DE112017000488T5

DE112017000488T5 - Wärmepumpensystem

Info

Publication number: DE112017000488T5
Application number: DE112017000488.8T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Tada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-10-31
Also published as: US10889163B2; JP6493370B2; CN108474603B; US20190030992A1; JP2017133823A; CN108474603A

Abstract

Ein Wärmepumpensystem hat einen Wärmepumpenkreis (10), einen Wärmemediumzirkulationskreislauf (20) und eine Kältekreisvorrichtung. Der Wärmepumpenkreis hat einen Kompressor (11), einen ersten Wärmetauscher (12), einen Dekompressor (13) und einen außenseitigen Wärmetauscher. Der Wärmemediumzirkulationskreislauf hat eine Pumpvorrichtung (21) und einen zweiten Wärmetauscher (22). Die Kältekreisvorrichtung hat eine Drosselöffnungsgradsteuerungseinrichtung (40b), die gestaltet ist, um einen Öffnungsgrad des Dekompressors zu steuern, eine Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung (40c), die gestaltet ist, um eine Pumpkapazität der Pumpvorrichtung zu steuern, und eine Frostbildungsbestimmungseinrichtung (S1), die gestaltet ist, um zu bestimmen, ob Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist. Die Kältekreisvorrichtung ist gestaltet, um einen Entfrostungsbetrieb durchzuführen, wenn die Frostbildungsbestimmungseinrichtung bestimmt, dass Frost gebildet ist. Die Drosselöffnungsgradsteuerungseinrichtung ist gestaltet, um den Öffnungsgrad in dem Entfrostungsbetrieb zu erhöhen. Die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung ist gestaltet, um die Pumpkapazität in dem Entfrostungsbetrieb mit einer Erhöhung einer erforderten Erwärmungskapazität zu erhöhen, die zum Erwärmen des Erwärmungszielfluids erfordert ist, wobei die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung die Pumpkapazität innerhalb eines Bereichs erhöht, in dem eine Temperatur des Kältemittels, das in den außenseitigen Wärmetauscher strömt, den Frost schmelzen kann, der an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist.

Description

QUERBEZUG ZU VERWANDTER ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf und nimmt hierin durch Bezugnahme die japanische Patentanmeldungen Nummer 2016-011531, die am 25. Januar 2016 eingereicht wurde, und Nummer 2016-236054 auf, die am 5. Dezember 2016 eingereicht wurde.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Wärmepumpensystem, das ein Wärmemedium durch einen Wärmepumpenkreis erwärmt und ein Erwärmungszielfluid durch Verwenden des erwärmten Wärmemediums als eine Wärmequelle erwärmt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlich offenbart Patentdokument 1 ein Wärmepumpensystem, das heißes Wasser erwärmt, das ein Wärmemedium ist, durch einen Wärmepumpenkreis (das heißt einen Kältekreis der Dampfkompressionsart) und Wärme zwischen erwärmtem heißem Wasser und geblasener Luft austauscht, die ein Erwärmungszielfluid ist.
Das Wärmepumpensystem von Patentdokument 1 führt einen Entfrostungsbetrieb durch, um Frost zu entfernen, wenn Frost an einem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist, der als ein Verdampfer des Wärmepumpenkreises funktioniert. Im Speziellen führt das Wärmepumpensystem von Patentdokument 1 ein sogenanntes Heißgasentfrosten durch, bei dem ein Öffnungsgrad eines Expansionsventils des Wärmepumpenkreises in dem Entfrostungsbetrieb erhöht wird, um den Frost durch Erhöhen der Temperatur des Kältemittels zu entfernen, das in den außenseitigen Wärmetauscher strömt.
DOKUMENT DES STANDS DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: JP 4631576 B2
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem Wärmepumpensystem von Patentdokument 1 wird unter der Voraussetzung, dass die Temperatur des heißen Wassers während des Entfrostungsbetriebs gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, der Öffnungsgrad des Expansionsventils derart eingestellt, dass die Temperatur eines Kältemittels, das aus einem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher ausströmt, der Wärme zwischen einem Hochdruckkältemittel und dem heißen Wasser austauscht, die Temperatur des heißen Wassers wird.
Gemäß einer Studie des Erfinders der vorliegenden Offenbarung wird in dem Wärmepumpensystem des Patentdokuments 1 eine Entfrostungskapazität zum Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers geändert, wenn sich die Temperatur des heißen Wassers ändert und demzufolge kann das Wärmepumpensystem ein stabiles Entfrosten nicht durchführen. Wenn sich beispielsweise die Temperatur eines heißen Wassers verringert, kann sich die Entfrostungszeit verlängern. Falls des Weiteren die Temperatur des heißen Wassers niedrig ist, kann die Erwärmungskapazität der geblasenen Luft ungenügend werden.
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Punkte ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ein Wärmepumpensystem vorzusehen, das eine Verringerung einer Erwärmungskapazität zum Erwärmen eines Erwärmungszielfluids unterdrücken kann, während es eine stabile Entfrostungskapazität während eines Entfrostungsbetriebs bietet.
Ein Wärmepumpensystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung hat einen Wärmepumpenkreis, einen Wärmemediumzirkulationskreis und eine Kältekreisvorrichtung. Der Wärmepumpenkreis hat einen Kompressor, der gestaltet ist, um ein Kältemittel zu komprimieren und abzugeben, einen ersten Wärmetauscher, der gestaltet ist, um Wärme zwischen einem Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor abgegeben wird, und einem Wärmemedium zu tauschen, einen Dekompressor, der gestaltet ist, um das Kältemittel, das aus dem ersten Wärmetauscher ausströmt, zu dekomprimieren, und einen außenseitigen Wärmetauscher, der gestaltet ist, um Wärme zwischen einem Niedrigdruckkältemittel, das durch den Dekompressor dekomprimiert ist, und außenseitiger Luft zu tauschen. Der Wärmemediumzirkulationskreislauf hat eine Pumpvorrichtung, die gestaltet ist, um das Wärmemedium zu pumpen, und einen zweiten Wärmetauscher, der gestaltet ist, um ein Erwärmungszielfluid durch Tauschen von Wärme zwischen dem Wärmemedium, das aus dem ersten Wärmetauscher ausströmt, und den Erwärmungszielfluid zu erwärmen. Die Kältekreisvorrichtung hat eine Drosselöffnungsgradsteuerungseinrichtung, die gestaltet ist, um einen Öffnungsgrad des Dekompressors zu steuern, eine Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung, die gestaltet ist, um eine Pumpkapazität der Pumpenvorrichtung zu steuern und eine Frostbildungsbestimmungseinrichtung, die gestaltet ist, um zu bestimmen, ob Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist. Die Kältekreisvorrichtung ist gestaltet, um einen Entfrostungsbetrieb durchzuführen, um den außenseitigen Wärmetauscher zu entfrosten, wenn die Frostbildungsbestimmungseinrichtung bestimmt, dass Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist. Die Drosselöffnungsgradsteuerungseinrichtung ist gestaltet, um den Öffnungsgrad in dem Entfrostungsbetrieb zu erhöhen. Die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung ist gestaltet, um die Pumpkapazität in dem Entfrostungsbetrieb mit einer Erhöhung einer erforderten Erwärmungskapazität, die zum Erwärmen des Erwärmungszielfluids erfordert ist, zu erhöhen, wobei die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung die Pumpkapazität innerhalb eines Bereichs erhöht, in dem eine Temperatur des Kältemittels, das in den außenseitigen Wärmetauscher strömt, den Frost schmelzen kann, der an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist.
Demgemäß kann, da die Drosselöffnungsgradsteuerungseinrichtung den Öffnungsgrad des Dekompressors erhöht, das Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers durch Erhöhen der Temperatur des Kältemittels durchgeführt werden, das in den außenseitigen Wärmetauscher strömt.
Zu dieser Zeit, da die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung die Pumpkapazität mit einer Erhöhung der erforderten Erwärmungskapazität erhöht, ist es möglich, zu verhindern, dass das Kältemittel Wärme ableitet, die zum Entfrosten durch den ersten Wärmetauscher erfordert ist. Des Weiteren ist es möglich, die Temperaturverringerung des Wärmemediums zu unterdrücken, das aus dem ersten Wärmetauscher ausströmt, und das Wärmemedium mit einer relativ hohen Temperatur zu dem zweiten Wärmetauscher zuzuführen.
Das heißt gemäß diesem Aspekt ist es möglich, ein Wärmepumpensystem vorzusehen, das eine Verringerung einer Erwärmungskapazität zum Erwärmen eines Erwärmungszielfluids unterdrücken kann, während es eine stabile Entfrostungskapazität während eines Entfrostungsbetriebs bietet.
Hier ist die Frostbildungsbestimmungseinrichtung, die in den Ansprüchen beschrieben ist, nicht auf eine Bestimmungseinrichtung beschränkt, die bestimmt, ob Frost tatsächlich an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist. Beispielsweise sind eine Bestimmungseinrichtung, die gestaltet ist, um zu bestimmen, ob der Betriebszustand eine Frostbildung an dem außenseitigen Wärmetauscher verursachen kann, und eine Bestimmungseinrichtung, die gestaltet ist, um zu bestimmen, ob es eine Möglichkeit einer Frostbildung an dem außenseitigen Wärmetauscher gibt, auch in der Bedeutung des Ausdrucks „Frostbildungsbestimmungseinrichtung“ umfasst.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Gesamtaufbau eines Wärmepumpensystems eines ersten Ausführungsbeispiels darstellt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Steuerungseinrichtung des Wärmepumpensystems des ersten Ausführungsbeispiels darstellt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsprozess des Wärmepumpensystems des ersten Ausführungsbeispiels darstellt.
4 ist ein Mollier-Diagramm, das eine Zustandsänderung eines Kältemittels in dem Wärmepumpenkreis während des Entfrostungsbetriebs darstellt.
5 ist ein Mollier-Diagramm, das eine Zustandsänderung eines Kältemittels in einem Wärmepumpenkreis eines Vergleichsbeispiels darstellt, wenn eine Pumpkapazität einer Wasserpumpe während eines Entfrostungsbetriebs erhöht ist.
6 ist ein Mollier-Diagramm, das eine Zustandsänderung eines Kältemittels in dem Wärmepumpenkreis des Vergleichsbeispiels darstellt, wenn die Wasserpumpe während eines Entfrostungsbetriebs gestoppt wird.
7 ist ein Zeitdiagramm, das eine zeitliche Änderung der Erwärmungskapazität und dergleichen während des Entfrostungsbetriebs des Wärmepumpensystems des ersten Ausführungsbeispiels darstellt.
8 ist ein schematisches Diagramm, das einen Gesamtaufbau eines Wärmepumpensystems eines zweiten Ausführungsbeispiels darstellt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das einen Gesamtaufbau eines Wärmepumpensystems eines dritten Ausführungsbeispiels darstellt.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsprozess des Wärmepumpensystems eines vierten Ausführungsbeispiels darstellt.
11 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuerungsprozess des Wärmepumpensystems eines fünften Ausführungsbeispiels darstellt.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUR NUTZUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele zum Realisieren der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In jedem Ausführungsbeispiel sind Abschnitte, die den Elementen entsprechen, die in den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Erklärung kann weggelassen sein. In jedem der Ausführungsbeispiele können, wenn nur ein Teil der Gestaltung beschrieben ist, die anderen Teile der Gestaltung auf die anderen Ausführungsbeispiele angewendet werden, die vorstehend beschrieben sind. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf Kombinationen von Ausführungsbeispielen beschränkt, die Teile kombinieren, die explizit als kombinierbar beschrieben sind. Solange keine Probleme vorhanden sind, können die verschiedenen Ausführungsbeispiele teilweise miteinander kombiniert werden, selbst falls es nicht explizit beschrieben ist.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf 1 bis 7 beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Wärmepumpensystem 1 der vorliegenden Offenbarung auf eine Luftklimatisierungsvorrichtung für ein Hybridfahrzeug angewendet, das eine Antriebskraft zum Fahrzeugfahren von sowohl einer Brennkraftmaschine (Maschine) 60 als auch einen Fahrelektromotor erhält. Das Wärmepumpensystem 1 einer Klimaanlage für ein Fahrzeug führt eine Funktion des Erwärmens oder des Kühlens von geblasener Luft, die in ein Fahrzeugabteil geblasen wird, das ein Luftklimatisierungszielraum ist, durch.
Das Wärmepumpensystem 1 hat einen Wärmepumpenkreis 10, der ein Kältekreis der Dampfkompressionsart zum Erwärmen oder Kühlen der geblasenen Luft ist, und einen Wärmemediumzirkulationskreislauf 20, in dem ein Kühlwasser der Maschine 60 zirkuliert. Wenn die geblasene Luft erwärmt ist, kann das Wärmepumpensystem 1 das Kühlwasser durch den Wärmepumpenkreis 10 erwärmen und die geblasene Luft durch Verwenden des erwärmten Kühlwassers als eine Wärmequelle erwärmen. Deshalb ist in dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Erwärmungszielfluid die geblasene Luft und das Wärmemedium ist das Kühlwasser.
Des Weiteren ist der Wärmepumpenkreis 10 gestaltet, um den Kältemittelkreislauf umzuschalten. Im Speziellen ist der Wärmepumpenkreis 10 gestaltet, um zwischen Folgendem umzuschalten: einem Kältemittelkreislauf für einen Kühlungsbetrieb zum Kühlen des Fahrzeugabteils durch Kühlen der geblasenen Luft; einem Kältemittelkreislauf für einen Erwärmungsbetrieb zum Erwärmen des Fahrzeugabteils durch Erwärmen der geblasenen Luft; und einem Kältemittelkreislauf für einen Entfeuchtungserwärmungsbetrieb, in dem die geblasene Luft, die gekühlt und entfeuchtet worden ist, wieder erwärmt wird, um ein Entfeuchten und ein Erwärmen des Fahrzeugabteils durchzuführen.
In 1 ist eine Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf für den Kühlungsbetrieb durch umrissene Pfeile gekennzeichnet. Eine Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf für den Erwärmungsbetrieb ist durch schwarze Pfeile gekennzeichnet. Eine Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf für den Entfeuchtungserwärmungsbetrieb ist durch Pfeile gekennzeichnet, die mit diagonalen Linien schraffiert sind. Des Weiteren ist, zusätzlich zu dem Kühlungsbetrieb, dem Erwärmungsbetrieb und dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb der Wärmepumpenkreis 10 gestaltet, um einen Entfrostungsbetrieb zum Entfernen von Frost durchzuführen, wenn der Frost an einem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist, der später beschrieben wird.
Des Weiteren wird in dem Wärmepumpenkreis 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein HFC-basiertes Kältemittel (im Speziellen R134a) als das Kältemittel verwendet, und ein subkritischer Kältekreis, in dem der hochdruckseitige Kältemitteldruck den kritischen Druck des Kältemittels nicht übersteigt, ist gebildet. Kühlmaschinenöl zum Schmieren eines Kompressors 11 ist in das Kältemittel gemischt, und ein Teil des Kühlmaschinenöls zirkuliert in dem Kreis zusammen mit dem Kältemittel.
Der Kompressor 11, der den Wärmepumpenkreis 10 bildet, ist in dem Maschinenraum angeordnet. Der Kompressor 11 saugt das Kältemittel in dem Wärmepumpenkreis 10 an, komprimiert das Kältemittel, um ein Hochdruckkältemittel zu sein, und gibt das Kältemittel ab. Im Speziellen ist der Kompressor 11 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein elektrischer Kompressor, der einen Kompressionsmechanismus einer Bauart mit fester Verdrängung und einen Elektromotor, der den Kompressionsmechanismus antreibt, in einem Gehäuse beherbergt.
Verschiedene Kompressionsmechanismen wie ein Kompressionsmechanismus einer Schneckenbauart und ein Kompressionsmechanismus einer Flügelbauart können als der Kompressionsmechanismus verwendet werden. Zusätzlich wird der Betrieb (eine Drehzahl) des Elektromotors durch ein Steuerungssignal gesteuert, das von einer Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird, die später beschrieben wird, und entweder ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor kann als der Elektromotor verwendet werden.
Eine Kältemitteleinlassseite eines Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 ist mit einem Abgabeanschluss des Kompressors 11 verbunden. Der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ist ein erster Wärmetauscher zum Tauschen von Wärme zwischen dem Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, und dem Kühlwasser, das durch den Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert.
Ein Wärmetauscher, der mehrere Rohre, Wasserdurchgänge und innere Rippen hat, kann als der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 verwendet werden. Die Rohre definieren Kältemitteldurchgänge, durch die hindurch das Hochdruckkältemittel strömt. Wasserdurchgänge, durch die hindurch das Kühlwasser strömt, sind zwischen benachbarten Rohren definiert. Die inneren Rippen sind in den Wasserdurchgängen vorgesehen und verbessern den Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlwasser.
Eine Auslassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 ist mit einer Einlassseite eines Erwärmungsexpansionsventils 13 verbunden. Das Erwärmungsexpansionsventil 13 ist ein Dekompressor zum Verringern des Drucks des Hochdruckkältemittels, das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ausströmt, beispielsweise während eines Erwärmungsbetriebs. Im Speziellen ist das Erwärmungsexpansionsventil 13 ein elektrischer und variabler Drosselmechanismus, der einen Ventilkörper, der gestaltet ist, um einen Öffnungsgrad zu ändern, und ein elektrisches Stellglied hat, das einen Schrittmotor hat, der gestaltet ist, um den Öffnungsgrad durch Bewegen des Ventilkörpers zu ändern.
Das Erwärmungsexpansionsventil 13 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein variabler Drosselmechanismus mit einer vollständig geöffneten Funktion. Das Erwärmungsexpansionsventil 13 funktioniert als ein einfacher Kältemitteldurchgang, der fast keine Kältemitteldruckverringerungswirkungsweise ausübt, wenn der Drosselöffnungsgrad festgelegt ist, um in einem vollständig geöffneten Zustand zu sein. Der Betrieb des Erwärmungsexpansionsventils 13 wird durch ein Steuerungssignal gesteuert, das von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird.
Eine Auslassseite des Erwärmungsexpansionsventils 13 ist mit einer Kältemitteleinlassseite des außenseitigen Wärmetauschers 14 verbunden. Der außenseitige Wärmetauscher 14 ist an einer vorderen Seite in dem Maschinenraum angeordnet und tauscht Wärme zwischen dem Kältemittel an der stromabwärtigen Seite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 und außenseitiger Luft aus, die von einem Gebläseventilator 14a geblasen wird.
Der außenseitige Wärmetauscher 14 funktioniert als ein Radiator, der Wärme des Hochdruckkältemittels wenigstens in dem Kühlungsbetrieb freisetzt, und funktioniert als ein Verdampfer, der das Niedrigdruckkältemittel verdampft, das durch das Erwärmungsexpansionsventil 13 dekomprimiert ist, derart, dass das Niedrigdruckkältemittel einen Wärmeabsorptionseffekt wenigstens in dem Erwärmungsbetrieb ausübt. Der Gebläseventilator 14a ist ein elektrisches Gebläse, dessen Verfügbarkeit, das heißt dessen Drehzahl (eine Blaskapazität), durch eine Steuerungsspannung gesteuert wird, die von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird.
Ein Kältemitteleinlass eines Zweigabschnitts 15a, der die Strömung des Kältemittels trennt, das aus dem außenseitigen Wärmetauscher 14 ausströmt, ist mit einer Kältemittelauslassseite des außenseitigen Wärmetauschers 14 verbunden.
Der Zweigabschnitt 15a ist eine Dreiwegeverbindung, und einer der drei Einlässe und Auslässe ist ein Kühlmitteleinströmanschluss und die verbleibenden zwei sind Kühlmittelausströmanschlüsse. Die Dreiwegeverbindung kann durch Verbinden von Rohren mit verschiedenen Rohrdurchmessern oder durch Ausbilden von Kühlmitteldurchgängen in einem Metallblock oder einem Harzblock ausgebildet sein.
Eine Kältemittelauslassseite des Zweigabschnitts 15a ist mit einer Kältemitteleinlassseite eines Kühlungsexpansionsventils 16 verbunden. Die andere Kältemittelauslassseite des Zweigabschnitts 15a ist mit einem Umgehungsdurchgang 18 verbunden, der das Kältemittel, das aus dem Zweigabschnitt 15a ausströmt, zu einem Einlass eines Druckspeichers, der später beschrieben wird, beispielsweise derart führt, dass das Kältemittel das Kühlungsexpansionsventil 16 umgeht.
Der grundlegende Aufbau des Kühlungsexpansionsventils 16 ist der gleiche wie der des Erwärmungsexpansionsventils 13. Des Weiteren ist das Kühlungsexpansionsventil 16 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein variabler Drosselmechanismus, der eine vollständige Schließfunktion hat, um den Kältemitteldurchgang zu schließen, zusätzlich zu der vollständig geöffneten Funktion, um den Kältemitteldurchgang vollständig zu öffnen, der sich von der Kältemittelauslassseite des außenseitigen Wärmetauschers 14 zu der Kältemitteleinlassseite des innenseitigen Verdampfers 17 erstreckt.
Der Wärmepumpenkreis 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann den Kältemittelkreislauf, in dem das Kältemittel zirkuliert, durch Schließen des Kältemitteldurchgangs durch das Kühlungsexpansionsventil 16 umschalten. Deshalb funktioniert das Kühlungsexpansionsventil 16 des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch als eine Kältemittelkreislaufumschaltvorrichtung.
Eine Auslassseite des Kühlungsexpansionsventils 16 ist mit einer Kältemitteleinlassseite des innenseitigen Verdampfers 17 verbunden. Der innenseitige Verdampfer 17 ist einem Gehäuse 31 einer innenseitigen Luftklimatisierungseinheit 30 angeordnet, die später beschrieben wird. Der innenseitige Verdampfer 17 ist ein Kühlungswärmetauscher zum Kühlen der geblasenen Luft durch Verdampfen des Kältemittels, das durch diesen hindurch strömt, durch einen Wärmetausch zwischen der geblasenen Luft und dem Kältemittel wenigstens in dem Kühlungsbetrieb und dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb.
Eine Einlassseite eines Druckspeichers 19 ist mit einer Kältemittelauslassseite des innenseitigen Verdampfers 17 über einen Verbindungsabschnitt 15b verbunden. Der Druckspeicher 19 ist ein Gas-Flüssigkeits-Trenner, der Flüssigkeit von Gas von dem Kältemittel trennt, das in den Druckspeicher 19 strömt, und speichert das überschüssige Kältemittel in der flüssigen Phase in dem Kreis. Der Verbindungsabschnitt 15b ist eine Dreiwegeverbindung, in gleicher Weise wie der Zweigabschnitt 15a, und zwei der drei Einlässe und Auslässe sind Kühlmitteleinströmanschlüsse, und der verbleibende ist ein Kühlmittelausströmanschluss.
Des Weiteren ist eine Auslassseite des Umgehungsdurchgangs 18 mit dem Kältemitteleinströmanschluss des Verbindungsabschnitts 15b des vorliegenden Ausführungsbeispiels verbunden. Ein Öffnungs-/Schließventil 18a zum Öffnen und Schließen des Umgehungsdurchgangs 18 ist in dem Umgehungsdurchgang 18 angeordnet. Der Öffnungs-/Schließbetrieb des Öffnungs-/Schließventils 18a wird durch eine Steuerungsspannung von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 gesteuert. Das Öffnungs-/Schließventil 18a funktioniert zusammen mit dem Kühlungsexpansionsventils 16 als eine Kältemittelkreislaufumschaltvorrichtung.
Die Ansaugseite des Kompressors 11 ist mit einem Kältemittelauslass des Druckspeichers 19 verbunden. Deshalb beschränkt der Druckspeicher 19 ein Ansaugen eines Kältemittels in der flüssigen Phase in den Kompressor 11, um eine Flüssigkeitskompression des Kompressors 11 zu verhindern.
Als nächstes wird der Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 beschrieben. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 ein Wärmemediumkreislauf, in dem ein Kühlwasser zum Kühlen der Maschine 60 zirkuliert. Deshalb ist der Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 mit einem Kühlwasserdurchgang verbunden, der in der Maschine 60 ausgebildet ist. Des Weiteren ist eine Wasserpumpe 21 zum Zirkulieren des Kühlwassers in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 angeordnet.
Die Wasserpumpe 21 ist eine Pumpvorrichtung, die das Kühlwasser, das aus dem Erwärmerkern 22 ausströmt, zu der Einlassseite des Kühlwasserdurchgangs der Maschine 60 pumpt. Eine Drehzahl (eine Wasserpumpkapazität) der Wasserpumpe 21 wird durch eine Steuerungsspannung gesteuert, die von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird.
Eine Auslassseite des Kühlwasserdurchgangs der Maschine 60 ist mit einer Einlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 verbunden. Des Weiteren ist die Auslassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 mit einem Wärmemediumeinströmanschluss eines Erwärmerkerns 22 verbunden. Der Erwärmerkern 22 ist ein zweiter Wärmetauscher, der in dem Gehäuse 31 der innenseitigen Luftklimatisierungseinheit 30 angeordnet ist, und tauscht Wärme zwischen dem Kühlwasser, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 erwärmt ist, und der geblasenen Luft aus, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 hindurch gegangen ist, und erwärmt die geblasene Luft.
Demzufolge zirkuliert, wenn die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Wasserpumpe 21 betätigt, das Kühlwasser in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20, in der Reihenfolge von der Wasserpumpe 21, der Maschine 60, des Wasserdurchgangs des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12, des Erwärmerkerns 22 und der Wasserpumpe 21, wie in 1 gezeigt ist. Somit strömt in dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Kühlwasser, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 erwärmt ist, in den Erwärmerkern 22, um beispielsweise die geblasene Luft in dem Erwärmungsbetrieb zu erwärmen.
Darüber hinaus ist ein Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 mit der Maschine 60 verbunden. Der Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 ist ein Wasserzirkulationskreislauf zum Ableiten von Wärme des Kühlwassers, das durch Absorbieren der Abwärme der Maschine 60 erwärmt worden ist. Der Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 ist parallel zu dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 verbunden. Des Weiteren ist ein Radiator 26 in dem Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 angeordnet.
Der Radiator 26 ist ein Wärmeableitungswärmetauscher, der Wärme zwischen dem Kühlwasser und der außenseitigen Luft austauscht, um Wärme des Kühlwassers abzuleiten. Des Weiteren ist eine mechanische Wasserpumpe (nicht gezeigt), die in Verbindung mit der Maschine 60 arbeitet, in dem Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 angeordnet. Deshalb zirkuliert, wenn die Maschine 60 betätigt wird, das Kühlwasser zwischen der Maschine 60 und dem Radiator 26, wie durch gestrichelte Pfeile in 1 gekennzeichnet ist.
Wenn die Maschine 60 in Betrieb ist, absorbiert das Kühlwasser die Abwärme der Maschine 60 und erhöht seine Temperatur. Deshalb funktioniert die Maschine 60 auch als eine Erwärmungseinheit, die das Kühlwasser erwärmt.
Als nächstes wird die innenseitige Luftklimatisierungseinheit 30 beschrieben. Die innenseitige Luftklimatisierungseinheit 30 ist im Inneren einer Instrumententafel an dem vordersten Teil des Inneren des Fahrzeugabteils angeordnet. Die innenseitige Luftklimatisierungseinheit 30 beherbergt das Gebläse 32, den innenseitigen Verdampfer 17 und den Erwärmerkern 23 beispielsweise in dem Gehäuse 31, das die äußere Schale der innenseitigen Luftklimatisierungseinheit 30 bildet, um die geblasene Luft, deren Temperatur durch das Wärmepumpensystem 1 eingestellt ist, in das Fahrzeugabteil zu blasen.
Das Gehäuse 31 ist aus Harz ausgebildet, das einen gewissen Grad einer Elastizität hat und eine exzellente Festigkeit hat (beispielsweise Polypropylen). Das Gehäuse 31 definiert einen Luftdurchgang der geblasenen Luft, die zu dem Fahrzeugabteil geliefert wird. An der stromaufwärtigsten Seite des Gehäuses 31 mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft ist eine Innenseite-Außenseite-Luftumschaltvorrichtung 33 zum wahlweisen Einleiten von innenseitiger Luft (Luft in dem Fahrzeugabteil) und außenseitiger Luft (Luft außerhalb des Fahrzeugabteils) in das Gehäuse 31 angeordnet.
Die Innenseite-Außenseite-Luftumschaltvorrichtung 33 stellt den Öffnungsbereich des Innenseitenlufteinleitungsanschlusses zum Einleiten der innenseitigen Luft in das Gehäuse 31 und des Außenseitenlufteinleitungsanschlusses zum Einleiten der außenseitigen Luft durch eine Innenseite-Außenseite-Luftumschalttür ein, um eine Einleitungsrate einer eingeleiteten Luftströmung einzustellen. Die Innenseite-Außenseite-Luftumschalttür wird durch ein elektrisches Stellglied für die Innenseite-Außenseite-Luftumschalttür betätigt. Das elektrische Stellglied wird durch ein Steuerungssignal gesteuert, das von der Luftklimatisierungseinrichtung 40 ausgegeben wird.
Ein Gebläse 32, das geblasene Luft, die durch die Innenseite-Außenseite-Luftumschaltvorrichtung 33 angesaugt wird, zu dem Fahrzeugabteil bläst, ist stromabwärts der Innenseite-Außenseite-Luftumschaltvorrichtung 33 mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft gelegen. Das Gebläse 32 ist ein elektrisches Gebläse, in dem ein Mehrflügelzentrifugalventilator (Siroccoventilator) durch einen Elektromotor betätigt wird. Eine Drehzahl (eine Menge von geblasener Luft) des Gebläses 32 wird durch die Steuerungsspannung gesteuert, die von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird.
Der innenseitige Verdampfer 17 und der Erwärmerkern 23 sind stromabwärts des Gebläses 32 in dieser Reihenfolge mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft gelegen. Das heißt der innenseitige Verdampfer 17 ist stromaufwärts des Erwärmerkerns 23 mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft gelegen. In dem Gehäuse 31 ist ein Kaltluftumgehungsdurchgang 35 definiert, durch den hindurch die geblasene Luft, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist, den Erwärmerkern 23 umgeht und zu der stromabwärtigen Seite strömt,.
Eine Luftmischtür 34, die die Volumenrate der Luft, die durch den Erwärmerkern 23 strömt, in der geblasenen Luft einstellt, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist, ist stromabwärts des innenseitigen Verdampfers 17 und stromaufwärts des Erwärmerkerns 23 mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft gelegen.
Ein Mischraum, in dem die geblasene Luft, die durch den Erwärmerkern 23 erwärmt worden ist, und die geblasene Luft gemischt werden, die durch den Kaltluftumgehungsdurchgang 35 strömt und durch den Erwärmerkern 23 nicht erwärmt wird, ist stromabwärts des Erwärmerkerns 23 gelegen. Ein offenes Loch, durch das die geblasene Luft (klimatisierte Luft), die in dem Mischraum gemischt worden ist, in das Fahrzeugabteil geblasen wird, das der Luftklimatisierungszielraum ist, ist in einem stromabwärtigsten Teil des Gehäuses 31 gelegen.
Die offenen Löcher umfassen ein Gesichtsöffnungsloch, ein Fußöffnungsloch und ein Entnebelungsöffnungsloch (alle sind nicht gezeigt). Das Gesichtsöffnungsloch ist ein Öffnungsloch zum Blasen der klimatisierten Luft zu dem oberen Körper eines Insassen in dem Fahrzeugabteil. Das Fußöffnungsloch ist ein Öffnungsloch zum Blasen der klimatisierten Luft zu Füßen eines Insassen in dem Fahrzeugabteil. Das Entnebelungsöffnungsloch ist ein Öffnungsloch zum Blasen der klimatisierten Luft zu der Innenseite einer Windschutzscheibe.
Das Gesichtsöffnungsloch, das Fußöffnungsloch und das Entnebelungsöffnungsloch sind jeweils mit einem Gesichtsblasanschluss, einem Fußblasanschluss und einem Entnebelungsblasanschluss (alle nicht gezeigt) in dem Fahrzeugabteil durch Kanäle verbunden, die Luftdurchgänge definieren.
Die Luftmischtür 34 stellt den Anteil der Luft, die durch den Erwärmerkern 23 hindurchgeht, und der Luft ein, die durch den Kaltluftumgehungsdurchgang 35 strömt, und demzufolge wird die Temperatur der klimatisierten Luft, die in dem Mischraum gemischt wird, eingestellt. Demgemäß wird die Temperatur der geblasenen Luft (der klimatisierten Luft), die in das Fahrzeugabteil durch die Blasanschlüsse geblasen wird, eingestellt.
Das heißt die Luftmischtür 34 arbeitet als ein Temperatureinstellungsabschnitt, der die Temperatur der klimatisierten Luft einstellt, die in das Fahrzeugabteil geblasen wird. Die Luftmischtür 34 wird durch ein elektrisches Stellglied für die Luftmischtür betätigt. Das elektrische Stellglied wird durch ein Steuerungssignal gesteuert, das von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird.
Eine Gesichtstür (nicht gezeigt), die einen Öffnungsbereich des Gesichtsöffnungslochs einstellt, ist stromaufwärts des Gesichtsöffnungslochs mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft gelegen. Eine Fußtür (nicht gezeigt), die einen Öffnungsbereich des Fußöffnungslochs einstellt, ist stromaufwärts des Fußöffnungslochs mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft gelegen. Eine Entnebelungstür (nicht gezeigt), die einen Öffnungsbereich des Entnebelungsöffnungslochs einstellt, ist stromaufwärts des Entnebelungsöffnungslochs mit Bezug auf die Strömung der geblasenen Luft gelegen.
Die Gesichtstür, die Fußtür und die Entnebelungstür bilden eine Öffnungslochmodusumschaltvorrichtung, die einen Öffnungslochmodus umschaltet, und sind mit einem elektrischen Stellglied zum Betätigen der Blasanschlussmodustür über einen Gelenkmechanismus verbunden. Die Gesichtstür, die Fußtür und die Entnebelungstür werden betätigt, um zusammen mit dem elektrischen Stellglied zu drehen. Der Betrieb des elektrischen Stellglieds wird durch ein Steuerungssignal gesteuert, das von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird.
Der Blasanschlussmodus, der durch die Blasanschlussmodusumschaltvorrichtung umgeschaltet wird, umfasst einen Gesichtsmodus, einen Bi-Level-Modus und einen Fußmodus beispielsweise.
In dem Gesichtsmodus ist der Gesichtsblasanschluss vollständig geöffnet, so dass die Luft zu dem oberen Körper eines Insassens durch den Gesichtsblasanschluss geblasen wird. In dem Bi-Level-Modus sind der Gesichtsblasanschluss und der Fußblasanschluss vollständig geöffnet, so dass die Luft zu dem oberen Körper und zu Füßen eines Insassen geblasen wird. In dem Fußmodus ist der Fußblasanschluss vollständig geöffnet und der Entfrosterblasanschluss ist mit einem kleinen Öffnungsgrad geöffnet, so dass die Luft hauptsächlich durch den Fußblasanschluss geblasen wird.
Ein Insasse kann einen Entnebelungsmodus, in dem der Entnebelungsblasanschluss vollständig geöffnet ist, so dass die Luft zu der Innenseite der Windschutzscheibe geblasen wird, durch manuelles Betätigen eines Blasmodusumschaltschalters festlegen, der an einer Bedientafel 50 vorgesehen ist.
Als nächstes wird eine Übersicht einer elektronischen Steuerungseinheit des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 umfasst einen bekannten Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen, und Peripheriekreise. Die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 führt verschiedene Berechnungen und Prozesse auf der Basis von Luftklimatisierungssteuerungsprogrammen durch, die in dem ROM gespeichert sind, und steuert Betätigungen der verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen 11, 13, 14a, 16, 18a, 21, 32, etc., die mit der Ausgangsseite verbunden sind.
Mit der Eingangsseite der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 sind beispielsweise ein Innenseitenlufttemperatursensor 41, ein Außenseitenlufttemperatursensor 42, ein Sonnenstrahlungssensor 43, ein erster und ein zweiter Wassertemperatursensor 44a, 44b, ein erster bis dritter Kältemitteltemperatursensor 45a bis 45c, ein Kältemitteldrucksensor 46, ein Verdampfertemperatursensor 47, ein Temperatursensor 48 für klimatisierte Luft und ein Einströmlufttemperatursensor 49 verbunden, wie in einem Blockdiagramm in 2 gezeigt ist. Erfassungssignale dieser Sensorgruppe werden in die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 eingegeben.
Der Innenseitenlufttemperatursensor 41 ist eine Innenseitenlufttemperaturerfassungseinheit, die eine Fahrzeugabteilinnentemperatur (eine Temperatur einer innnenseitigen Luft) Tr erfasst. Der Außenseitenlufttemperatursensor 42 ist eine Außenseitenlufttemperaturerfassungseinheit, die eine Fahrzeugabteilaußentemperatur (eine Temperatur einer außenseitigen Luft) Tam erfasst. Der Sonnenstrahlungssensor 43 ist eine Sonnenstrahlungserfassungseinheit, der eine Sonnenstrahlung As in dem Fahrzeugabteil erfasst.
Der erste Wassertemperatursensor 44a ist eine erste Wassertemperaturerfassungseinheit, die eine einlassseitige Wassertemperatur TW1 des Kühlwassers erfasst, das in den Wasserdurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt. Der zweite Wassertemperatursensor 44b ist eine zweite Wassertemperaturerfassungseinheit, die eine auslassseitige Wassertemperatur TW2 des Kühlwassers erfasst, das aus dem Wasserdurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 ausströmt.
Der erste Kältemitteltemperatursensor 45a ist eine erste Kältemitteltemperaturerfassungseinheit, die eine einlassseitige Kältemitteltemperatur TD1 des Kältemittels erfasst, das durch den Kompressor 11 abgegeben wird und in einen Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt. Der zweite Kältemitteltemperatursensor 45b ist eine zweite Kältemitteltemperaturerfassungseinheit, die eine auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 des Kältemittels erfasst, das von dem Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 abgegeben wird. Im Speziellen ist der zweite Kältemitteltemperatursensor 45b vorgesehen, um die Temperatur des Kältemittels an der Auslassseite des Erwärmungsexpansionsventils 13 und an der Einlassseite des außenseitigen Wärmetauschers 14 zu erfassen. Der dritte Kältemitteltemperatursensor 45c ist eine dritte Kältemitteltemperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur (außenseitige Wärmetauschertemperatur) TD3 des Kältemittels erfasst, das aus dem außenseitigen Wärmetauscher ausströmt.
Der Kältemitteldrucksensor 46 ist eine Kältemitteldruckerfassungseinheit, die einen hochdruckseitigen Kältemitteldruck PD in dem Kältemitteldurchgang zwischen der Abgabeanschlussseite des Kompressors 11 und der Einlassseite des Erwärmungsexpansionsventils 13 erfasst. Der Verdampfertemperatursensor 47 ist eine Verdampfertemperaturerfassungseinheit, die eine Kältemittelverdampfungstemperatur (Verdampfertemperatur) Tefin in dem innenseitigen Verdampfer 17 erfasst. Der Temperatursensor 48 für klimatisierte Luft ist eine Temperaturerfassungseinheit für klimatisierte Luft, die eine Temperatur TAV von geblasener Luft erfasst, die von dem Mischraum zu dem Fahrzeugabteil geblasen wird. Der Einströmlufttemperatursensor 49 ist eine Einströmlufttemperaturerfassungseinheit, die eine Einströmlufttemperatur TA1 erfasst, die in den Erwärmerkern 22 strömt.
Der dritte Kältemitteltemperatursensor 45c des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfasst die Temperatur des Kanals, der mit dem Kältemittelauslassanschluss des außenseitigen Wärmetauschers 14 verbunden ist, aber der dritte Kältemitteltemperatursensor ist nicht darauf beschränkt. Eine Temperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur des außenseitigen Wärmetauschers 14 erfasst, kann als die dritte Temperaturerfassungseinrichtung verwendet werden, und eine Temperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Kältemittels erfasst, das durch den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, oder des Kältemittels, unmittelbar nach einem Ausströmen aus dem außenseitigen Wärmetauscher 14, kann als die dritte Temperaturerfassungseinrichtung verwendet werden.
Der Verdampfertemperatursensor 47 erfasst die Temperatur von Wärmetauschrippen des innenseitigen Verdampfers 17, aber die Verdampfertemperaturerfassungseinheit ist nicht darauf beschränkt. Eine Temperaturerfassungseinheit, die die Temperatur eines anderen Teils des innenseitigen Verdampfers 17 erfasst, oder eine Temperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Kältemittels erfasst, das durch den innenseitigen Verdampfer 17 strömt, kann als die Verdampfertemperaturerfassungseinheit verwendet werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor für geblasene Luft vorgesehen, der die Temperatur TAV von geblasener Luft erfasst. Jedoch kann ein Wert, der von der Verdampfertemperatur Tefin, der Temperatur Td des abgegebenen Kältemittels und dergleichen berechnet wird, als die Temperatur TAV von geblasener Luft verwendet werden.
Die Bedientafel 50, das in der Nähe der Instrumententafel in einem vorderen Teil des Fahrzeugabteils vorgesehen ist, ist mit der Eingangsseite der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 verbunden, wie in 2 gezeigt ist, und Betriebssignale von verschiedenen Schaltern, die an der Bedientafel 50 vorgesehen sind, werden zu der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 eingegeben.
Spezifische Beispiele der verschiedenen Betriebsschalter an der Bedientafel 50 sind nachstehend gezeigt: ein Autoschalter zum Festlegen oder zum Stoppen eines automatischen Betriebs der Fahrzeugluftklimaanlage; ein Kühlungsschalter zum Anfragen eines Kühlens des Fahrzeugabteils; ein Luftvolumenfestlegungsschalter zum manuellen Festlegen eines Volumens, das durch das Gebläse 32 geblasen wird; ein Temperaturfestlegungsschalter zum Festlegen einer Solltemperatur Tset des Fahrzeugabteils; und ein Blasmodusumschaltschalter zum manuellen Festlegen des Blasmodus.
Obwohl die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels in integraler Weise Steuerungseinheiten zum Steuern von verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen hat, die mit der Ausgangsseite verbunden sind, bildet eine Gestaltung (Hardware und Software) zum Steuern des Betriebs von jeder Steuerungszielvorrichtung eine Steuerungseinheit zum Steuern des Betriebs von jeder Steuerungszielvorrichtung.
Beispielsweise bildet die Gestaltung (Hardware und Software) zum Steuern der Kältemittelabgabekapazität des Kompressors 11 (Drehzahl des Kompressors 11) in der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 eine Abgabekapazitätssteuerungseinheit 40a. Die Gestaltung zum Steuern des Drosselöffnungsgrads des Erwärmungsexpansionsventils 13 bildet eine Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b. Darüber hinaus bildet die Gestaltung zum Steuern der Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 eine Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c.
Natürlich können die Abgabekapazitätssteuerungseinheit 40a, die Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b, die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c und dergleichen als Steuerungsvorrichtungen gestaltet sein, die von der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 separat sind. In 1 sind beispielsweise Signalleitungen und Leistungsleitungen, die die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 und verschiedene Steuerungszielvorrichtungen verbinden, gezeigt, aber die Sensorgruppe und Signalleitungen, die die Sensorgruppe und die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 verbinden, sind der Klarheit halber weggelassen.
Als nächstes wird der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels in der vorstehenden Gestaltung beschrieben. Das Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist gestaltet, um zwischen dem Kühlungsbetrieb, dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb und dem Erwärmungsbetrieb umzuschalten. Ein Umschalten zwischen diesen Betrieben wird durch Ausführen des Luftklimatisierungssteuerungsprogramms durchgeführt. Das Luftklimatisierungssteuerungsprogramm wird ausgeführt, wenn der Autoschalter der Bedientafel 50 eingeschaltet wird.
Im Speziellen werden in der Hauptroutine des Luftklimatisierungssteuerungsprogramms das Erfassungssignal der Sensorgruppe für eine Luftklimatisierungssteuerung und das Betriebssignal von verschiedenen Luftklimatisierungsbetriebsschaltern gelesen. Dann wird auf der Basis des Werts des Erfassungssignals und des Werts des Betriebssignals eine Solltemperatur TAO von geblasener Luft, die eine Solltemperatur der Luft ist, die in das Fahrzeugabteil geblasen wird, auf der Basis der folgenden Formel F1 berechnet. $TAO=Kset \times Tset-Kr \times Tr-Kam \times Tam-Ks \times As+C$
Tset ist die Solltemperatur in dem Fahrzeugabteil, die mit dem Temperaturfestlegungsschalter festgelegt ist, Tr ist die Innenseitenlufttemperatur, die durch den Innenseitenlufttemperatursensor 41 erfasst wird, Tam ist die Außenseitenlufttemperatur, die durch den Außenseitenlufttemperatursensor 42 erfasst wird, und As ist der Umfang einer Sonnenstrahlung, die durch den Sonnenstrahlungssensor 43 erfasst wird. Kset, Kr, Kam und Ks sind Steuerungsverstärkungen, und C ist eine Konstante zur Korrektur.
Wenn der Kühlungsschalter der Bedientafel 50 eingeschaltet wird und die Sollblastemperatur TAO niedriger ist als eine vorbestimmte Kühlungsreferenztemperatur KT, wird der Kühlungsbetrieb durchgeführt. Wenn die Sollblastemperatur TAO gleich wie oder höher als die Kühlungsreferenztemperatur KT in einem Zustand ist, in dem der Kühlungsschalter eingeschaltet ist, wird der Entfeuchtungserwärmungsbetrieb durchgeführt. Wenn der Kühlungsschalter nicht eingeschaltet ist, wird der Erwärmungsbetrieb durchgeführt.
Somit führt das Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels Folgendes durch: den Kühlungsbetrieb, wenn die Außenseitenlufttemperatur relativ hoch ist, wie in der Sommerjahreszeit; den Entfeuchtungserwärmungsbetrieb in der Jahreszeit des frühen Frühlings oder in der Jahreszeit des frühen Winters; und den Erwärmungsbetrieb, wenn die Außenseitenlufttemperatur relativ niedrig ist, wie in der Winterjahreszeit. Das Wärmepumpensystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels führt den Entfrostungsbetrieb durch, um Frost zu entfernen, wenn Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist. Der Betrieb in jedem Betriebsmodus wird nachstehend beschrieben.
Kühlungsbetrieb
In dem Kühlungsbetrieb bewirkt die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40, dass die Wasserpumpe 21 eine vorbestimmte Pumpkapazität ausübt. Des Weiteren öffnet die Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 das Erwärmungsexpansionsventil 13 vollständig. Des Weiteren schließt die Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 das Öffnungs-/Schließventil 18a und legt das Kühlungsexpansionsventil 16 auf einen gedrosselten Zustand fest, in dem das Kühlungsexpansionsventil 16 eine Druckverringerungswirkungsweise zeigt.
Als eine Folge ist in dem Wärmepumpenkreis 10 während des Kühlungsbetriebs, wie durch hohle Pfeile in 1 gezeigt ist, der Kältekreis der Dampfkompressionsbauart ausgebildet, in dem das Kältemittel zirkuliert, und zwar in der Reihenfolge von dem Kompressor 11, dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12, (dem Erwärmungsexpansionsventil 13), dem außenseitigen Wärmetauscher 14, dem Kühlungsexpansionsventil 16, dem innenseitigen Verdampfer 17, dem Druckspeicher 19 und dem Kompressor 11.
Des Weiteren steuert in der Gestaltung dieses Kältemittelkreislaufs die Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 den Betriebszustand der verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen (Steuerungssignale, die zu den verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen auszugeben sind) auf der Basis der Sollauslasstemperatur TAO und der Erfassungssignale der Sensorgruppe.
Beispielsweise wird die Kältemittelabgabekapazität des Kompressors 11, das heißt das Steuerungssignal, das zu dem Elektromotor des Kompressors 11 auszugeben ist, wie folgt bestimmt. Zuerst wird eine Sollverdampfertemperatur TEO des innenseitigen Verdampfers 17 auf der Basis der Sollblastemperatur TAO mit Bezug auf ein Steuerungskennfeld bestimmt, das im Voraus in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 gespeichert ist.
Im Speziellen ist in diesem Steuerungskennfeld die Sollverdampfertemperatur TEO bestimmt, um sich mit einer Verringerung der Sollblastemperatur TAO zu verringern. Des Weiteren ist die Sollverdampfertemperatur TEO bestimmt, um gleich wie oder höher als eine Referenzfrostverhinderungstemperatur (beispielsweise 1° Celsius) zu sein, bei der eine Frostbildung an dem innenseitigen Verdampfer 17 verhindert werden kann.
Auf der Basis der Differenz zwischen der Sollverdampfertemperatur TEO und der Verdampfertemperatur Tefin, die durch den Verdampfertemperatursensor 47 erfasst wird, wird das Steuerungssignal, das zu dem Elektromotor des Kompressors 11 auszugeben ist, durch Verwenden eines Regelungsverfahrens bestimmt, derart, dass sich die Verdampfertemperatur Tefin der Sollverdampfertemperatur TEO annähert.
Das Steuerungssignal, das zu dem Gebläse 32 ausgegeben wird, wird auf der Basis der Sollblastemperatur TAO mit Bezug auf ein Steuerungskennfeld bestimmt, das im Voraus in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 gespeichert wird. Im Speziellen ist in dem Steuerungskennfeld das Volumen der geblasenen Luft durch das Gebläse 32 maximal, wenn die Sollblastemperatur TAO in einem extrem niedrigen Temperaturbereich (maximaler Kühlungsbereich) und in einem extrem hohen Temperaturbereich ist (maximaler Erwärmungsbereich).
Das Volumen der geblasenen Luft verringert sich mit einer Erhöhung der Sollblastemperatur TAO von dem extrem niedrigen Temperaturbereich zu einem mittleren Temperaturbereich und verringert sich mit einer Verringerung der Sollblastemperatur TAO von dem extrem hohen Temperaturbereich zu dem mittleren Temperaturbereich. Wenn die Sollblastemperatur TAO in dem mittleren Temperaturbereich ist, ist das Volumen der geblasenen Luft auf ein minimales Volumen festgelegt.
Das Steuerungssignal, das zu dem elektrischen Stellglied auszugeben ist, das die Luftmischtür 34 antreibt, ist derart bestimmt, dass die Luftmischtür 34 den Luftdurchgang schließt, der sich zu dem Erwärmerkern 23 erstreckt, und demzufolge die gesamte geblasene Luft, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist, den Erwärmerkern 23 umgeht.
Das Steuerungssignal, das zu dem Kühlungsexpansionsventil 16 auszugeben ist, wird mit Bezug auf ein Steuerungskennfeld bestimmt, das im Voraus in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 gespeichert wird, derart, dass ein Grad einer Unterkühlung des Kältemittels, das in das Kühlungsexpansionsventil 16 strömt, sich einen Sollunterkühlungsgrad beim Kühlen annähert. Der Sollunterkühlungsgrad beim Kühlen ist ein Sollwert, der derart bestimmt ist, dass ein Leistungskoeffizient (COP) des Wärmepumpenkreises während des Kühlungsbetriebs annähernd maximal ist.
Die Steuerungsspannung, die zu dem Gebläseventilator 14a auszugeben ist, ist so bestimmt, dass der Gebläseventilator 14a eine vorbestimmte Blaskapazität gemäß dem Betriebsmodus ausübt.
Dann werden die Steuerungssignale und dergleichen, die wie vorstehend beschrieben bestimmt werden, zu den verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen ausgegeben. Eine Steuerungsroutine wird bei einem vorbestimmten Steuerungszyklus wiederholt, bis ein Stopp des Betriebs der Fahrzeugluftklimaanlage erfordert ist. Die Steuerungsroutine umfasst, in Reihenfolge, ein Lesen der vorstehend beschriebenen Erfassungssignale und der Betriebssignale, ein Berechnen der Sollblastemperatur TAO, ein Bestimmen des Betriebszustands der verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen und ein Ausgeben der Steuerungsspannung und der Steuerungssignale. Es sei angemerkt, dass die Wiederholung der Steuerungsroutine in gleicher Weise in anderen Betriebsmoden durchgeführt wird.
Deshalb strömt in dem Wärmepumpenkreis 10 während des Kühlungsbetriebs das Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, in den Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12. Wenn die Temperatur des Kühlwassers, das in den Wasserdurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt, niedriger ist als die Temperatur des Hochdruckkältemittels, das in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, wird die Wärme des Hochdruckkältemittels zu dem Kühlwasser abgeleitet und das Kühlwasser, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, wird erwärmt.
In dem Kühlungsbetrieb strömt, da die Luftmischtür 34 den Luftdurchgang schließt, in dem der Erwärmerkern 23 vorgesehen ist, fast das gesamte Kühlwasser, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, aus dem Erwärmerkern 23 aus, ohne Wärme mit der geblasenen Luft auszutauschen, selbst falls das Kühlwasser in den Erwärmerkern 23 einströmt.
Deshalb erhöht sich die Temperatur des Kühlwassers, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, bis die Temperatur gleich zu der Temperatur des Hochdruckkältemittels wird, nach dem Start des Kühlungsbetriebs. Dann, wenn die Temperatur des Kühlwassers, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, sich erhöht, um gleich zu der Temperatur des Hochdruckkältemittels zu sein, strömt fast das gesamte Kühlwasser aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 aus, selbst falls das Hochdruckkältemittel in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt.
Das Kältemittel, das aus dem Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 ausströmt, strömt in den außenseitigen Wärmetauscher 14 über das vollständig geöffnete Erwärmungsexpansionsventil 13. Das Kältemittel, das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, leitet Wärme durch Austauschen von Wärme mit der außenseitigen Luft ab, die durch den Gebläseventilator 14a in dem außenseitigen Wärmetauscher 14 geblasen wird.
Da das Öffnungs-/Schließventil 18a geschlossen ist, strömt das Kältemittel, das aus dem außenseitigen Wärmetauscher 14 ausströmt, in das Kühlungsexpansionsventil 16 über den Zweigabschnitt 15a. Das Kältemittel, das in das Kühlungsexpansionsventil 16 strömt, wird dekomprimiert, bis es ein Niedrigdruckkältemittel wird. Das Kältemittel, das durch das Kühlungsexpansionsventil 16 dekomprimiert ist, strömt in den innenseitigen Verdampfer 17, absorbiert Wärme von der geblasenen Luft, die von dem Gebläse 32 geliefert wird, und verdampft. Als eine Folge wird die geblasene Luft gekühlt.
Das Kältemittel, das aus dem innenseitigen Verdampfer 17 ausströmt, strömt in den Druckspeicher 19 über den Verbindungsabschnitt 15b. Das Kältemittel in der Gasphase, das durch den Druckspeicher 19 getrennt worden ist, wird in den Kompressor 11 gesaugt und wieder komprimiert.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann das Wärmepumpensystem 1 in dem Kühlungsbetrieb das Fahrzeugabteil durch Blasen der Luft, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 gekühlt ist, kühlen.
Während des Kühlungsbetriebs, falls die Temperatur des Kühlwassers, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, sich erhöht, bis sie gleich zu der Temperatur des Hochdruckkältemittels wird, wird die Wärme des Kältemittels und des Kühlwassers in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 nicht ausgetauscht. Deshalb kann während des Kühlungsbetriebs die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Wasserpumpe 21 stoppen.
Entfeuchtungserwärmungsbetrieb
In dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb bewirkt die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40, dass die Wasserpumpe 21 eine vorbestimmte Pumpkapazität ausübt. Des Weiteren steuert die Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 das Erwärmungsexpansionsventil 13, um in einem gedrosselten Zustand zu sein. Des Weiteren schließt die Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 das Öffnungs-/Schließventil 18a und legt das Kühlungsexpansionsventil 16 auf einen gedrosselten Zustand fest, in dem das Kühlungsexpansionsventil 16 eine Druckverringerungswirkungsweise bietet.
Als eine Folge wird in dem Wärmepumpenkreis 10 während des Entfeuchtungserwärmungsbetriebs, wie durch Pfeile gezeigt ist, die mit diagonalen Linien in 1 schraffiert sind, der Kältekreis der Dampfkompressionsbauart ausgebildet, in dem das Kältemittel zirkuliert, und zwar in Reihenfolge von dem Kompressor 11, dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12, dem Erwärmungsexpansionsventil 13, dem außenseitigen Wärmetauscher 14, (dem Kühlungsexpansionsventil 16), dem innenseitigen Verdampfer 17, dem Druckspeicher 19 und dem Kompressor 11. Das heißt in dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb ist ein Kältemittelkreis gestaltet, in dem das Kältemittel im Wesentlichen in der gleichen Reihenfolge wie bei dem Kühlungsbetrieb zirkuliert.
Des Weiteren steuert bei den Gestaltungen des Wärmemediumkreislaufs und des Kältemittelkreislaufs die Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 den Betriebszustand der verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen (Steuerungssignale, die zu den verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen auszugeben sind) auf der Basis der Zielblastemperatur TAO und der Erfassungssignale der Sensorgruppe.
Beispielsweise werden das Steuerungssignal, das zu dem Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben wird, das Steuerungssignal, das zu dem Gebläse 32 ausgegeben wird, und die Steuerungsspannung, die zu dem Gebläseventilator 14a ausgegeben wird, in der gleichen Weise wie in dem Kühlungsbetrieb bestimmt.
Das Steuerungssignal, das zu dem Erwärmungsexpansionsventil 13 auszugeben ist, wird mit Bezug auf ein Steuerungskennfeld bestimmt, das im Voraus in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 gespeichert wird, derart, dass ein Grad einer Unterkühlung des Kältemittels, das in das Erwärmungsexpansionsventil 13 strömt, sich einem Sollunterkühlungsgrad bei einem Erwärmen annähert. Der Sollunterkühlungsgrad bei einem Erwärmen ist ein Sollwert, der derart bestimmt ist, dass ein Leistungskoeffizient (COP) des Wärmepumpenkreises während des Entfeuchtungserwärmungsbetriebs oder des Erwärmungsbetriebs annähernd maximal ist.
Das Steuerungssignal, das zu dem elektrischen Stellglied der Luftmischtür 34 auszugeben ist, ist so bestimmt, dass sich die Temperatur TAV der geblasenen Luft, die durch den Temperatursensor 48 für klimatisierte Luft erfasst wird, sich der Sollblastemperatur TAO annähert.
Deshalb strömt in dem Wärmepumpenkreis 10 während des Entfeuchtungserwärmungsbetriebs das Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, in den Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12. Das Kältemittel, das in den Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt, tauscht Wärme mit dem Kühlwasser aus, das durch den Wasserdurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt. Als eine Folge wird das Kühlwasser erwärmt, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert.
Das Kühlwasser, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 erwärmt wird, strömt in den Erwärmerkern 23. In dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb, da die Luftmischtür 34 den Luftdurchgang öffnet, in dem der Erwärmerkern 23 vorgesehen ist, tauscht das Kühlwasser, das in den Erwärmerkern 23 strömt, Wärme mit der Luft aus, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist. Als eine Folge wird ein Teil der geblasenen Luft, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist, erwärmt. Dann nähert sich die Temperatur der geblasenen Luft, die von dem Mischraum der innenseitigen Luftklimatisierungseinheit 30 zu dem Fahrzeugabteil gefördert wird, der Sollblastemperatur TAO an.
Das Kältemittel, das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ausströmt, strömt in das Erwärmungsexpansionsventil 13 und wird dekomprimiert, bis es ein Niedrigdruckkältemittel wird. Das Niedrigdruckkältemittel, das durch das Erwärmungsexpansionsventil 13 dekomprimiert worden ist, strömt in den außenseitigen Wärmetauscher 14. Das Kältemittel, das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, absorbiert Wärme von der außenseitigen Luft, die durch den Gebläseventilator 14a geblasen wird, um verdampft zu werden.
Da das Öffnungs-/Schließventil 18a geschlossen ist, strömt das Kältemittel, das aus dem außenseitigen Wärmetauscher 14 ausströmt, in den innenseitigen Verdampfer 17 über den Zweigabschnitt 15a und das vollständig geöffnete Kühlungsexpansionsventil 16. Das Kältemittel, das in den innenseitigen Verdampfer 17 strömt, absorbiert Wärme von der geblasenen Luft, die von dem Gebläse 32 geliefert wird, und verdampft. Als eine Folge wird die geblasene Luft gekühlt und entfeuchtet. Der anschließende Betrieb ist der gleiche wie der Kühlungsbetrieb.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann das Wärmepumpensystem 1 in dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb das Fahrzeugabteil durch Blasen der Luft, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 gekühlt und entfeuchtet ist, nach einem Wiedererwärmen durch den Erwärmerkern 23 entfeuchten und erwärmen. Des Weiteren kann während des Entfeuchtungserwärmungsbetriebs, da das Kühlwasser durch den Wärmepumpenkreis 10 erwärmt werden kann, eine Entfeuchtung und Erwärmung in dem Fahrzeugabteil durchgeführt werden, selbst wenn die Maschine 60, die ein Erwärmungsabschnitt ist, nicht in Betrieb ist.
Erwärmungsbetrieb
In dem Erwärmungsbetrieb bewirkt die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40, dass die Wasserpumpe 21 eine vorbestimmte Pumpkapazität ausübt. Des Weiteren steuert die Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 das Erwärmungsexpansionsventil 13, um in einem gedrosselten Zustand zu sein. Des Weiteren öffnet die Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 das Öffnungs-/Schließventil 18a und legt das Kühlungsexpansionsventil 16 fest, um in einem vollständig geschlossenen Zustand zu sein.
Als eine Folge ist in dem Wärmepumpenkreis 10 während des Erwärmungsbetriebs, wie durch schwarze Pfeile in 1 gezeigt ist, der Kältekreis der Dampfkompressionsart ausgebildet, in dem das Kältemittel zirkuliert, in Reihenfolge von dem Kompressor 11, dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12, dem Erwärmungsexpansionsventil 13, dem außenseitigen Wärmetauscher 14, dem Umgehungsdurchgang 18, dem Druckspeicher 19 und dem Kompressor 11.
Des Weiteren steuert in den Gestaltungen des Wärmemediumkreislaufs und des Kältemittelkreislaufs die Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 den Betriebszustand der verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen (Steuerungssignale, die zu den verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen auszugeben sind) auf der Basis der Sollblastemperatur TAO und der Erfassungssignale der Sensorgruppe.
Beispielsweise wird die Kältemittelabgabekapazität des Kompressors 11, das heißt das Steuerungssignal, das zu dem Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben wird, wie folgt bestimmt. Zuerst wird eine Sollkondensationstemperatur TCO in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 auf der Basis der Sollblastemperatur TAO mit Bezug auf ein Steuerungskennfeld bestimmt, das in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 im Voraus gespeichert wird. Im Speziellen ist in diesem Steuerungskennfeld die Sollkondensationstemperatur TCO bestimmt, um sich mit einer Erhöhung der Sollblastemperatur TAO zu erhöhen.
Auf der Basis der Differenz zwischen der Sollkondensationstemperatur TCO und der einlassseitigen Kältemitteltemperatur TD1, die durch den ersten Kältemitteltemperatursensor 45a erfasst wird, wird das Steuerungssignal, das zu dem Elektromotor des Kompressors 11 auszugeben ist, durch Verwenden eines Regelungsverfahrens derart bestimmt, dass sich die einlassseitige Kältemitteltemperatur TD1 der Sollkondensationstemperatur TCO annähert.
Die Steuerungsspannung, die zu dem Gebläse 32 ausgegeben wird, und die Steuerungsspannung, die zu dem Gebläseventilator 14a ausgegeben wird, werden in der gleichen Weise wie in dem Kühlungsbetrieb bestimmt. Das Steuerungssignal, das zu dem Erwärmungsexpansionsventil 13 ausgegeben wird, wird in der gleichen Weise wie in dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb bestimmt.
Das Steuerungssignal, das zu dem elektrischen Stellglied der Luftmischtür 34 auszugeben ist, ist derart bestimmt, dass die Luftmischtür 34 den Kaltluftumgehungsdurchgang 35 abschließt und demzufolge die gesamte geblasene Luft, die durch den Luftdurchgang hindurchgegangen ist, in dem der Erwärmerkern 23 vorgesehen ist.
Deshalb strömt in dem Wärmepumpenkreis 10 während des Erwärmungsbetriebs das Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, in den Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 wie in dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb. Das Kältemittel, das in den Kältemitteldurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt, tauscht Wärme mit dem Kühlwasser aus, das durch den Wasserdurchgang des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 strömt. Als eine Folge wird das Kühlwasser, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, erwärmt.
Das Kühlwasser, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 erwärmt wird, strömt in den Erwärmerkern 23. In dem Erwärmungsbetrieb tauscht, da die Luftmischtür 34 den Luftdurchgang vollständig öffnet, in dem der Erwärmerkern 23 vorgesehen ist, das Kühlwasser, das in den Erwärmerkern 23 strömt, Wärme mit der Luft aus, die durch den innenseitigen Verdampfer hindurchgegangen ist. Als eine Folge wird die geblasene Luft, die durch den innenseitigen Verdampfer 17 hindurchgegangen ist, erwärmt.
Das Kältemittel, das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ausströmt, strömt in das Erwärmungsexpansionsventil 13 und wird dekomprimiert bis es ein Niedrigdruckkältemittel wird. Das Niedrigdruckkältemittel, das durch das Erwärmungsexpansionsventil 13 dekomprimiert ist, strömt in den außenseitigen Wärmetauscher 14. Das Kältemittel, das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, absorbiert Wärme von der außenseitigen Luft, die durch den Gebläseventilator 14a geblasen wird und durch den Radiator 26 hindurchgeführt ist, um zu verdampfen, wie in dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb.
Da das Öffnungs-/Schließventil 18a geschlossen ist und das Kühlungsexpansionsventil 16 vollständig geschlossen ist, strömt das Kältemittel, das aus dem außenseitigen Wärmetauscher 14 ausströmt, in den Druckspeicher 19 über den Zweigabschnitt 15a und den Umgehungsdurchgang 18, und demzufolge wird das Kältemittel in ein Kältemittel in der Gasphase und ein Kältemittel in der flüssigen Phase getrennt. Das Kältemittel in der Gasphase, das durch den Druckspeicher 19 getrennt ist, wird in den Kompressor 11 angesaugt und wieder komprimiert, wie in dem Kühlungsbetrieb und dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann das Wärmepumpensystem 1 in dem Erwärmungsbetrieb das Fahrzeugabteil durch Blasen der Luft erwärmen, die durch den Erwärmerkern 23 erwärmt ist. Des Weiteren kann während des Erwärmungsbetriebs, wie in dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb, das Kühlwasser durch den Wärmepumpenkreis 10 erwärmt werden und demzufolge kann eine Entfeuchtung und ein Erwärmen in dem Fahrzeugabteil durchgeführt werden, selbst wenn die Maschine 60 nicht in Betrieb ist.
Hier kann in der Gestaltung, in der der außenseitige Wärmetauscher 14 des Wärmepumpenkreises 10 als ein Verdampfer funktioniert, wie der Entfeuchtungserwärmungsbetrieb und der Erwärmungsbetrieb des Wärmepumpensystems 1, wenn die Kältemittelverdampfungstemperatur des außenseitigen Wärmetauschers 14 unter 0° Celsius ist, Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet werden.
Wenn Frost gebildet ist, ist der außenseitige Luftdurchgang des außenseitigen Wärmetauschers 14 durch den Frost blockiert, und demzufolge kann die Wärmetauschleistung des außenseitigen Wärmetauschers 14 verschlechtert sein. Deshalb ist die Menge von Wärme, die durch das Kältemittel in dem außenseitigen Wärmetauscher 14 von der außenseitigen Luft absorbiert wird, beträchtlich verringert, und es kann sein, dass der Wärmepumpenkreis 10 das Kühlwasser nicht ausreichend erwärmen kann. Als eine Folge kann sich das Wärmegefühl eines Insassen verschlechtern.
Im Gegensatz dazu führt das Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels den Entfrostungsbetrieb durch, um Frost zu entfernen, wenn Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist. Der Entfrostungsbetrieb wird nachstehend beschrieben.
Entfrostungsbetrieb
Der Entfrostungsbetrieb wird mit Bezug auf das Flussdiagramm von 3 beschrieben. Das Flussdiagramm, das in 3 gezeigt ist, ist ein Steuerungsprozess, der bei vorbestimmten Intervallen als eine Subroutine für die Hauptroutine des Luftklimatisierungssteuerungsprogramms ausgeführt wird. Steuerungsschritte in dem Flussdiagramm von 3 bilden Funktionsrealisierungsvorrichtungen (Funktionsrealisierungsbereiche), die in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 umfasst sind.
Zuerst wird in Schritt S1 bestimmt, ob Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist. Im Speziellen bestimmt Schritt S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, dass der Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist, wenn die Differenz zwischen der Außenseitenlufttemperatur Tam und der Temperatur TD3 des außenseitigen Wärmetauschers (Tam - TD3), die durch den dritten Kältemitteltemperatursensor 45c erfasst wird, bei oder oberhalb einer vorbestimmten Temperaturdifferenz ist. Deshalb bildet der Steuerungsschritt S1 einen Frostbildungsbestimmungsbereich.
Des Weiteren bestimmt Schritt S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, ob der Betriebszustand ein Zustand ist, in dem eine Frostbildung an dem außenseitigen Wärmetauscher (Luftwärmetauscher) 14 auftreten kann, um zu bestimmen, ob Frost tatsächlich an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist. Das heißt im Schritt S1 wird bestimmt, ob Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 ausgebildet sein kann.
Dann, wenn in Schritt S1 bestimmt wird, dass Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S2. Wenn im Gegensatz dazu nicht bestimmt wird, dass Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist, kehrt der Prozess zu der Hauptroutine zurück.
In Schritt S2 wird der Betriebszustand (Steuerungssignal, das zu verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen auszugeben ist) von verschiedenen Steuerungszielvorrichtungen zu der Zeit des Ausführens des Entfrostungsbetriebs bestimmt, und der Prozess geht weiter zu Schritt S3.
Im Speziellen steuert in dem Entfrostungsbetrieb die Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 das Erwärmungsexpansionsventil 13, um in einem gedrosselten Zustand zu sein. Zu dieser Zeit erhöht die Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b den Öffnungsgrad des Erwärmungsexpansionsventils 13 im Vergleich zu dem Erwärmungsbetrieb, so dass sich die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2, die durch den zweiten Kältemitteltemperatursensor 45b erfasst wird, der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 annähert, die durch den zweiten Wassertemperatursensor 44b erfasst wird.
Des Weiteren öffnet die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 das An-/Ausventil 18a, schließt das Kühlungsexpansionsventil 16 vollständig und stoppt den Betrieb des Gebläseventilators 14a, der die außenseitige Luft zu dem außenseitigen Wärmetauscher 14 fördert.
In Schritt S3 werden die Außenseitenlufttemperatur Tam und die auslassseitige Wassertemperatur TW2 miteinander verglichen. Im Speziellen geht, wenn in Schritt S3 bestimmt wird, dass die auslassseitige Wassertemperatur TW2 kleiner ist als ein Wert (Tam + α), der durch Addieren der ersten Referenztemperatur α (in diesem Ausführungsbeispiel 40° Celsius) zu der Außenseitenlufttemperatur Tam erhalten wird, der Prozess weiter zu Schritt S4. In Schritt S4 verringert die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Strömungsrate (das heißt die Pumpkapazität) der Wasserpumpe 21 um einen vorbestimmten Betrag, und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Wenn in Schritt S3 bestimmt wird, dass die auslassseitige Wassertemperatur TW2 gleich zu dem Wert ist (Tam + α), der durch Addieren der ersten Referenztemperatur α zu der Außenseitenlufttemperatur Tam erhalten wird, geht der Prozess weiter zu Schritt S5. In Schritt S5 hält die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 aufrecht, und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Wenn in Schritt S3 bestimmt wird, dass die auslassseitige Wassertemperatur TW2 höher ist als der Wert (Tam + α), der durch Addieren der ersten Referenztemperatur α zu der Außenseitenlufttemperatur Tam erhalten wird, geht der Prozess weiter zu Schritt S6. In Schritt S6 erhöht die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 um einen vorbestimmten Betrag und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
In Schritt S3 wird bestimmt, dass TW2 gleich zu Tam + α ist, wenn der Wert (Tam + α), der durch Addieren der ersten Referenztemperatur α zu der tatsächlichen Außenseitenlufttemperatur Tam erhalten wird, vollständig gleich zu der tatsächlichen auslassseitigen Wassertemperatur TW2 ist. Da es Erfassungsfehler und dergleichen in jeder Temperaturerfassungseinheit gibt, kann eine Bestimmung verwendet werden, die bestimmt, dass TW2 gleich zu Tam + α ist, wenn die Differenz (der Absolutwert) zwischen TW2 und Tam + α gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter exakter Wert ist.
Hier wird in Schritten S3 bis S6 die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen TW2 und Tam (TW2 - Tam) in einer Schritt-für-Schritt-Weise erhöht. Des Weiteren wird in einem gewöhnlichen Fahrzeug verhindert, dass die Kühlwassertemperatur in großem Umfang schwankt, durch Einstellen der Menge von Kühlwasser, das durch den Radiator 26 strömt.
Deshalb wird in Schritten S3 bis S7 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 hauptsächlich mit einer Verringerung der Außenseitenlufttemperatur Tam erhöht. Des Weiteren erhöht sich die erforderte Erwärmungskapazität, die für das Wärmepumpensystem 1 erfordert ist (das heißt die erforderte Erwärmungskapazität, die zum Erwärmen der geblasenen Luft erfordert ist), um das Fahrzeugabteil zu erwärmen, mit einer Verringerung der Außenseitentemperatur Tam.
Deshalb erhöht, während des Entfrostungsbetriebs, die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung der erforderten Erwärmungskapazität. Im Speziellen bestimmt, in dem Entfrostungsbetrieb, die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c, dass sich die erforderte Erwärmungskapazität erhöht, mit einer Erhöhung der Differenz zwischen der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 und der Außenseitenlufttemperatur Tam (TW2 - Tam), und die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c erhöht die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21.
Des Weiteren ändert die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c die Pumpkapazität innerhalb eines Bereichs, in dem die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Referenzkältemitteltemperatur KTH ist. Die Referenzkältemitteltemperatur KTH ist ein Wert, der experimentell als eine Temperatur bestimmt ist, bei der ein Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers 14 zuverlässig durchgeführt werden kann.
In Schritt S7 wird bestimmt, ob das Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers 14 abgeschlossen worden ist. Wenn in Schritt S7 bestimmt wird, dass das Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers 14 abgeschlossen ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S8. Wenn im Gegensatz dazu bestimmt wird, dass das Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers 14 nicht abgeschlossen ist, kehrt der Prozess zu Schritt S3 zurück.
In Schritt S8 wird ein Entfrostungsbetriebbeendigungsprozess durchgeführt. Der Entfrostungsbetriebbeendigungsprozess ist eine Steuerung zum Vermeiden einer plötzlichen Änderung der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 aufgrund einer plötzlichen Änderung der Pumpkapazität der Wasserpumpe 21, wenn der Entfrostungsbetrieb zu dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb oder dem Erwärmungsbetrieb geändert wird.
Im Speziellen wird in diesem Schritt S8 der Betrag einer Änderung der Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 beschränkt, bis eine vorbestimmte Bereitschaftszeit verstrichen ist, so dass die Pumpkapazität nicht plötzlich geändert wird. Nach dem Entfrostungsbetriebbeendigungsprozess kehrt der Prozess zu der Hauptroutine zurück.
Deshalb wird gemäß dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wenn bestimmt ist, dass Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher 14 gebildet ist, der Kältemittelkreislauf zu dem gleichen Kreislauf wie in dem Erwärmungsbetrieb umgeschaltet, und die Drosselöffnungsgradsteuerungseinheit 40b der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 erhöht den Öffnungsgrad des Erwärmungsexpansionsventils 13. Als eine Folge ist es möglich, ein sogenanntes Heißgasentfrosten auszuführen, in dem die Temperatur des Kältemittels, das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, erhöht wird, um den außenseitigen Wärmetauscher 14 zu entfrosten.
Zu dieser Zeit erhöht die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung der Temperaturdifferenz (TW2 - Tam). Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass das Kältemittel Wärme, die zum Entfrosten des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 erfordert ist, durch Wärmeableitung verliert. Des Weiteren ist es möglich, die Temperaturverringerung des Kühlwassers zu unterdrücken, das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ausströmt, und das Kühlwasser mit einer relativ hohen Temperatur zu dem Erwärmerkern 22 zuzuführen.
Dies wird im Detail mit Bezug auf 4 bis 6 beschrieben. 4 ist ein Mollier-Diagramm, das eine Änderung des Zustands des Kältemittels in dem Wärmepumpenkreis 10 während des Entfrostungsbetriebs zeigt. 5 ist ein Mollier-Diagramm eines Vergleichsbeispiels, in dem die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 während des Entfrostungsbetriebs in einem Kreis relativ groß gemacht ist, der äquivalent zu dem Wärmepumpenkreis 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist. 6 ist ein Mollier-Diagramm eines Vergleichsbeispiels, bei dem die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 während des Entfrostungsbetriebs in einem Kreis gestoppt wird, der äquivalent zu dem des Wärmepumpenkreises 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist.
In 5 und 6 wird das gleiche Alphabet wie bei dem Mollier-Diagramm von 4 für diejenigen Dinge verwendet, die den Zustand des Kältemittels äquivalent oder entsprechend der Kreisgestaltung zeigen, und die Indizes (Nummern) sind geändert.
Zuerst kann, falls die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 nicht von dem Erwärmungsbetrieb geändert wird und die Pumpkapazität relativ groß ist, wie in dem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, das meiste der Wärme des Kältemittels, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird (Punkt a5 in 5), zu dem Kühlwasser abgeleitet werden (von Punkt a5 bis Punkt b5 in 5), wie in dem Mollier-Diagramm von 5 gezeigt ist. Deshalb ist es möglich, nur eine sehr begrenzte Wärme des Kältemittels (Punkt c5 in 5), das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt (von Punkt c5 bis Punkt d5 in 5), durch den außenseitigen Wärmetauscher 14 abzuleiten, und es kann sein, dass es nicht möglich ist, ein Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers 14 zu erreichen.
Falls andererseits die Wasserpumpe 21 während des Entfrostungsbetriebs gestoppt wird, kann das Kältemittel (Punkt a6 in 6), das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, durch das Erwärmungsexpansionsventil 13 dekomprimiert werden, ohne dessen Wärme zu dem Kühlwasser freizusetzen (von Punkt a6 bis Punkt c6 in 6), wie in dem Mollier-Diagramm von 6 gezeigt ist. Des Weiteren, da das Kühlwasser nicht zu dem Erwärmerkern 22 zugeführt wird, gibt es eine Möglichkeit, dass die geblasene Luft nicht erwärmt werden kann.
Im Gegensatz dazu wird in dem Entfrostungsbetrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, da die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 geändert wird, die Wärme des Kältemittels, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird (Punkt a4 in 4), zu dem Kühlwasser freigegeben (von Punkt a4 bis Punkt b4 in 4), wie in dem Mollier-Diagramm von 4 gezeigt ist. Deshalb ist es möglich, eine Temperaturverringerung des Kühlwassers zu unterdrücken, das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ausströmt. Das heißt die geblasene Luft kann erwärmt werden.
Des Weiteren wird die Pumpkapazität innerhalb eines Bereichs geändert, in dem die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 des Kältemittels, das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 ausströmt, gleich wie oder höher als die Referenzkältemitteltemperatur KTH ist. Deshalb ist es möglich, die Wärme des Kältemittels (Punkt c4 in 4), das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt (von Punkt c4 bis Punkt d4 in 4), durch den außenseitigen Wärmetauscher 14 abzuleiten, und es ist möglich, ein Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers 14 zu erreichen.
Als eine Folge ist es in dem Entfrostungsbetrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie in einem Zeitablaufdiagramm von 7 gezeigt ist, möglich, die Verschlechterung der Erwärmungskapazität für das Zielfluid zu unterdrücken, während eine stabile Entfrostungskapazität geboten wird.
In 7 sind die Änderung der Strömungsrate (das heißt der Pumpkapazität) der Wasserpumpe 21 in dem Wärmepumpensystem 1 dieses Ausführungsbeispiels, die Änderung der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 und die Änderung der Erwärmungskapazität des Erwärmerkerns 22 zum Erwärmen der geblasenen Luft durch dicke durchgehende Linien gezeigt. Die Änderung der Strömungsrate der Wasserpumpe in dem Wärmepumpensystem 1 des Vergleichsbeispiels, die Änderung der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 und die Änderung der Erwärmungskapazität für die geblasene Luft sind durch dicke gestrichelte Linien gekennzeichnet.
Das heißt falls die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 während des Entfrostungsbetriebs nicht geändert wird, wie in dem Vergleichsbeispiel, das in 7 durch die dicke gestrichelte Linie gezeigt ist, kann sich der Betrag einer Verringerung der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 während des Entfrostungsbetriebs erhöhen. Deshalb gibt es eine Möglichkeit, dass die Erwärmungsfähigkeit (das heißt die Erwärmungskapazität) zum Erwärmen der geblasenen Luft in dem Erwärmerkern 22 geringer ist als die erforderte Erwärmungsfähigkeit.
Im Gegensatz dazu wird, wie durch die dicke durchgehende Linie in 7 gezeigt ist, in dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 während des Entfrostungsbetriebs geändert, so dass die Verringerung der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 während des Entfrostungsbetriebs unterdrückt werden kann. Demzufolge ist es möglich, zu verhindern, dass die Erwärmungskapazität des Erwärmerkerns 22 für die geblasene Luft sich auf unter die erforderte Erwärmungskapazität verringert, und es ist möglich, zu verhindern, dass sich das Erwärmungsgefühl des Insassen in großem Umfang verschlechtert.
Das heißt gemäß dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist es möglich, die Verschlechterung der Erwärmungskapazität für das Zielfluid (die geblasene Luft in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) zu unterdrücken, während eine stabile Entfrostungskapazität in dem Entfrostungsbetrieb geboten wird.
Des Weiteren ist es gemäß dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht notwendig, die Maschine 60, die der Erwärmungsabschnitt ist, anzutreiben, um die Wärmeenergie zum Entfrosten und zum Erwärmen des Fahrzeugabteils in dem Entfrostungsbetrieb zu gewährleisten. Deshalb ist es möglich, einen unnötigen Energieverbrauch zu unterdrücken und eine Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Des Weiteren ändert die Pumpkapazitätsteuerungseinheit 40c des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Pumpkapazität innerhalb eines Bereichs, in dem die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 gleich wie oder höher als die Referenzkältemitteltemperatur KTH ist. Deshalb kann eine stabile Entfrostungsfähigkeit zuverlässiger während des Entfrostungsbetriebs geboten werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Beispiel beschrieben worden, in dem die Außenseitenlufttemperatur Tam und die auslassseitige Wassertemperatur TW2 in dem Steuerungsschritt S3 verglichen werden, aber die Außenseitenlufttemperatur Tam und eine andere Kühlwassertemperatur können verglichen werden. Beispielsweise kann statt der auslassseitigen Wassertemperatur TW2 die einlassseitige Wassertemperatur TW1, die durch den ersten Wassertemperatursensor 44a erfasst wird, verwendet werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie in dem Gesamtgestaltungsdiagramm von 8 gezeigt ist, ein Beispiel beschrieben, in dem ein Verschluss 27 zu dem ersten Ausführungsbeispiel hinzugefügt ist. In 8 sind die gleichen Bezugszeichen den gleichen oder äquivalenten Abschnitten wie denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels zugeordnet. Dies gilt auch für die folgenden Zeichnungen.
Der Verschluss 27 öffnet und schließt einen Einströmpfad der außenseitigen Luft, die in den Radiator 26 strömt. Als der Verschluss 27 kann einer verwendet werden, der mehrere freitragende Plattentüren und einen Servomotor zum Antreiben der Plattentüren hat. Der Betrieb des Verschlusses 27 wird durch ein Steuerungssignal gesteuert, das von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird. Deshalb bildet in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Gestaltung zum Steuern des Betriebs des Verschlusses 27 eine Wärmestrahlungskapazitätssteuerungseinheit 40d.
Der Radiator 26 tauscht Wärme zwischen dem Kühlwasser und der außenseitigen Luft aus, um Wärme des Kühlwassers abzuleiten. Deshalb wird, wenn der Verschluss 27 den Einströmpfad der außenseitigen Luft öffnet, das Kühlwasser durch den Radiator 26 gekühlt. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Verschluss 27 den Einströmpfad der außenseitigen Luft schließt, das Kühlwasser nicht durch den Radiator 26 gekühlt.
Demzufolge bilden der Radiator 26 und der Verschluss 27 eine Temperatureinstellungseinrichtung zum Einstellen der Temperatur des Kühlwassers, das in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt. Die verbleibenden Strukturen des Wärmepumpensystems 1 sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Als nächstes wird der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Wärmeableitungskapazitätssteuerungseinheit 40d der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 den Betrieb des Verschlusses 27 steuern, um den Einströmpfad der außenseitigen Luft während des Kühlungsbetriebs, des Entfeuchtungserwärmungsbetriebs und des Erwärmungsbetriebs zu öffnen. Während des Entfrostungsbetriebs steuert die Wärmeableitungskapazitätssteuerungseinheit 40d der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 den Betrieb des Verschlusses 27, um den Einströmpfad der außenseitigen Luft zu schließen.
Die verbleibenden Betriebe des Wärmepumpensystems 1 sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Deshalb ist es in dem Kühlungsbetrieb, dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb und dem Erwärmungsbetrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, das Kühlen, das Entfeuchtungserwärmen und das Erwärmen in dem Fahrzeugabteil wie in dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen.
Des Weiteren, da der Verschluss 27 den Einströmpfad der außenseitigen Luft während des Entfrostungsbetriebs schließt, ist es möglich, die Wärmestrahlung des Kühlwassers in dem Radiator 26 zu unterdrücken und die Temperatur des Kühlwassers zu erhöhen, das in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt. Deshalb ist es während des Entfrostungsbetriebs leicht, die Wärme, die zum Entfrosten notwendig ist, und die Wärme, die zum Erwärmen des Fahrzeugabteils notwendig ist, von dem Kühlwasser zu absorbieren.
Demzufolge werden gemäß dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Entfrostungskapazität und die Erwärmungskapazität zum Erwärmen des Erwärmungszielfluids (geblasene Luft in diesem Ausführungsbeispiel) nicht ungenügend während des Entfrostungsbetriebs, und es ist möglich, die Entfrostungskapazität weiter zu stabilisieren und eine Verringerung der Erwärmungskapazität für das Erwärmungszielfluid zu verringern.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie in dem Gesamtgestaltungsdiagramm von 9 gezeigt ist, ein Beispiel beschrieben, in dem ein Wasserumgehungsdurchgang 28 und ein Dreiwegeventil 28a zu dem ersten Ausführungsbeispiel hinzugefügt sind.
Der Wasserumgehungsdurchgang 28 ist ein Kühlwasserrohr, das das Kühlwasser, das von der Wasserpumpe 21 gepumpt wird, zu dem Dreiwegeventil 28 führt, um die Maschine 60 zu umgehen.
Das Dreiwegeventil 28a ist an der Auslassseite des Wasserumgehungsdurchgangs 28 angeordnet. Das Dreiwegeventil 28a ist ein elektrisches Dreiwegeventil, das zwischen einem Wärmemediumkreislauf zum Führen des Kühlwassers, das aus dem Wasserumgehungsdurchgang 28 ausströmt, zu der Wasserdurchgangseinlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 und einem Wärmemediumkreis zum Führen des Kühlwassers, das in dem Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 zirkuliert, zu der Wasserdurchgangseinlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 umschaltet.
Der Betrieb des Dreiwegeventils 28a wird durch eine Steuerungsspannung gesteuert, die von der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 ausgegeben wird. Deshalb bildet in der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Gestaltung zum Steuern des Betriebs des Dreiwegeventils 28a eine Wärmemediumkreislaufsteuerungseinheit 40e.
Hier wird, wenn das Dreiwegeventil 28a zu dem Wärmemediumkreislauf umschaltet, der das Kühlwasser, das in dem Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 zirkuliert, zu der Wasserdurchgangseinlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 führt, das Kühlwasser, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, durch die Maschine 60 erwärmt. Im Gegensatz dazu wird, wenn das Dreiwegeventil 28a zu dem Wärmemediumkreislauf umschaltet, der das Kühlwasser, das in den Wasserumgehungsdurchgang 28 strömt, zu der Wasserdurchgangseinlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 führt, das Kühlwasser, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf 20 zirkuliert, durch die Maschine 60 nicht erwärmt.
Demzufolge bildet das Dreiwegeventil 28a des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Temperatureinstellungseinrichtung zum Einstellen der Temperatur des Kühlwassers, das in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt. Die verbleibenden Strukturen des Wärmepumpensystems 1 sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Als nächstes wird der Betrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert die Wärmemediumkreislaufseinheit 40e der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 während des Kühlungsbetriebs, des Entfeuchtungserwärmungsbetriebs und des Erwärmungsbetriebs den Betrieb des Dreiwegeventils 28a derart, dass das Kühlwasser, das in den Wasserumgehungsdurchgang 28 strömt, zu der Wasserdurchgangseinlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 in dem Wärmemediumkreislauf geführt wird.
Während des Entfrostungsbetriebs steuert die Wärmemediumkreislaufsteuerungseinheit 40e der Luftklimatisierungssteuerungsvorrichtung 40 den Betrieb des Dreiwegeventils 28a derart, dass das Kühlwasser, das in dem Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 zirkuliert, zu der Wasserdurchgangseinlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 in dem Wärmemediumkreislauf geführt wird.
Die verbleibenden Betriebe des Wärmepumpensystems 1 sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Deshalb ist es in dem Kühlungsbetrieb, dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb und dem Erwärmungsbetrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, das Kühlen, das Entfeuchtungserwärmen und das Erwärmen in dem Fahrzeugabteil wie in dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen.
In dem Entfrostungsbetrieb strömt, da das Dreiwegeventil 28a zu dem Wärmemediumkreislauf umschaltet, der das Kühlwasser, das in dem Wärmeableitungszirkulationskreislauf 25 zirkuliert, zu der Wasserdurchgangseinlassseite des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 12 zirkuliert, das Kühlwasser, das durch die Maschine 60 erwärmt wird, in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12. Deshalb ist es während des Entfrostungsbetriebs leicht, die Wärme, die zum Entfrosten notwendig ist, und die Wärme, die zum Erwärmen des Fahrzeugabteils notwendig ist, von dem Kühlwasser zu absorbieren.
Demzufolge werden gemäß dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Entfrostungskapazität und die Erwärmungskapazität zum Erwärmen des Erwärmungszielfluids (geblasene Luft in diesem Ausführungsbeispiel) nicht ungenügend während des Entfrostungsbetriebs, und es ist möglich, die Entfrostungskapazität weiter zu stabilisieren und eine Verringerung der Erwärmungskapazität für das Erwärmungszielfluid zu begrenzen.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Steuerungsmodus in dem Entfrostungsbetrieb von dem ersten Ausführungsbeispiel geändert ist. Im Speziellen ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Steuerungsschritt S3, der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, zu dem Steuerungsschritt S31 geändert, wie in dem Flussdiagramm von 10 gezeigt ist.
In diesem Schritt S31 wird die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2, die durch den zweiten Kältemitteltemperatursensor 45b erfasst wird, mit einer vorbestimmten zweiten Referenztemperatur β (50° Celsius in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) verglichen. Die zweite Referenztemperatur β ist ein Wert, der experimentell als eine Temperatur des Kältemittels, das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, bestimmt ist, bei der ein Entfrosten des außenseitigen Wärmetauschers 14 zuverlässig durchgeführt werden kann.
Wenn in Schritt S31 bestimmt wird, dass die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 niedriger ist als die zweite Referenztemperatur β, geht der Schritt weiter zu Schritt S4. In Schritt S4 verringert die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 um einen vorbestimmten Betrag, und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Wenn in Schritt S31 bestimmt wird, dass die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 gleich zu der zweiten Referenztemperatur β ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S5. In Schritt S5 hält die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 aufrecht, und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Wenn in Schritt S31 bestimmt wird, dass die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 höher ist als die zweite Referenztemperatur β, geht der Prozess weiter zu Schritt S6. In Schritt S6 erhöht die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 um einen vorbestimmten Betrag, und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Es sei angemerkt, dass der Schritt S31 nicht auf einen Schritt begrenzt ist, in dem bestimmt wird, dass TD2 gleich zu β ist, wenn die tatsächliche auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 und die zweite Referenztemperatur β komplett die gleichen sind. Da es Erfassungsfehler und dergleichen in jeder Temperaturerfassungseinheit gibt, kann ein Schritt verwendet werden, der beurteilt, dass TD2 gleich zu β ist, wenn die Differenz (der Absolutwert) zwischen TD2 und β gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter exakter Wert ist.
Hier wird in Schritten S31 bis S6 die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung von TD2 in einer Schritt-für-Schritt-Weise erhöht. Des Weiteren wird in der Fahrzeugluftklimaanlage die auslassseitige Kältemitteltemperatur TD2 erhöht, um die Temperatur der geblasenen Luft zu erhöhen und um die Temperatur des Kühlwassers zu erhöhen, das in den Erwärmerkern 22 strömt. Demzufolge erhöht sich die erforderte Erwärmungskapazität, die für das Wärmepumpensystem 1 erfordert ist (das heißt die erforderte Erwärmungskapazität, die erfordert ist, um die geblasene Luft zu erwärmen), um das Fahrzeugabteil zu erwärmen, mit einer Erhöhung der auslassseitigen Kältemitteltemperatur TD2.
Deshalb erhöht, während des Entfrostungsbetriebs, die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung der erforderten Erwärmungskapazität. Im Speziellen bestimmt die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c in dem Entfrostungsbetrieb, dass sich die erforderte Erwärmungskapazität mit einer Erhöhung von TD2 erhöht, und die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c erhöht die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21. Die verbleibenden Betriebe sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Deshalb ist es in dem Kühlungsbetrieb, dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb und dem Erwärmungsbetrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, das Kühlen, das Entfeuchtungserwärmen und das Erwärmen in dem Fahrzeugabteil wie in dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen.
In dem Entfrostungsbetrieb erhöht die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung der auslassseitigen Kältemitteltemperatur TD2. Deshalb ist es gemäß dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, die Verschlechterung der Erwärmungskapazität für das Zielfluid zu unterdrücken, während eine stabile Entfrostungskapazität in dem Entfrostungsbetrieb geboten wird, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Steuerungsmodus in dem Entfrostungsbetrieb von dem ersten Ausführungsbeispiel geändert ist. Im Speziellen ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Steuerungsschritt S3, der in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, zu dem Steuerungsschritt S32 geändert, wie in dem Flussdiagramm von 11 gezeigt ist.
In diesem Schritt S32 wird die Einströmlufttemperatur TA1, die durch den Einströmlufttemperatursensor 49 erfasst wird, mit einer vorbestimmten dritten Referenztemperatur γ (50° Celsius in diesem Ausführungsbeispiel) verglichen.
Wenn in Schritt S32 bestimmt wird, dass die Einströmlufttemperatur TA1 höher ist als die dritte Referenztemperatur γ, geht der Prozess weiter zu Schritt S4. In Schritt S4 verringert die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 um einen vorbestimmten Betrag und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Wenn in Schritt S32 bestimmt wird, dass die Einströmlufttemperatur TA1 gleich zu der dritten Referenztemperatur γ ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S5. In Schritt S5 hält die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 aufrecht, und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Wenn in Schritt S32 bestimmt wird, dass die Einströmlufttemperatur TA1 niedriger als die dritte Referenztemperatur γ ist, geht der Prozess zu Schritt S6. In Schritt S6 erhöht die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c die Strömungsrate der Wasserpumpe 21 um einen vorbestimmten Betrag, und der Prozess geht weiter zu Schritt S7.
Es sei angemerkt, dass der Schritt S32 nicht auf einen Schritt begrenzt ist, in dem bestimmt wird, dass TA1 gleich zu γ ist, wenn die tatsächliche Einströmlufttemperatur TA1 und die dritte Referenztemperatur γ komplett die gleichen sind. Da es Erfassungsfehler und dergleichen in jeder Temperaturerfassungseinheit gibt, kann ein Schritt verwendet werden, der beurteilt, dass TA1 gleich zu γ ist, wenn die Differenz (der Absolutwert) zwischen TA2 und γ gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter exakter Wert ist.
Hier wird in Schritten S31 bis S6 die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Verringerung von TA1 in einer Schritt-für-Schritt-Weise erhöht. Des Weiteren erhöht sich in der Fahrzeugluftklimaanlage die erforderte Erwärmungskapazität des Wärmepumpensystems 1 zum Erwärmen des Fahrzeugabteils mit einer Verringerung der Einströmlufttemperatur TA1 in dem Erwärmungsbetrieb oder dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb.
Deshalb erhöht, während des Entfrostungsbetriebs, die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung der erforderten Erwärmungskapazität. Im Speziellen bestimmt die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c in dem Entfrostungsbetrieb, dass die erforderte Erwärmungskapazität sich mit einer Verringerung von TA1 erhöht, und die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c erhöht die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21. Die verbleibenden Betriebe sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Deshalb ist es in dem Kühlungsbetrieb, dem Entfeuchtungserwärmungsbetrieb und dem Erwärmungsbetrieb des Wärmepumpensystems 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, das Kühlen, das Entfeuchtungserwärmen und das Erwärmen in dem Fahrzeugabteil wie in dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen.
In dem Entfrostungsbetrieb erhöht die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Verringerung der Einströmlufttemperatur TA1. Deshalb ist es gemäß dem Wärmepumpensystem 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, die Verschlechterung der Erwärmungskapazität für das Zielfluid zu unterdrücken, während eine stabile Entfrostungskapazität in dem Entfrostungsbetrieb geboten wird, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt und kann in verschiedenen Weisen modifiziert werden, wie es nachstehend beschrieben ist, ohne von dem Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschreiben ein Beispiel, in dem das Wärmepumpensystem 1 der vorliegenden Offenbarung auf eine Fahrzeugluftklimaanlage eines Hybridfahrzeugs angewendet ist. Jedoch ist die Anwendung des Wärmepumpensystems 1 nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann die Fahrzeugluftklimatisierungsvorrichtung 1 auf ein elektrisches Fahrzeug (einschließlich eines Brennstoffzellenfahrzeugs) angewendet werden, das die Antriebskraft von einem Fahrzeugfahrelektromotor erhält, um zu fahren, oder auf ein gewöhnliches Fahrzeug, das die Antriebskraft für ein Fahrzeugfahren von einer Maschine erhält.
Des Weiteren ist das Wärmepumpensystem 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf eine Fahrzeugluftklimaanlage begrenzt und kann auf eine stationäre Luftklimaanlage, ein Kühllager, eine Heißwasserzuführeinheit und dergleichen angewendet werden. Deshalb kann die Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 eine Kältekreisvorrichtung sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Beispiel beschrieben worden, in dem das Maschinenkühlwasser als ein Wärmemedium verwendet wird, aber das Wärmemedium ist nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann ein Kühlwasser zum Kühlen eines Inverters verwendet werden, der eine elektrische Leistung zu dem Fahrelektromotor zuführt. In diesem Fall dient der Inverter als eine Erwärmungseinheit zum Erwärmen des Wärmemediums.
Des Weiteren können andere elektrische Vorrichtungen, elektrische Heizer oder dergleichen als die Erwärmungseinheit verwendet werden. Des Weiteren kann als die Erwärmungseinheit ein Tank zum Aufrechterhalten und Speichern eines Hochtemperaturwärmemediums verwendet werden. Während des Entfrostungsbetriebs kann das Hochtemperaturwärmemedium, das in dem Tank gespeichert ist, in den Wärmemediumzirkulationskreislauf strömen. In dem Wärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Erwärmungseinheit nicht unverzichtbar.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Beispiel beschrieben worden, in dem die Pumpkapazitätssteuerungseinheit 40c der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 in einer Schritt-für-Schritt-Weise die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 mit einer Erhöhung der erforderten Erwärmungskapazität erhöht, aber natürlich kann die Pumpkapazität kontinuierlich erhöht werden. Auf diese Weise kann beispielsweise die Pumpkapazität der Wasserpumpe 21 auf der Basis der Temperaturdifferenz (TW2 - Tam), der auslassseitigen Kältemitteltemperatur TD2, der Einströmlufttemperatur TA1 etc. mit Bezug auf das Steuerungskennfeld bestimmt werden, das im Voraus in der Luftklimatisierungssteuerungseinrichtung 40 gespeichert wird.
In dem Wärmepumpenkreis 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann die Abgabekapazitätssteuerungseinheit 40a den Betrieb des Kompressors 11 derart steuern, dass, in dem Entfrostungsbetrieb, die Temperatur des Kältemittels, das in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt (das heißt die einlassseitige Kältemitteltemperatur TD1), bei oder unterhalb der vorbestimmten Referenztemperatur KTL ist. Demgemäß wird die Temperatur des Kältemittels, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, während des Entfrostungsbetriebs nicht übermäßig erhöht, und ein unnötiger Energieverbrauch kann unterdrückt werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Beispiel beschrieben, in dem der Wärmepumpenkreis 10, der gestaltet ist, um den Kältemittelkreislauf umzuschalten, verwendet wird, aber der Wärmepumpenkreis ist nicht darauf beschränkt. Jeder Wärmepumpenkreis ist akzeptabel, solange er wenigstens einen Kreis bilden kann, in dem das Kältemittel in der gleichen Reihenfolge wie bei dem Erwärmungsbetrieb der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele strömt.
Darüber hinaus sind verschiedene Komponenten des Wärmepumpenkreises 10 nicht auf diejenigen beschränkt, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbart sind.
Beispielsweise ist in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Beispiel beschrieben, in dem ein elektrischer Kompressor als der Kompressor 11 des Wärmepumpenkreises 10 verwendet wird. Jedoch ist der Kompressor 11 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein maschinenangetriebener Kompressor, der durch eine Drehantriebskraft angetrieben wird, die von einer Brennkraftmaschine (Maschine) über eine Riemenscheibe, einen Riemen oder dergleichen übertragen wird, als der Kompressor verwendet werden.
Des Weiteren kann, als ein maschinenangetriebener Kompressor, ein Kompressor mit variabler Verdrängung, der die Kältemittelabgabekapazität durch eine Änderung einer Abgabekapazität einstellen kann, ein Kompressor mit fester Verdrängung, der die Kältemittelabgabekapazität durch einen intermittierenden Betrieb einer elektromagnetischen Kupplung oder dergleichen einstellen kann, verwendet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Beispiel beschrieben, in dem R134a als das Kältemittel des Wärmepumpenkreises 10 verwendet wird. Jedoch ist das Kältemittel nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können HFO-basierte Kältemittel (R1234yf, HFO-1234ze, HFO-1234zd), R600a, R410A, R404A, R32, R407C und dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein gemischtes Kältemittel verwendet werden, das durch Mischen von einigen von diesen Kältemitteln erhalten wird.
Des Weiteren kann Kohlendioxid als das Kältemittel verwendet werden, und ein Wärmepumpenkreis, der einen überkritischen Kältekreis bildet, in dem ein hochdruckseitiger Kältemitteldruck des Kältemittels gleich wie oder höher als der kritische Druck ist, kann verwendet werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Beispiel beschrieben, in dem der zweite Kältemitteltemperatursensor 45b die Temperatur des Kältemittels an der Auslassseite des Erwärmungsexpansionsventils 13 und an der Einlassseite des außenseitigen Wärmetauschers 14 erfasst. Jedoch ist der zweite Kältemitteltemperatursensor 45b nicht darauf beschränkt.
Beispielsweise kann der zweite Kältemitteltemperatursensor 45b die Temperatur des Kältemittels unmittelbar nach Strömen in den außenseitigen Wärmetauscher 14 erfassen. Der zweite Kältemitteltemperatursensor 45b kann die Temperatur des Kältemittels an der Einlassseite des Erwärmungsexpansionsventils 13 erfassen. In diesem Fall kann die Temperatur des Kältemittels, das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, auf der Basis des Drosselöffnungsgrads des Erwärmungsexpansionsventils 13 und des Erfassungswerts des zweiten Kältemitteltemperatursensors 45b geschätzt werden. Die Temperatur des Kältemittels, das in den außenseitigen Wärmetauscher 14 strömt, kann auf einer Basis einer Temperatur des Kältemittels, das durch einen Kältemitteldurchgang zwischen dem Abgabeanschluss des Kompressors 11 und dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 strömt, der Menge von Wärme, die in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 12 abgeleitet wird, und des Drosselöffnungsgrads des Erwärmungsexpansionsventils 13 geschätzt werden.
Die Mittel, die in jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele offenbart sind, können in geeigneter Weise innerhalb eines Bereichs kombiniert werden, der realisiert werden kann. Beispielsweise kann in dem Wärmepumpensystem 1, das in dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, der Steuerungsmodus in dem Entfrostungsbetrieb des vierten und fünften Ausführungsbeispiels angewendet werden.
Während die vorliegende Offenbarung mit Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele von dieser beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele und Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Darüber hinaus, während die verschiedenen Elemente in verschiedenen Kombinationen und Gestaltungen gezeigt sind, die beispielhaft sind, sind andere Kombinationen und Gestaltungen, einschließlich mehr Elementen, weniger Elementen oder nur eines einzelnen Elements, auch innerhalb des Kerns und des Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016011531 [0001]
JP 2016236054 [0001]
JP 4631576 B2 [0005]

Claims

Wärmepumpensystem mit: einem Wärmepumpenkreis (10), der Folgendes hat: einen Kompressor (11), der gestaltet ist, um ein Kältemittel zu komprimieren und abzugeben, einen ersten Wärmetauscher (12), der gestaltet ist, um Wärme zwischen einem Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor abgegeben wird, und einem Wärmemedium auszutauschen, einen Dekompressor (13), der gestaltet ist, um das Kältemittel zu dekomprimieren, das aus dem ersten Wärmetauscher ausströmt, und einen außenseitigen Wärmetauscher (14), der gestaltet ist, um Wärme zwischen einem Niedrigdruckkältemittel, das durch den Dekompressor dekomprimiert ist, und außenseitiger Luft auszutauschen; einem Wärmemediumzirkulationskreislauf (20), der Folgendes hat: eine Pumpvorrichtung (21), die gestaltet ist, um das Wärmemedium zu pumpen, und einen zweiten Wärmetauscher (22), der gestaltet ist, um ein Erwärmungszielfluid durch Austauschen von Wärme zwischen dem Wärmemedium, das aus dem ersten Wärmetauscher ausströmt, und dem Erwärmungszielfluid zu erwärmen; und einer Kältekreisvorrichtung, wobei die Kältekreisvorrichtung Folgendes hat: eine Drosselöffnungsgradsteuerungseinrichtung (40b), die gestaltet ist, um einen Öffnungsgrad des Dekompressors zu steuern, eine Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung (40c), die gestaltet ist, um eine Pumpkapazität der Pumpvorrichtung zu steuern, und eine Frostbildungsbestimmungseinrichtung (S1), die gestaltet ist, um zu bestimmen, ob Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist, die Kältekreisvorrichtung gestaltet ist, um einen Entfrostungsbetrieb durchzuführen, um den außenseitigen Wärmetauscher zu entfrosten, wenn die Frostbildungsbestimmungseinrichtung bestimmt, dass Frost an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist, die Drosselöffnungsgradsteuerungseinrichtung gestaltet ist, um den Öffnungsgrad in dem Entfrostungsbetrieb zu erhöhen, die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung gestaltet ist, um die Pumpkapazität in dem Entfrostungsbetrieb mit einer Erhöhung einer erforderten Erwärmungskapazität zu erhöhen, die zum Erwärmen des Erwärmungszielfluids erfordert ist, wobei die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung die Pumpkapazität innerhalb eines Bereichs erhöht, in dem eine Temperatur des Kältemittels, das in den außenseitigen Wärmetauscher strömen kann, den Frost schmelzen kann, der an dem außenseitigen Wärmetauscher gebildet ist.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung gestaltet ist, um die Pumpkapazität in dem Entfrostungsbetrieb mit einer Erhöhung einer Differenz zwischen einer Außenseitenlufttemperatur (Tam) und einer Temperatur (TW2) des Wärmemediums zu erhöhen, das in dem Wärmemediumzirkulationskreislauf zirkuliert.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung (40c) gestaltet ist, um die Pumpkapazität in dem Entfrostungsbetrieb mit einer Erhöhung einer auslassseitigen Kältemitteltemperatur (TD2) des Kältemittels zu erhöhen, das aus dem ersten Wärmetauscher ausströmt.
Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, wobei die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung (40c) gestaltet ist, um die Pumpkapazität in dem Entfrostungsbetrieb mit einer Verringerung einer Einströmlufttemperatur (TA1) des Erwärmungszielfluids zu erhöhen, das in den zweiten Wärmetauscher (22) strömt.
Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des Weiteren mit: einer Temperatureinstellungseinrichtung (26, 27, 28a), die gestaltet ist, um eine Temperatur des Wärmemediums einzustellen, das in den ersten Wärmetauscher strömt, wobei die Temperatureinstellungseinrichtung gestaltet ist, um die Temperatur des Wärmemediums in dem Entfrostungsbetrieb zu erhöhen.
Wärmepumpensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Pumpkapazitätssteuerungseinrichtung (40c) gestaltet ist, um die Pumpkapazität in dem Entfrostungsbetrieb derart einzustellen, dass eine auslassseitige Kältemitteltemperatur (TD2) des Kältemittels, das aus dem ersten Wärmetauscher ausströmt, bei oder oberhalb einer vorbestimmten Referenzkältemitteltemperatur (KTH) ist.