmetauscher für die Wärmemediumstrahlung auf, der Wärme zwischen dem Niederdruckkältemittel und dem aus dem Heizungskern 23 strömenden Kühlmittel austauscht. Die Strukturen anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten, sind die Gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
In dem Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform wird der Betrieb in der Luftheizendbetriebsart nicht durchgeführt. Die anderen Betriebe des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten sind die Gleichen wie die in der ersten Ausführungsform. Folglich kann auch der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 in dieser Ausführungsform das Luftkühlen, das Entfeuchtungsheizen und das Luftheizen des Fahrzeuginneren durchführen, wodurch im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie die der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Insbesondere ermöglicht der niedertemperaturseitige Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 27 in der Entfeuchtungsheizbetriebsart dieser Ausführungsform, dass die Wärme des Kühlmittels, das durch den niedertemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 27 zirkuliert, in dem Niederdruckkältemittel aufgenommen wird. Auf diese Weise kann die Abwärme von dem Inverter Inv, die durch das Kühlmittel aufgenommen wird, in der Entfeuchtungsheizbetriebsart effektiv als eine Wärmequelle zum erneuten Heizen der entfeuchteten Lüftungsluft verwendet werden.
In der Luftheizbetriebsart kann die Wärme, die in dem Kühlmittel enthalten ist, das durch den Wärmemediumzirkulationskreis 20 zirkuliert, wie in der ersten Ausführungsform wirksam als die Wärmequelle zum Heizen der Lüftungsluft verwendet werden, und kann auch verwendet werden, um ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv die Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 zu unterdrücken.
Beachten Sie, dass, wenngleich der niedertemperaturseitige Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 27 dieser Ausführungsform zulässt, dass das aus dem Inverter Inv strömende Kühlmittel Wärme mit dem Niederdruckkältemittel austauscht, das aus dem Außenwärmetauscher 14 strömt, das Kühlmittel offensichtlich Wärme mit einem Niederdruckkältemittel austauscht, das durch andere Teile zirkuliert. Zum Beispiel kann das Kühlmittel, das aus dem Inverter Inv strömt, Wärme mit dem Niederdruckkältemittel austauschen, das durch den Kältemittelströmungsweg zirkuliert, der von der Auslassseite des Heizexpansionsventils 13 zu der Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers 14 führt.
(Vierte bis sechste Ausführungsformen)
Wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 7 gezeigt, verwendet die vierte Ausführungsform im Vergleich zu der ersten Ausführungsform anstelle des Wärmepumpenkreislaufs 10 beispielhaft einen Wärmepumpenkreislauf 10a, der fähig ist, auf einen Kältemittelkreis umzuschalten, der wenigstens in der Luftheizbetriebsart einen Gaseinspritzkreislauf (Sparkältekreislauf) aufbaut.
Insbesondere ist der Kompressor 11a in dem Wärmepumpenkreislauf 10a dieser Ausführungsform als der zweistufige elektrische Booster-Kompressor aufgebaut, der in einem Gehäuse, das eine Außenhülle bildet, zwei Kompressionsmechanismen einschließlich eines niederstufenseitigen Kompressionsmechanismus und eines hochstufenseitigen Kompressionsmechanismus, und einen Elektromotor, der die beiden Kompressionsmechanismen drehbar antreibt, aufnimmt.
Der Kompressor 11a dieser Ausführungsform ist mit einer Ansaugöffnung zum Ansaugen des Niederdruckkältemittels von außen in den niederstufenseitigen Kompressionsmechanismus und einer Abgabeöffnung zum Abgeben des von dem hochstufenseitigen Kompressionsmechanismus abgegebenen Hochdruckkältemittels nach außerhalb des Gehäuses versehen. Außerdem ist der Kompressor 11a auch mit einer Zwischendruckansaugöffnung versehen, die zulässt, dass ein in dem Kreislauf erzeugtes Zwischendruckkältemittel von außen in ihn strömt und mit Kältemittel vereinigt wird, das von einem niedrigen Druck auf einen hohen Druck komprimiert wird.
Ferner ist die Zwischendruckansaugöffnung mit der Kältemittelabgabeöffnungsseite des niederstufenseitigen Kompressionsmechanismus (das heißt der Kältemittelansaugöffnungsseite des hochstufenseitigen Kompressionsmechanismus) verbunden. Der niederstufenseitige Kompressionsmechanismus und der hochstufenseitige Kompressionsmechanismus können verschiedene Arten von Kompressionsmechanismen, wie etwa einen Spiralkompressionsmechanismus, einen Drehschieberkompressionsmechanismus und einen Wälzkolbenkompressionsmechanismus verwenden.
Wenngleich diese Ausführungsform den Kompressor 11a verwendet, der die zwei Kompressionsmechanismen in einem Gehäuse aufnimmt, ist die Form des Kompressors nicht darauf beschränkt. Das heißt, solange das Zwischendruckkältemittel von der Zwischendruckansaugöffnung strömen kann, um mit dem Kältemittel vereinigt zu werden, das von dem niedrigen Druck auf den hohen Druck komprimiert wird, kann der Kompressor ein elektrischer Kompressor sein, der innerhalb eines Gehäuses einen Kompressionsmechanismus mit fester Verdrängung und einen Elektromotor zum drehenden Antreiben des Kompressionsmechanismus aufnimmt.
Alternativ kann ein zweistufiger Booster-Kompressor aus zwei Kompressoren, nämliche einer niederstufenseitigen Kompressionsvorrichtung und einer hochstufenseitigen Kompressionsvorrichtung, die in Reihe geschaltet sind, bestehen. Eine Ansaugöffnung der niederstufenseitigen Kompressionsvorrichtung, die auf einer niederstufigen Seite angeordnet ist, ist als die Ansaugöffnung des gesamten zweistufigen Booster-Kompressors definiert. Eine Abgabeöffnung der hochstufenseitigen Kompressionsvorrichtung, die auf einer hochstufigen Seite angeordnet ist, ist als die Abgabeöffnung des gesamten zweistufigen Booster-Kompressors definiert. Eine Zwischendruckansaugöffnung ist an einem Verbindungsabschnitt zum Verbinden einer Abgabeöffnung der zweistufenseitigen Kompressionsvorrichtung mit einer Ansaugöffnung der hochstufenseitigen Kompressionsvorrichtung bereitgestellt.
In dem Wärmepumpenkreislauf 10a ist die Auslassseite des Heizexpansionsventils 13 mit der Kältemittelzuströmungsöffnung eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 verbunden, der als ein Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt dient, der das aus dem Heizexpansionsventil 13 strömende Kältemittel in dampf- und flüssigphasige Kältemittel abscheidet.
Diese Ausführungsform verwendet den Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 vom Zentrifugaltyp, der das Kältemittel durch die Wirkung der Zentrifugalkraft, die durch Wirbeln des Kältemittels, das in den Innenraum eines zylindrischen Hauptkörpers des Abscheiders 28 strömt, erzeugt wird, in dampfförmige und flüssige Phasen abscheidet. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 hat ein derartiges Innenvolumen, das im Wesentlichen kein überschüssiges Kältemittel halten kann, selbst wenn der Durchsatz des durch den Kreislauf zirkulierenden Kältemittels aufgrund der Lastschwankungen auf dem Kreislauf variiert.
Eine Ausströmungsöffnung für gasphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 ist mit einer Zwischendruckansaugöffnung des Kompressors 11a verbunden. In einem Kältemitteldurchgang, der die Ausströmungsöffnung für gasphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 mit der Zwischendruckansaugöffnung des Kompressors 11a verbindet, ist ein Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel zum Öffnen und Schließen des Kältemitteldurchgangs bereitgestellt. Das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel hat im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die des Heiz-Ein-Aus-Ventils 18a.
Wenn dann das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel offen ist, wird die Klimatisierungssteuerung 40 auf den Kältemittelkreis geschaltet, der das gasphasige Kältemittel aus der Ausströmungsöffnung für gasphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 zu der Zwischendruckansaugöffnung des Kompressors 11a leitet. Wenn das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel geschlossen ist, wird die Klimatisierungssteuerung 40 auf den Kältemittelkreis geschaltet, der verhindert, dass das Kältemittel aus der Ausströmungsöffnung für gasphasiges Kältemittel des dem Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 strömt. Daher baut das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel den Kältemittelkreisschalter auf.
Andererseits ist die Ausströmungsöffnung für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 mit der Einlassseite einer festen Zwischendruckdrossel 29 verbunden, die als eine Dekompressionsvorrichtung zum Dekomprimieren des von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 abgeschiedenen flüssigphasigen Kältemittels dient. Beispiele für die feste Zwischendruckdrossel 29, die für die Verwendung geeignet ist, können eine Düse, eine Mündung, ein Kapillarrohr und ähnliches umfassen, die jeweils einen festen Drosselöffnungsgrad haben. Die Auslassseite der festen Zwischendruckdrossel 29 ist mit der Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers 14 verbunden.
Die Ausströmungsöffnung für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 ist mit einem Umleitungsdurchgang 29a der festen Drossel verbunden, der das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 abgeschiedene flüssigphasige Kältemittel zu der Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers 14 leitet, während es die feste Zwischendruckdrossel 29 umgeht. In dem Umleitungsdurchgang 29a der festen Drossel ist ein Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c angeordnet, das den Umleitungsdurchgang 29a der festen Drossel öffnet und schließt. Das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c hat im Wesentlichen die gleiche grundlegende Struktur wie die des Ein-Aus-Ventils 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel.
Ein Druckverlust, der erzeugt wird, wenn das Kältemittel das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c durchläuft, ist viel kleiner als der, der bewirkt wird, wenn das Kältemittel die feste Zwischendruckdrossel 29 durchläuft. Wenn die Klimatisierungssteuerung 40 folglich das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c öffnet, strömt das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 strömende flüssigphasige Kältemittel über den Umleitungsdurchgang 29a der festen Drossel in den Außenwärmetauscher 14. Wenn die Klimatisierungssteuerung 40 andererseits das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c schließt, wird das gesamte aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 strömende flüssigphasige Kältemittel von der festen Zwischendruckdrossel 29 dekomprimiert und strömt dann in den Außenwärmetauscher 14.
Anstelle des Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventils 18c, der festen Zwischendruckdrossel 29 und des Umleitungsdurchgangs 29a der festen Drossel kann ein variabler Drosselmechanismus mit im Wesentlichen der gleichen vollständigen Öffnungsfunktion wie das Heizexpansionsventil 13 in einer Kältemittelrohrleitung, die von der Ausströmungsöffnung für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 zu der Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers 14 führt, angeordnet werden. Die Strukturen anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten, sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird nachstehend der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 mit der vorstehenden Struktur in dieser Ausführungsform beschrieben. Wie die erste Ausführungsform kann das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform die Betriebe in der Luftkühlbetriebsart, der Entfeuchtungsheizbetriebsart, der Luftheizbetriebsart und der Luftheizendbetriebsart ausführen. Nun wird der Betrieb des Wärmepumpensystems in jeder der Betriebsarten beschrieben.
(a) Luftkühlbetriebsart
In einer Luftkühlbetriebsart dieser Ausführungsform betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a, so dass sie ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geschlossen werden.
Da auf diese Weise in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Luftkühlbetriebsart wie in der ersten Ausführungsform der Umleitungsdurchsatz null (0) wird, vermischt sich das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, nicht mit dem Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, wobei zugelassen wird, dass das Kühlmittel durch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationskreise zirkuliert.
Ferner öffnet die Klimatisierungssteuerung 40 das Heizexpansionsventil 13 vollständig, bringt das Kühlexpansionsventil 16 in einen Drosselzustand, schließt das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a, schließt das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel und öffnet das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c.
Auf diese Weise wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10a der Luftkühlbetriebsart, wie durch Umrisspfeile in 7 angezeigt, ein Dampfkompressionskältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel in dieser Reihenfolge durch den Kompressor 11a, den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 (und das Heizexpansionsventil 13, den Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 und das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c), den Außenwärmetauscher 14, das Kühlexpansionsventil 16, den Innenverdampfer 17, den Akkumulator 19 und den Kompressor 11a zirkuliert.
Das heißt, in der Luftkühlbetriebsart dieser Ausführungsform ist der Kältekreislauf derart aufgebaut, dass er zulässt, dass das Kältemittel im Wesentlichen in der gleichen Reihenfolge wie in der Luftkühlbetriebsart der ersten Ausführungsform durch seine Komponenten zirkuliert. Die anderen Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen, sind die Gleichen wie die in der Luftkühlbetriebsart der ersten Ausführungsform. Folglich kann in der Luftkühlbetriebsart dieser Ausführungsform das Fahrzeuginnere ebenso wie der Inverter Inv auf die gleiche Weise gekühlt werden wie in der Luftkühlbetriebsart der ersten Ausführungsform.
(b) Entfeuchtungsheizbetriebsart
In einer Entfeuchtungsheizbetriebsart dieser Ausführungsform betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a, um ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zu zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geschlossen werden.
Da der Umleitungsdurchsatz somit in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Entfeuchtungsheizbetriebsart null (0) wird, vermischt sich das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, nicht mit dem Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, wobei zugelassen wird, dass das Kühlmittel durch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationskreise 20 zirkuliert.
Ferner bringt die Klimatisierungssteuerung 40 das Heizexpansionsventil 13 in einen Drosselzustand, öffnet das Kühlexpansionsventil 16 vollständig, schließt das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a, schließt das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel und öffnet das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c.
Auf diese Weise wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10a der Entfeuchtungsheizbetriebsart, wie durch diagonal schaffierte Pfeile in 7 angezeigt, ein Dampfkompressionskältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel in dieser Reihenfolge durch den Kompressor 11a, den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, das Heizexpansionsventil 13 (den Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 und das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c), den Außenwärmetauscher 14 (das Kühlexpansionsventil 16) den Innenverdampfer 17, den Akkumulator 19 und den Kompressor 11a zirkuliert.
Das heißt, in der Entfeuchtungsheizbetriebsart dieser Ausführungsform ist der Kältekreislauf derart aufgebaut, dass er zulässt, dass das Kältemittel im Wesentlichen in der gleichen Reihenfolge durch seine Komponenten zirkuliert wie in der Entfeuchtungsheizbetriebsart der ersten Ausführungsform. Andere Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen sind die Gleichen wie die in der Entfeuchtungsheizbetriebsart der ersten Ausführungsform. Auf diese Weise können in der Entfeuchtungsheizbetriebsart dieser Ausführungsform wie in der Entfeuchtungsheizbetriebsart der ersten Ausführungsform das Entfeuchten und Luftheizen des Fahrzeuginneren durchgeführt werden, während die Abwärme von dem Inverter Inv wirksam verwendet werden kann, um die Lüftungsluft erneut zu heizen.
(c) Luftheizbetriebsart
In einer Luftheizbetriebsart dieser Ausführungsform betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a derart, dass sie ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b geöffnet werden. Folglich lässt es der Wärmemediumzirkulationskreis 20 in der Luftheizbetriebsart wie in der ersten Ausführungsform nicht nur zu, dass das Kühlmittel durch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationskreise 21 und 22 zirkuliert, sondern lässt auch zu, dass ein Teil des Kühlmittels, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, in den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, während er zulässt, dass ein Teil des Kühlmittels, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, in den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt.
Ferner bringt die Klimatisierungssteuerung 40 das Heizexpansionsventil 13 in einen Drosselzustand, schließt das Kühlexpansionsventil 16 vollständig, öffnet das Heiz-Ein-Aus-Expansionsventil 18a, öffnet das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel und schließt das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c.
Auf diese Weise wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10a der Luftheizbetriebsart, wie durch schwarze Pfeile in 7 angezeigt, ein Gaseinspritzkältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel in dieser Reihenfolge durch den Kompressor 11a, den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, das Heizexpansionsventil 13, den Gas-Flüssigkeitsabscheider 28, die feste Zwischendruckdrossel 29, den Außenwärmetauscher 14 (und den akkumulatorseitigen Durchgang 18), den Akkumulator 19 und den Kompressor 11a zirkuliert, während er zulässt, dass das gasphasige Kältemittel aus der Ausströmungsöffnung für gasphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 in die Zwischendruckansaugöffnung des Kompressors 11a strömt. Die Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen, sind die Gleichen wie die in der Luftheizbetriebsart der ersten Ausführungsform.
Auf diese Weise strömt in dem Wärmepumpenkreislauf 10a während der Luftheizbetriebsart wie in der Luftheizbetriebsart der ersten Ausführungsform das von dem Kompressor 11a abgegebene Hochdruckkältemittel in den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, wodurch das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkulierende Kühlmittel geheizt wird. Ferner wird zugelassen, dass das Kühlmittel, das von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizt wird, in den Heizungskern 23 strömt, wodurch die Lüftungsluft geheizt wird.
Das Kältemittel, das aus dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, strömt in das Heizexpansionsventil 13, um in ein Zwischendruckkältemittel dekomprimiert zu werden. Das von dem Heizexpansionsventil 13 dekomprimierte Zwischendruckkältemittel strömt in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 28, um in gas- und flüssigphasige Kältemittel abgeschieden zu werden. Das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 abgeschiedene gasphasige Kältemittel wird in die Zwischendruckansaugöffnung des Kompressors 11a gesaugt, weil das Ein-Aus-Ventil 18b des Durchgangs für gasphasiges Kältemittel offen ist, und vereinigt sich dann mit dem Zwischendruckkältemittel, das von dem niederstufenseitigen Kompressionsmechanismus abgegeben wird, um dadurch in den hochdruckseitigen Kompressionsmechanismus gesaugt zu werden.
Andererseits strömt das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 28 abgeschiedene flüssigphasige Kältemittel aus der Ausströmungsöffnung für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 in die Seite der festen Zwischendruckdrossel 29, weil das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c geschlossen ist. Dann wird das Kältemittel durch die feste Zwischendruckdrossel 29 in ein Niederdruckkältemittel dekomprimiert. Das Kältemittel, das die feste Zwischendruckdrossel 29 verlässt, strömt in den Außenwärmetauscher 14 und nimmt dann Wärme aus der Außenluft auf, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird und den Strahler 24 durchlaufen hat, um sich selbst zu verdampfen.
Zu dieser Zeit tauscht das Kältemittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, in dem Strahler 24 Wärme mit der von dem Gebläseventilator 14a geblasenen Außenluft aus, wodurch Wärme von dem Kältemittel selbst abgeführt wird. Der Betrieb des Wärmepumpenkreislaufs 10a anschließend an diesen Schritt wird der Gleiche wie der in der ersten Ausführungsform.
Auf diese Weise wird die von dem Heizungskern 23 geheizte Lüftungsluft in der Luftheizbetriebsart dieser Ausführungsform wie in der Luftheizbetriebsart der ersten Ausführungsform in Richtung des Fahrzeuginneren geblasen, wodurch das Luftheizen des Fahrzeuginneren ermöglicht wird, während die Abwärme von dem Inverter Inv wirksam als eine Wärmequelle zum Heizen der Lüftungsluft verwendet werden kann.
Ferner kann die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher 14 wie in der Luftheizbetriebsart der ersten Ausführungsform erhöht werden, wodurch die Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv als die externe Wärmequelle unterdrückt wird.
In der Luftheizbetriebsart wird der Wärmepumpenkreislauf 10a dieser Ausführungsform auf den Kältemittelkreis umgeschaltet, der den Gaseinspritzkreislauf aufbaut, der den Druck des Kältemittels in mehreren Stufen erhöht und das Zwischendruckkältemittel, das in dem Kreislauf mit dem Kältemittel, das von dem niederstufenseitigen Kompressionsmechanismus abgegeben wird, vereinigt, um das vereinigte Kältemittel in den hochstufenseitigen Kompressionsmechanismus zu saugen. Auf diese Weise kann der mechanische Wirkungsgrad (Kompressionswirkungsgrad) des Kompressors 11a verbessert werden, um den COP zu verbessern.
(d) Luftheizendbetriebsart
In einer Luftheizendbetriebsart dieser Ausführungsform stoppt die Klimatisierungssteuerung 40 die Betriebe des Kompressors 11a und des Gebläses 32. Ferner betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a, so dass sie ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geöffnet werden. Die Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen sind die Gleichen wie die in der Luftheizendbetriebsart der ersten Ausführungsform.
Folglich kann in der Luftheizendbetriebsart dieser Ausführungsform wie in der Luftheizendbetriebsart der ersten Ausführungsform die Wärme, die in dem Kühlmittel enthalten ist, das durch den Strahler 24 zirkuliert, ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv als der externen Wärmequelle verwendet werden, um den Außenwärmetauscher 14 zu entfrosten, selbst wenn die Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 unmittelbar vor dem Ende der Luftheizbetriebsart auftritt.
Wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 8 gezeigt, verwendet eine fünfte Ausführungsform im Vergleich zu der Struktur der zweiten Ausführungsform den in der vierten Ausführungsform beschriebenen Wärmepumpenkreislauf 10a. Die Strukturen und Betriebe anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten sind die Gleichen wie die in der zweiten Ausführungsform. Auf diese Weise kann selbst der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 dieser Ausführungsform das Luftkühlen, das Entfeuchtungsheizen und das Luftheizen des Fahrzeuginneren durchführen, wodurch im Wesentlichen die gleichen Ergebnissee wie die in der zweiten Ausführungsform erhalten werden. Ferner kann in der Luftheizbetriebsart der Gaseinspritzkreislauf aufgebaut werden, um den COP zu verbessern.
Wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 9 gezeigt, verwendet eine sechste Ausführungsform im Vergleich zu der Struktur der dritten Ausführungsform den Wärmepumpenkreislauf 10a, der in der vierten Ausführungsform beschrieben ist. Die Strukturen und Betriebe anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten, sind die Gleichen wie die in der dritten Ausführungsform. Auf diese Weise kann auch der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 dieser Ausführungsform das Luftkühlen, das Entfeuchtungsheizen und das Luftheizen des Fahrzeuginneren durchführen, wodurch im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie die der dritten Ausführungsform erhalten werden. Ferner kann in der Luftheizbetriebsart der Gaseinspritzkreislauf aufgebaut werden, um die Wirkung der Verbesserung des COP zu erhalten.
(Siebte bis neunte Ausführungsformen)
In einer siebten Ausführungsform ist der Inverter Inv als die externe Wärmequelle im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 10 gezeigt, nicht mit dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 verbunden. Die Strukturen und Betriebe anderer Komponenten in der siebten Ausführungsform sind die Gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
Hier kann das Wärmepumpensystem 1, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, das Entfrosten oder die Unterdrückung der Frostbildung in dem Außenwärmetauscher 14 erreichen, ohne von der Wärme abhängig zu sein, die von der externen Wärmequelle und ähnlichem geliefert wird. Obwohl der Inverter Inv wie in dem Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform weggenommen ist, können somit die gleichen Ergebnisse wie die der ersten Ausführungsform erhalten werden.
In einer achten Ausführungsform ist im Vergleich zu der zweiten Ausführungsform, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 11 gezeigt, der Inverter Inv als die externe Wärmequelle nicht mit dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 verbunden. Die Strukturen und Betriebe anderer Komponenten in der achten Ausführungsform sind die Gleichen wie die in der zweiten Ausführungsform. Folglich kann das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie die in der zweiten Ausführungsform erhalten.
In einer neunten Ausführungsform ist im Vergleich zu der dritten Ausführungsform, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 12 gezeigt, der Inverter Inv als die externe Wärmequelle nicht mit dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 verbunden. Die Strukturen und Betriebe anderer Komponenten in der neunten Ausführungsform sind die Gleichen wie die in der dritten Ausführungsform. Folglich kann das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie die in der dritten Ausführungsform erhalten.
(Zehnte bis zwölfte Ausführungsformen)
Wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 13 gezeigt, ändert eine zehnte Ausführungsform den Aufbau des Wärmepumpenkreislaufs 10 in der ersten Ausführungsform.
Insbesondere ist der Wärmepumpenkreislauf 10 dieser Ausführungsform mit einem hochdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15c versehen, der die Strömung von Kältemittel, das aus dem Kältemitteldurchgang in dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, verzweigt. Der hochdruckseitige Verzweigungsabschnitt 15c hat im Wesentlichen die gleiche grundlegende Struktur wie die des niederdruckseitigen Verzweigungsdurchgangs 15a. Eine der Kältemittelausströmungsöffnungen des hochdruckseitigen Verzweigungsabschnitts 15c ist mit der Einlassseite des Heizexpansionsventils 13 verbunden, während die andere Kältemittelausströmungsöffnung des hochdruckseitigen Verzweigungsabschnitts 15c mit der Einlassseite eines Außenvorrichtungs-Umleitungsdurchgangs 51 verbunden ist.
Der Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang 51 ist ein Kältemitteldurchgang, der das Kältemittel, das von dem hochdruckseitigen Verzweigungsdurchgang 15c verzweigt wird, in Richtung der strömungsaufwärtigen Seite der Kältemittelströmung in dem Kühlexpansionsventil 16 leitet, während das Heizexpansionsventil 13 ebenso wie der Außenwärmetauscher 14 umgangen werden. Der Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang 51 ist mit einem Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang versehen, das den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang 51 öffnet und schließt. Das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c hat im Wesentlichen die gleiche grundlegende Struktur wie die des Heiz-Ein-Aus-Ventils 18a oder ähnlicher, wobei die grundlegende Struktur den Kältemittelkreisumschalter in dieser Ausführungsform aufbaut. Die Strukturen anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten, sind die Gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 mit der vorstehenden Anordnung in dieser Ausführungsform nachstehend beschrieben. Wie die erste Ausführungsform kann das Wärmepumpensystem 1 dieser Ausführungsform auch die Betriebe in der Luftkühlbetriebsart, der Entfeuchtungsbetriebsart, der Luftheizbetriebsart und der Luftheizendbetriebsart ausführen. Nun wird der Betrieb des Wärmepumpensystems in jeder der Betriebsarten beschrieben.
(a) Luftkühlbetriebsart
In einer Luftkühlbetriebsart dieser Ausführungsform betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a derart, dass sie ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geschlossen werden. Ferner öffnet die Klimatisierungssteuerung 40 das Heizexpansionsventil 13 vollständig, bringt das Kühlexpansionsventil 16 in einen Drosselzustand, schießt das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a und schließt das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang.
Auf diese Weise wird ein Dampfkompressionskältekreislauf derart aufgebaut, dass das Kühlmittel in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Luftkühlbetriebsart auf die gleiche Weise zirkuliert wie in der Entfeuchtungsheizbetriebsart der ersten Ausführungsform, während das Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der Luftkühlbetriebsart genau wie in der ersten Ausführungsform, wie durch Umrisspfeile von 13 angezeigt, zirkuliert. Die Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen, sind die Gleichen wie in der Luftkühlbetriebsart der ersten Ausführungsform.
Auf diese Weise kann in der Luftkühlbetriebsart dieser Ausführungsform das Fahrzeuginnere gekühlt werden, während der Inverter Inv wie in der Luftkühlbetriebsart der ersten Ausführungsform gekühlt wird.
(b) Entfeuchtungsheizbetriebsart
In einer Entfeuchtungsheizbetriebsart dieser Ausführungsform betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a derart, dass sie ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geschlossen werden.
Da in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Entfeuchtungsheizbetriebsart der Umleitungsdurchsatz null (0) wird, vermischt sich auf diese Weise das Kühlmittel das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, nicht mit dem Kühlmittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, wobei zugelassen wird, dass die Kühlmittel durch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationskreise zirkulieren.
Ferner bringt die Klimatisierungssteuerung 40 das Heizexpansionsventil 13 in einen Drosselzustand, bringt das Kühlexpansionsventil 16 in einen Drosselzustand, schließt das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a und öffnet das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang.
Auf diese Weise wird in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der Entfeuchtungsheizbetriebsart, wie durch diagonal schraffierte Pfeile in 13 angezeigt, ein Dampfkompressionskältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel in dieser Reihenfolge durch den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, das Heizexpansionsventil 13, den Außenwärmetauscher 14 (den akkumulatorseitigen Durchgang 18), den Akkumulator 19 und den Kompressor 11 zirkuliert. Gleichzeitig wird der Dampfkompressionskältekreislauf aufgebaut, der zulässt, dass das Kältemittel auf diese Weise durch den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 (den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang 51), das Kühlexpansionsventil 16, den Innenverdampfer 17 und den Akkumulator 19 zirkuliert.
Das heißt, in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der Entfeuchtungsheizbetriebsart sind der Außenwärmetauscher 14 und der Innenverdampfer 17 parallel zu der Kältemittelströmung verbunden. Bei einem derartigen Aufbau des Wärmemediumzirkulationskreises und des Kältemittelkreises bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 die Steuersignale, die an das Heizexpansionsventil 13 und das Kühlexpansionsventil 16 ausgegeben werden sollen, derart, dass der Drosselöffnungsgrad des Heizexpansionsventils 13 und das Kühlexpansionsventils 16 jeweils ein vorgegebener Öffnungsgrad für die Entfeuchtungsheizung wird. Die Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen, sind die Gleichen wie in der Entfeuchtungsheizbetriebsart der ersten Ausführungsform.
Auf diese Weise strömt in dem Wärmepumpenkreislauf 10 während der Entfeuchtungsheizbetriebsart wie in der Entfeuchtungsheizbetriebsart der ersten Ausführungsform das von dem Kompressor 11 abgegebene Hochdruckkältemittel in den hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12, wodurch das Kühlmittel, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, geheizt wird. Ferner wird zugelassen, dass das Kühlmittel, das von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizt wird, in den Heizungskern 23 strömt, wodurch die Lüftungsluft geheizt wird.
Die Strömung von Kältemittel, das aus dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, wird von dem hochdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15c verzweigt. Eines der Kältemittel, das von dem hochdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15c verzweigt wird, wird an dem Heizexpansionsventil 13 in das Niederdruckkältemittel dekomprimiert, um in den Außenwärmetauscher 14 zu strömen. Das Kältemittel, das in den Außenwärmetauscher 14 strömt, nimmt Wärme aus der Außenluft auf, die von dem Gebläseventilator 14a geblasen wird und den Strahler 24 durchlaufen hat, um an dem Außenwärmetauscher 14 zu verdampfen.
Zu dieser Zeit tauscht das Kältemittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, in dem Strahler 24 Wärme mit der von dem Gebläseventilator 14a geblasenen Außenluft aus, wodurch Wärme von dem Kältemittel in die Außenluft abgeführt wird.
Da das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a offen ist, strömt das aus dem Außenwärmetauscher 14 strömende Kältemittel über den niederdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 51a, den akkumulatorseitigen Durchgang 18 und den Vereinigungsabschnitt 15b in den Akkumulator 19, um in gas- und flüssigphasige Kältemittel abgeschieden zu werden. Zu dieser Zeit wird aufgrund des Betriebs des Rückschlagventils 16a verhindert, dass das Kältemittel, das den Außenwärmetauscher 14 verlässt, in Richtung des Kühlexpansionsventils 16 ausströmt. Das von dem Akkumulator 19 abgeschiedene gasphasige Kältemittel wird in den Kompressor 11 gesaugt und darin erneut komprimiert.
Das andere der Kältemittel, das von dem hochdruckseitigen Verzweigungsabschnitt 15c verzweigt wird, wird an dem Kühlexpansionsventil 16 in das Niederdruckkältemittel dekomprimiert, um in den Innenverdampfer 17 zu strömen. Das in den Innenverdampfer 17 strömende Kältemittel nimmt aus der Lüftungsluft, die von dem Gebläse 32 geblasen wird, Wärme auf, um sich an dem Innenverdampfer 17 selbst zu verdampfen. Auf diese Weise wird die Lüftungsluft gekühlt. Das aus dem Innenverdampfer 17 strömende Kältemittel strömt über den Vereinigungsabschnitt 15b in den Akkumulator 19.
Wie vorstehend erwähnt, wird in dem Wärmepumpensystem 1 der Entfeuchtungskühlbetriebsart die von dem Innenverdampfer 17 gekühlte und entfeuchtete Lüftungsluft von dem Heizungskern 23 erneut geheizt, um in das Fahrzeuginnere geblasen zu werden, wodurch das Entfeuchten und Luftheizen des Fahrzeuginneren ermöglicht wird. Die Wärme die durch das Kältemittel, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, von dem Inverter Inv aufgenommen wird, wird an dem Strahler 24 in die Außenluft und ähnliches abgeführt, wodurch das Kühlen des Inverters Inv ermöglicht wird.
In der Entfeuchtungsheizbetriebsart dieser Ausführungsform sind der Außenwärmetauscher 14 und der Innenverdampfer 17 parallel zu der Kältemittelströmung miteinander gekoppelt, so dass die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher 14 auf ein niedrigeres Niveau als das an dem Innenverdampfer 17 verringert werden kann.
Das heißt, um die Frostbildung an dem Innenverdampfer 17 zu unterdrücken, wird die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher 14 niedriger festgelegt als eine Referenzforstbildungsunterbindungstemperatur, wenn die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Innenverdampfer 17b höher als die vorstehend erwähnte Referenzfrostbildungsunterbindungstemperatur ist, was die von dem Kältemittel in dem Außenwärmetauscher 14 aufgenommene Wärmemenge vergrößern kann.
Als ein Ergebnis kann diese Ausführungsform die Heizkapazität für Lüftungsluft im Vergleich zu einem Fall, in dem der Außenwärmetauscher 14 und der Innenverdampfer 17 in dieser Reihenfolge in Bezug auf die Kältemittelströmung hintereinander gekoppelt sind, wie in der ersten Ausführungsform erhöhen, was es unmöglich macht, dass die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher 14 niedriger als die an dem Innenverdampfer 17 ist.
(c) Luftheizbetriebsart
In einer Luftheizbetriebsart dieser Ausführungsform betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a derart, dass sie ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b geöffnet werden. Ferner bringt die Klimatisierungssteuerung 40 das Heizexpansionsventil 13 in einen Drosselzustand, schließt das Kühlexpansionsventil 16 vollständig, öffnet das Heiz-Ein-Aus-Ventil 18a und schließt das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang.
Auf diese Weise wird der Dampfkompressionskältekreislauf derart aufgebaut, dass das Kühlmittel in dem Wärmemediumzirkulationskreis 20 der Heizbetriebsart auf die gleiche Weise zirkuliert wie in der Heizbetriebsart der ersten Ausführungsform, während das Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der Luftkühlbetriebsart genau wie in der ersten Ausführungsform, wie durch schwarze Pfeile in 13 angezeigt, zirkuliert. Die Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen, sind die Gleichen wie die in der Luftheizbetriebsart der ersten Ausführungsform.
Auf diese Weise kann in der Luftheizbetriebsart dieser Ausführungsform wie in der Luftheizbetriebsart der ersten Ausführungsform das Luftheizen des Fahrzeuginneren ausgeführt werden, während die Abwärme von dem Inverter Inv wirksam als eine Wärmequelle zum Heizen der Lüftungsluft verwendet werden kann. Ferner kann die Kältemittelverdampfungstemperatur an dem Außenwärmetauscher 14 wie in der Luftheizbetriebsart der ersten Ausführungsform erhöht werden, wodurch die Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 ungeachtet des Betriebszustands des Inverters Inv als der externen Wärmequelle unterdrückt werden kann.
(d) Luftheizendbetriebsart
In einer Luftheizendbetriebsart dieser Ausführungsform stoppt die Klimatisierungssteuerung 40 die Betriebe des Kompressors 11 und des Gebläses 32. Ferner betreibt die Klimatisierungssteuerung 40 die hochtemperaturseitige Kühlmittelpumpe 21a und die niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a derart, dass sie ihre vorgegebenen Kühlmitteldruckspeisekapazitäten zeigen, wobei auf diese Weise die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b vollständig geöffnet werden. Die Betriebe, abgesehen von den vorstehend Beschriebenen, sind die Gleichen wie die in der Luftheizendbetriebsart der ersten Ausführungsform.
Auf diese Weise kann in der Luftheizendbetriebsart dieser Ausführungsform wie in der Luftheizendbetriebsart der ersten Ausführungsform die Wärme, die in dem Kühlmittel enthalten ist, das durch den Strahler 24 zirkuliert, verwendet werden, um den Außenwärmetauscher 14 ungeachtet des Betriebszustands des Inverters In als der externen Wärmequelle zu entfrosten, selbst wenn an dem Außenwärmetauscher 14 unmittelbar vor dem Ende der Luftheizbetriebsart die Frostbildung auftritt.
In einer elften Ausführungsform sind, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 14 gezeigt, der hochdruckseitige Verzweigungsdurchgang 15c, der Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang 51 und ein Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c zu dem Aufbau der zweiten Ausführungsform hinzugefügt. Die Strukturen anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten, sind die Gleichen wie die in der zweiten Ausführungsform.
Auf diese Weise wird das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang in einer anderen Betriebsart als der Entfeuchtungsheizbetriebsart geschlossen, so dass der Wärmepumpenkreislauf auf die gleiche Wiese wie in der zweiten Ausführungsform betrieben werden kann und im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie die in der zweiten Ausführungsform erhalten kann. Ferner ist das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang in der Entfeuchtungsheizbetriebsart offen, so dass die Heizkapazität für die Lüftungsluft wie in der zehnten Ausführungsform verbessert werden kann.
In einer zwölften Ausführungsform sind, wie in dem Gesamtaufbaudiagramm von 15 gezeigt, der hochdruckseitige Verzweigungsdurchgang 15c, der Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang 51 und ein Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c zu dem Aufbau der dritten Ausführungsform hinzugefügt. Die Strukturen anderer Komponenten des Wärmepumpensystems 1, abgesehen von den vorstehenden Punkten, sind im Wesentlichen die Gleichen wie die in der dritten Ausführungsform.
Daher ist das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang in einer anderen Betriebsart als der Entfeuchtungsheizbetriebsart geschlossen, so dass der Wärmepumpenkreislauf auf die gleiche Weise wie in der dritten Ausführungsform betrieben werden kann und somit im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie die in der dritten Ausführungsform zeigen kann. Ferner ist das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang in der Entfeuchtungsheizbetriebsart geöffnet, so dass die Heizkapazität für die Lüftungsluft wie in der zehnten Ausführungsform verbessert werden kann.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern es können in der folgenden Weise vielfältige Modifikationen und Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

(1) Wenngleich das Wärmepumpensystem 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen beispielhaft auf Klimaanlagen für Hybridfahrzeuge angewendet wird, ist die Anwendung des Wärmepumpensystems 1 nicht darauf beschränkt.

Alternativ kann der Wärmepumpenkreislauf der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel auf Klimaanlagen für Elektrofahrzeuge (einschließlich Brennstoffzellenfahrzeuge), die eine Antriebskraft zum Fahren von Elektromotoren zum Fahren erhalten, ebenso wie auf Klimaanlagen für normale Fahrzeuge, die eine Antriebskraft zum Fahren von Verbrennungsmotoren erhalten, angewendet werden. Ferner ist das Wärmepumpensystem 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf ein für Fahrzeuge Dediziertes beschränkt und kann auf eine ortsfeste Klimaanlage, ein Kühllager, eine Flüssigkeitsheiz-Kühlanlage und ähnliches angewendet werden.
Außerdem verwendet die fahrzeugmontierte Vorrichtung (externe Wärmequelle), die von der Wärmeerzeugung während des Betriebs begleitet wird, in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen, beispielhaft den Inverter Inv. Jedoch ist die externe Wärmequelle nicht darauf beschränkt. Wenn das Wärmepumpensystem 1 auf die Fahrzeugklimaanlage angewendet wird, können zum Beispiel elektrische Vorrichtungen, einschließlich des Verbrennungsmotors und des elektrischen Fahrmotors, als die externe Wärmequelle verwendet werden.

(2) Wenngleich die vorstehend erwähnten Ausführungsformen die ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b beispielhaft als die Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung verwenden, ist die Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung nicht darauf beschränkt. Beachten Sie, dass zum Beispiel eines der ersten und zweiten Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b als ein Ein-Aus-Ventil zum Öffnen und Schließen eines Kopplungsströmungswegs aufgebaut sein kann. Das Durchsatzeinstellventil kann gesteuert werden, um offen zu sein, wenn das andere Durchsatzeinstellventil den Kopplungsströmungsweg öffnet.

Alternativ oder zusätzlich ist ein erstes Dreiwegedurchsatzeinstellventil an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 und dem ersten Kopplungsströmungsweg 25a angeordnet. Das erste Dreiwegedurchsatzeinstellventil ist geeignet, das Verhältnis des Durchsatzes des Wärmemediums, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, zu dem Umleitungsdurchsatz des Wärmemediums, das aus dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 in den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt, einzustellen. Ferner ist ein zweites Dreiwegedurchsatzeinstellventil an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 und dem zweiten Kopplungsströmungsweg 25b angeordnet. Das zweite Dreiwegedurchsatzeinstellventil ist geeignet, das Verhältnis des Durchsatzes des Wärmemediums, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, zu dem Umleitungsdurchsatz des Wärmemediums, das von dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zu dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt, einzustellen. Dann kann die Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung aus den ersten und zweiten Dreiwegedurchsatzeinstellventilen aufgebaut sein.
Um alternativ oder zusätzlich die Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung mit einer einfachen Struktur zu erreichen, können die ersten und zweiten Dreiwegeventile 50a und 50b, wie in einem schematischen Aufbaudiagramm des Wärmemediumzirkulationskreises 20 in 16 gezeigt, die Wärmemediumduchsatzeinstellvorrichtung aufbauen.
Insbesondere ist das erste Dreiwegeventil 50a, wie in 16 gezeigt, an dem Verbindungsteil zwischen dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 und dem ersten Kopplungsströmungsweg 25a angeordnet. Das erste Dreiwegeventil 50a hat eine Funktion zum Umschalten zwischen einem Kreis zum Verbinden der Abgabeöffnungsseite der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a und der Kühlmitteleinlassseite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 und einen Kreis zum Verbinden der Abgabeöffnungsseite der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a und der Ansaugöffnungsseite der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a.
Das zweite Dreiwegeventil 50b ist an dem Verbindungsteil zwischen dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 und dem zweiten Kopplungsströmungsweg 25b angeordnet. Das zweite Dreiwegeventil 50a hat eine Funktion zum Umschalten zwischen einem Kreis zum Verbinden der Kühlmittelauslassseite des Strahlers 24 und der Ansaugseite der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a und einen Kreis zum Verbinden der Kühlmittelauslassseite des Strahlers 24 und der Kühlmitteleinlassseite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12.
In dem ersten Kopplungströmungsweg 25a ist ein erstes Rückschlagventil 51a bereitgestellt, welches nur zulässt, dass das Kühlmittel von der Seite des hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreises 21 zu der Seite des niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreises 22 strömt. In dem zweiten Kopplungsströmungsweg 25b ist ein zweites Rückschlagventil 51b bereitgestellt, welche nur zulässt, dass das Kühlmittel von der Seite des niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreises 22 zu der Seite des hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreises 21 strömt.
Wie durch dicke massive Pfeile in 16 angezeigt, wird das Umschalten auf einen Kreis durchgeführt, der bewirkt, dass das erste Dreiwegeventil 50a die Abgabeöffnungsseite der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a und die Kühlmitteleinlassseite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 verbindet, während bewirkt wird, dass das zweite Dreiwegeventil 50b die Kühlmittelauslassseite des Strahlers 24 und die Ansaugöffnungsseite der niedertemperaturseitige Kühlmittelpumpe 22a verbindet. Auf diese Weise kann der Wärmemediumzirkulationskreis aufgebaut werden, um das Vermischen des Kühlmittels, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, und des Kühlmittels, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, zu verhindern.
Andererseits wird, wie durch dicke gestrichelte Pfeile in 16 angezeigt, das Umschalten auf einen Kreis durchgeführt, der bewirkt, dass das erste Dreiwegeventil 50a die Abgabeöffnungsseite der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a und die Ansaugöffnungsseite der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a verbindet, während das zweite Dreiwegeventil 50b die Kühlmittelauslassseite des Strahlers 24 mit der Kühlmitteleinlassseite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 verbindet. Auf diese Weise kann der Wärmemediumzirkulationskreis aufgebaut werden, der zulässt, dass das gesamte Kühlmittel sowohl durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 als auch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert.
Außerdem kann, wie in einem schematischen Aufbaudiagramm des Wärmemediumzirkulationskreises 20 in 17 gezeigt, ein Vierwegeventil 52 die Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung aufbauen.
Insbesondere hat das Vierwegeventil 52 eine Funktion zum Umschalten zwischen einem Kreis zum Verbinden der Abgabeöffnungsseite der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a mit der Kühlmitteleinlassseite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12, während gelichzeitig die Kühlmittelauslassseite des Strahlers 24 mit der Ansaugöffnungsseite der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a verbunden wird, und einem Kreis zum Verbinden der Abgabeöffnungsseite der hochtemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 21a mit der Ansaugöffnungsseite der niedertemperaturseitigen Kühlmittelpumpe 22a, während gleichzeitig die Kühlmittelauslassseite des Strahlers 24 mit der Kühlmitteleinlassseite des hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 12 verbunden wird.
Das Vierwegeventil 52 führt das Umschalten auf einen Kühlmittelkreis, wie durch dicke massive Pfeile von 17 angezeigt, durch, so dass der Wärmemediumzirkulationskreis aufgebaut werden kann, um das Vermischen des Kühlmittels, das durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zirkuliert, und des Kühlmittels, das durch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zirkuliert, zu verhindern. Wie durch die dicken gestrichelten Pfeile von 17 angezeigt, schaltet das Vierwegeventil 52 auf einen Kühlmittelkreis, wodurch der Wärmemediumzirkulationskreis aufgebaut werden kann, um die Zirkulation des gesamten Kühlmittels sowohl durch den hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 als auch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zuzulassen.
Wenn bei den in 16 und 17 gezeigten Aufbauten auf den Kreis geschaltet wird, der zulässt, dass das Kühlmittel, wie durch dicke gestrichelte Pfeile angezeigt, strömt, zirkuliert das gesamte Kühlmittel sowohl durch den hochdruckseitigen als auch den niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 und 22. Ein derartiger Aufbau kann angepasst werden, um intermittierend zwischen dem Kreis für die Strömung des Kühlmittels, wie durch die dicken massiven Pfeile angezeigt, und der Strömung des Kühlmittels, wie durch die dicken gestrichelten Pfeile angezeigt, umzuschalten, wodurch im Wesentlichen der Umleitungsdurchsatz eingestellt wird.

(3) Die jeweiligen in dem Wärmepumpensystem 1 enthaltenen Komponenten sind nicht auf die beschränkt, die in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen offenbart sind.

Wenngleich, wie in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschreiben, insbesondere der elektrische Kompressor beispielhaft als die Kompressoren 11 und 11a verwendet wird, ist die Form der Kompressoren 11 und 11a nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der für die Verwendung geeignete Kompressor ein verbrennungsmotorbetriebener Kompressor sein, der die durch eine Drehantriebskraft angetrieben wird, die von der Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) über eine Riemenscheibe, einen Riemen, etc. übertragen wird.
Diese Art von verbrennungsmotorbetriebenem Kompressor, der für die Verwendung geeignet ist, kann ein Kompressor mit variabler Verdrängung sein, der fähig ist, die Kältemittelabgabekapazität durch Ändern seines verdrängten Volumens einzustellen, ein Kompressor mit fester Kapazität, der die Kältemittelabgabekapazität durch Ändern einer Betriebsarte des Kompressors durch Verbinden/Trennen einer elektromagnetischen Kupplung einstellt, und ähnliches sein.
In der ersten Ausführungsform sind der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24 beispielhaft als die Wärmetauscherstruktur 60 miteinander integriert. Jedoch ist die Integration des Außenwärmetauschers 14 und des Strahlers 24 nicht darauf beschränkt, solange sie die Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel, das durch den Außenwärmetauscher 14 zirkuliert, und dem Kühlmittel, das durch den Strahler 24 zirkuliert, ermöglichen.
Zum Beispiel sind die Kältemittelrohre 14a und die Wärmemediumrohre 24a abwechselnd laminiert, um dadurch zwischen dem benachbarten Kältemittelrohr 14a und dem Wärmemediumrohr 24a einen Luftdurchgang zu bilden, der zulässt, dass von dem Gebläseventilator 14a geblasene Außenluft zirkuliert. Eine Außenrippe 62 kann in jedem Luftdurchgang angeordnet sein und an beide Rohre 14a und 24a geklebt sein, wodurch der Außenwärmetauscher 14 und der Strahler 24 miteinander integriert werden. Ferner kann die Anzahl von Kältemittelrohren 14a verschieden zu der der Wärmemediumrohre 24a festgelegt werden.
Wenngleich in den vierten bis sechsten Ausführungsformen beispielhaft das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c verwendet wird, kann anstelle des Ventils 18c ein elektrisches Dreiwegeventil verwendet werden, das zwischen einem Kältemittelkreis zum Verbinden der Ausströmungsöffnung für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 mit der Einlassseite der festen Zwischendrossel 29 und einem anderen Kältemittelkreis zum Verbinden der Ausströmungsöffnung für flüssigphasiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 28 mit der Einlassseite des Umleitungsdurchgangs 29a der festen Drossel umschaltet.

(4) In den ersten bis neunten Ausführungsformen bringt die Klimatisierungssteuerung 40 während der Entfeuchtungsheizbetriebsart das Expansionsventil 13 in einen Drosselzustand, öffnet das Kühlexpansionsventil 16 vollständig und steuert den Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 derart, dass die Lüftungslufttemperatur TAV sich beispielsweise der Zielausblastemperatur TAO nähert. Die Steuerung der Entfeuchtungsheizbetriebsart ist nicht darauf beschränkt.

Zum Beispiel kann die Klimatisierungssteuerung 40 den Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 steuern, so dass sie den Luftdurchgang auf der Seite des Heizungskerns 23 vollständig öffnet, und kann ferner derart steuern, dass der Drosselöffnungsgrad des Heizexpansionsventils 13 mit zunehmender Zielausblastemperatur TAO allmählich verringert wird, während der Drosselöffnungsgrad des Kühlexpansionsventils 16 allmählich vergrößert wird.
Folglich kann der Kältemittelkreis, in dem der Außenwärmetauscher 14 als ein Strahler wirkt, mit zunehmender Zielausblastemperatur TAO auf den geschaltet werden, in dem er als ein Verdampfer arbeitet. Insbesondere in dem Kältemittelkreis, in dem der Außenwärmetauscher 14 als der Strahler dient, kann die Menge an Wärme, die an dem Außenwärmetauscher 14 von dem Kältemittel abgeführt wird, mit zunehmender Zielausblastemperatur TAO allmählich verringert werden. In dem Kältemittelkreis, in dem der Außenwärmetauscher 14 als der Verdampfer dient, der von dem vorstehenden Kältemittelkreis umgeschaltet wird, kann die Menge an Wärme, die an dem Außenwärmetauscher 14 in dem Kältemittel aufgenommen wird, mit zunehmender Zielausblastemperatur TAO allmählich vergrößert werden.
Folglich kann die Menge an Wärme, die an dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 von dem Kältemittel abgeführt wird, mit zunehmender Zielausblastemperatur allmählich zunehmen, so dass die Temperatur von Kühlmittel, das von dem hochtemperaturseitigen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 12 geheizt wird, erhöht werden kann, um die Temperatur der Lüftungsluft zu erhöhen.
In zehnten bis zwölften Ausführungsformen öffnet die Klimatisierungssteuerung 40 während der Entfeuchtungsheizbetriebsart beispielhaft das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang, wodurch ein Kältemittel auf einen Kältemittelkreis geschaltet wird, in dem der Außenwärmetauscher 14 und der Innenverdampfer 17 in Bezug auf die Kältemittelströmung parallel gekoppelt sind. Die Steuerung während der Entfeuchtungsheizbetriebsart ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel werden zwei Betriebsarten, nämlich erste und zweite Entfeuchtungsheizbetriebsarten, bereitgestellt. In der ersten Entfeuchtungsheizbetriebsart schließt die Klimatisierungssteuerung 40 das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang, wodurch auf den Kältemittelkreis, in dem der Außenwärmetauscher 14 und der Innenverdampfer 17 in Reihe geschaltet sind, geschaltet wird. In der zweiten Entfeuchtungsheizbetriebsart öffnet die Klimatisierungssteuerung 40 das Ein-Aus-Ventil 18d für den Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang, wodurch auf den Kältemittelkreis geschaltet wird, in dem der Außenwärmetauscher 14 und der Innenverdampfer 17 parallel geschaltet sind.
Mit zunehmender Heizkapazität für die Lüftungsluft, die für den Wärmepumpenkreislauf 10 erforderlich ist, kann die erste Entfeuchtungsheizbetriebsart auf die zweite Entfeuchtungsheizbetriebsart umgeschaltet werden.

(5) In jeder der vorstehenden Ausführungsformen wird während der Luftheizbetriebsart, wie in 4 beschrieben, mit zunehmender Heizkapazität von Lüftungsluft, die für den Wärmepumpenkreislauf 10 erforderlich ist, der Umleitungsdurchsatz erhöht, wodurch beispielsweise der Durchsatz von Kühlmittel, das aus dem Heizungskern 23 in den Strahler 24 strömt, erhöht wird. Jedoch ist die Steuerung in der Luftheizbetriebsart nicht darauf beschränkt.

Zum Beispiel kann der Betrieb der Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung (erste und zweite Kühlmitteldurchsatzeinstellventile 26a und 26b) derart gesteuert werden, dass der Umleitungsdurchsatz von Kühlmittel, das aus dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zu dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 strömt (das heißt, der Umleitungsdurchsatz von Kühlmittel, das von dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 zu dem hochdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 21 zurückkehrt) mit zunehmender Heizkapazität für die Lüftungsluft, die für den Wärmepumpenkreislauf 10 benötigt wird, verringert wird.
Da die Zunahme der Temperatur des Heizzielfluids (Lüftungsluft) mit dieser Anordnung Priorität gegenüber der Unterdrückung der Frostbildung an dem Außenwärmetauscher 14 haben kann, kann die Lüftungsluft zum Beispiel bald unmittelbar nach dem Start der Luftheizbetriebsart geheizt werden, wodurch die schnelle Luftheizung erreicht wird.

(6) Ferner ist in dem Wärmepumpensystem 1 der vorstehend erwähnten ersten bis sechsten und zehnten bis zwölften Ausführungsformen eine Temperaturerfassungseinrichtung (Kühlmitteltemperatursensor) bereitgestellt, um die Temperatur von Kühlmittel, das aus dem Kühlmitteldurchgang strömt, der in dem Inverter Inv als der externen Wärmequelle bereitgestellt ist, zu erfassen. Der Umleitungsdurchsatz kann erhöht werden, wenn die Temperatur von Kühlmittel Tw, die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfasst wird, kleiner oder gleich einer Referenzwärmemediumtemperatur KTw ist, für die bestimmt wird, dass sie die Frostbildung des Außenwärmetauschers 14 unterdrückt oder ihn entfrostet.

Folglich kann die Unterdrückung der Frostbildung oder das Entfrosten des Außenwärmetauschers 14 ungeachtet der Betriebsarten, einschließlich der Luftkühlbetriebsart, der Entfeuchtungsheizbetriebsart und der Luftheizbetriebsart, sicher ausgeführt werden. Ferner kann der Umleitungsdurchsatz erhöht werden, wenn die Außenvorrichtungstemperatur Ts, die von dem Außenwärmetauschertemperatursensor erfasst wird, kleiner oder gleich 0°C ist und wenn die Kühlmitteltemperatur Tw kleiner oder gleich der Referenzwärmemediumtemperatur KTw ist.
In der Entfeuchtungsheizbetriebsart oder der Luftheizbetriebsart jeder vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann ein Teil der in dem Kühlmittel enthaltenen Wärme, der nicht verwendet wird, um die Lüftungsluft als das Heizzielfluid zu heizen, bestimmt verwendet werden, um die Frostbildung des Außenwärmetauschers 14 zu unterdrücken oder ihn zu entfrosten. Wenn die Lüftungslufttemperatur TAV zum Beispiel größer oder gleich der Zielausblastemperatur TAO ist, kann der Umleitungsdurchsatz erhöht werden.

(7) Die vorstehend erwähnten ersten, zweiten, vierten, fünften, siebten, achten, zehnten und elften Ausführungsformen und ähnliche haben ein Beispiel beschrieben, in dem der Betrieb in der Luftheizendbetriebsart ausgeführt wird, bis die vorgegebene Zeit vergangen ist, nachdem ein Autoschalter auf dem Bedienfeld von dem Fahrgast während der Luftheizbetriebsart Aus-geschaltet wird. Die Ausführung der Luftheizendbetriebsart ist nicht darauf beschränkt.

Wenn zum Beispiel die von dem Außenwärmetauschertemperatursensor erfasste Außenvorrichtungstemperatur Ts in einem Fall, in dem der Autoschalter des Bedienfelds von dem Fahrgast während der Ausführung der Heizbetriebsart Aus-geschaltet wird, 0°C oder niedriger wird, kann die Luftheizendbetriebsart fortgesetzt werden, bis die Außenvorrichtungstemperatur höher als 0°C wird.
In einem Fahrzeug, das den Betrieb des Verbrennungsmotors beim Stoppen anhält, das heißt, dem sogenannten Leerlauf-Stoppfahrzeug, kann das Heizen der Lüftungsluft durch den Wärmepumpenkreislauf 10 synchron mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gestoppt werden, wodurch der Betrieb in der Luftheizendbetriebsart zusammen mit dem Stopp der Heizung ausgeführt wird. Während des Parkens kann der Betrieb in der Luftheizendbetriebsart durchgeführt werden.

(8) In den vorstehenden jeweiligen Ausführungsformen wird beispielhaft normales Fluorkohlenwasserstoffkältemittel als das Kältemittel verwendet, aber das Kältemittel ist nicht auf diese Art beschränkt. Zum Beispiel können ein Kohlenwasserstoff- oder Kohlendioxid verwendet werden. Ferner können die vorstehend beschriebenen Wärmepumpenkreisläufe 10 und 10a als ein überkritischer Kältekreislauf ausgebildet werden, bei dem sein hochdruckseitiger Kältemitteldruck den kritischen Druck des Kältemittels übersteigt.
(9) Die in den vorstehenden jeweiligen Ausführungsformen offenbarten Aufbauten können, soweit erforderlich, innerhalb des machbaren Bereichs kombiniert werden. Zum Beispiel kann der Inverter Inv in dem Wärmepumpensystem 1, das fähig ist, den in den vierten bis sechsten Ausführungsformen beschriebenen Gaseinspritzkreislauf aufzubauen, nicht, wie in den siebten bis neunten Ausführungsformen beschrieben, mit dem niederdruckseitigen Wärmemediumzirkulationskreis 22 verbunden sein. Wie in den zehnten bis zwölften Ausführungsformen beschrieben, können auch der hochdruckseitige Verzweigungsabschnitt 15c, der Außenvorrichtungsumleitungsdurchgang 51 und das Umleitungsdurchgang-Ein-Aus-Ventil 18c hinzugefügt werden.

Claims

Wärmepumpensystem, das umfasst: einen Wärmepumpenkreislauf (10, 10a) mit einem Kompressor (11, 11a), der geeignet ist, ein Kältemittel zu komprimieren und abzugeben, einem Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher (12), der Wärme zwischen einem von dem Kompressor (11, 11a) abgegebenen Hochdruckkältemittel und einem Wärmemedium austauscht, einer Dekompressionsvorrichtung (13), die das aus dem Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher (12) strömende Kältemittel dekomprimiert, und einem Außenwärmetauscher (14), der Wärme zwischen dem vor der Dekompressionsvorrichtung (13) dekomprimierten Kältemittel und Außenluft austauscht; einen Wärmemediumzirkulationskreis (20), in dem das Wärmemedium zirkuliert, wobei der Wärmemediumzirkulationskreis mit einem Heizwärmetauscher (23) versehen ist, der Wärme zwischen einem Heizzielfluid und dem Wärmemedium, das aus dem Wärmemedium-Kältemittel-Wärmetauscher (12) strömt, austauscht, um das Heizzielfluid zu heizen; und einen Wärmemediumstrahlungsabschnitt (24, 27), der Wärme, die in dem aus dem Heizwärmetauscher (23) strömenden Wärmemedium enthalten ist, an ein Niederdruckkältemittel abführt, das durch einen Bereich zirkuliert, der von einer Auslassseite der Dekompressionsvorrichtung (13) zu einer Ansaugöffnung des Kompressors (11, 11a) führt.
Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmemediumstrahlungsabschnitt einen Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) umfasst, der Wärme zwischen dem aus dem Heizwärmetauscher (23) strömenden Wärmemedium und der Außenluft austauscht, und der Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) und der Außenwärmetauscher (24) miteinander integriert sind, um die Wärmeübertragung zwischen dem Wärmemedium, das durch den Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) zirkuliert, und dem Kältemittel, das durch den Außenwärmetauscher (14) zirkuliert, zu ermöglichen.
Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmemediumstrahlungsabschnitt einen Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) umfasst, der Wärme zwischen dem aus dem Heizwärmetauscher (23) strömenden Wärmemedium und der Außenluft austauscht, und der Außenwärmetauscher (14) angeordnet ist, um Wärme zwischen der Außenluft, die aus dem Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) strömt, und dem von der Dekompressionsvorrichtung (13) dekomprimierten Kältemittel auszutauschen.
Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmemediumstrahlungsabschnitt einen Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (27) umfasst, der Wärme zwischen dem Wärmemedium, das aus dem Heizwärmetauscher (23) strömt, und dem Niederdruckkältemittel austauscht.
Wärmepumpensystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, das ferner umfasst: eine Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung (26a, 26b, 50a, 50b, 52), die einen Durchsatz des Wärmemediums, das aus dem Heizwärmetauscher (23) in den Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) strömt, einstellt.
Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 5, das ferner umfasst: einen Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt (40b), der einen Betrieb der Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung (26a, 26b) steuert, wobei der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt (40b) den Betrieb der Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung (26a, 26b) basierend auf einer Heizkapazität für das Heizzielfluid, die für den Wärmepumpenkreislauf (10, 10a) erforderlich ist, steuert.
Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 5, das ferner umfasst: einen Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt (40b), der einen Betrieb der Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung (26a, 26b) steuert, wobei der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt (40b) geeignet ist, einen Durchsatz des Wärmemediums, das aus dem Heizwärmetauscher (23) in den Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) strömt, zu erhöhen, wenn angefordert wird, dass der Wärmepumpenkreislauf (10, 10a) das Heizen des Heizzielfluids stoppen soll.
Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 5, das ferner umfasst: einen Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt (40b), der einen Betrieb der Wärmemediumdurchsatzeinstellvorrichtung (26a, 26b) steuert; und eine externe Wärmequelle (Inv), die in dem Wärmemediumzirkulationskreis (20) angeordnet ist, um das Wärmemedium, das in den Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) strömen soll, zu heizen, wobei der Wärmemediumdurchsatzsteuerabschnitt (40b) geeignet ist, einen Durchsatz des Wärmemediums, das aus dem Heizwärmetauscher (23) in den Wärmemediumstrahlungswärmetauscher (24) strömt, zu erhöhen, wenn eine Temperatur (Tw) des von der externen Wärmequelle (Inv) geheizten Wärmemediums kleiner oder gleich einer vorgegebenen Referenzwärmemediumtemperatur (KTw) ist.
Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 8, wobei das Wärmepumpensystem auf eine Klimaanlage für ein Fahrzeug angewendet wird, wobei die externe Wärmequelle eine fahrzeugmontierte Vorrichtung (Inv) ist, die während des Betriebs Wärme erzeugt, und das Heizzielfluid Lüftungsluft ist, die in ein Fahrzeuginneres geblasen werden soll.