DE112017005756B4 - Kühlzyklusvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Kühlzyklusvorrichtung mit:einem Kompressor (11), der ein Kühlmittel ansaugt und abgibt;einem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12), der bewirkt, dass das von dem Kompressor (11) abgegebene Kühlmittel Wärme zu einem Wärmemedium abstrahlt;einer ersten Druckreduziereinheit (13), die so aufgebaut ist, dass sie einen Druck des von dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) abgegebenen Kühlmittels reduziert;einem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14), der Wärme zwischen dem aus der ersten Druckreduziereinheit (13) herausströmenden Kühlmittel und der Außenluft austauscht;einer zweiten Druckreduziereinheit (15), die so aufgebaut ist, dass sie den Druck des aus dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) herausströmenden Kühlmittels reduziert;einem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16), der bewirkt, dass das aus der zweiten Druckreduziereinheit (15) herausströmende Kühlmittel Wärme von dem Wärmemedium absorbiert;einer Schalteinheit (38, 39), die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem Zustand, bei dem das Wärmemedium in dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) unabhängig voneinander zirkuliert, und einem Zustand schaltet, bei dem das Wärmemedium zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) zirkuliert; undeiner Steuervorrichtung (40), die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem ersten Modus, bei dem die erste Druckreduziereinheit (13) und die zweite Druckreduziereinheit (15) so arbeiten, dass sie bewirken, dass das Kühlmittel Wärme in dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) absorbiert, und die Schalteinheit (38, 39) so arbeitet, dass das Wärmemedium in dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) unabhängig voneinander zirkuliert, und einem zweiten Modus schaltet, bei dem die erste Druckreduziereinheit (13) und die zweite Druckreduziereinheit (15) so arbeiten, dass bewirkt wird, dass das Kühlmittel Wärme in dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) abstrahlt, und die Schalteinheit (38, 39) so arbeitet, dass das Wärmemedium zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) zirkuliert.

Description

  • Querverweis auf zugehörige Anmeldung
  • Die vorliegende Anmeldung ist auf die am 15. November 2016 angemeldete japanische Patentanmeldung JP 2016-222348 gegründet, auf deren Inhalt hierbei Bezug genommen wird.
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht auf eine Kühlzyklusvorrichtung zum Auftauen eines Wärmetauschers, wenn im Wärmetauscher ein Einfrieren (Frost) auftritt.
  • Hintergrund des Standes der Technik
  • Im Stand der Technik offenbart Patentdokument 1 eine Kühlzyklusvorrichtung, die zwischen einem Erwärmungsmodus und einem Auftaumodus schalten kann.
  • Im Erwärmungsmodus ist ein Kühlzyklus gebildet, bei dem das Kühlmittel in der Reihenfolge des Kompressors, des Kondensators, des ersten Drosselventils, des Außenwärmetauschers, des Speichers und des Kompressors zirkuliert, und der Kondensator wird dazu gebracht, dass er als ein Radiator fungiert, und der Au-ßenwärmetauscher wird dazu gebracht, dass er als ein Verdampfer fungiert. Als ein Ergebnis absorbiert das Kühlmittel Wärme von der Außenluft in dem Außenwärmetauscher, und das Kühlmittel strahlt die Wärme zu in einen Fahrzeugraum geblasener Luft im Kondensator ab, so dass der Fahrzeugraum erwärmt werden kann.
  • Im Auftaumodus zirkuliert das Kühlmittel in der gleichen Reihenfolge wie im Erwärmungsmodus, d.h., die Reihenfolge des Kompressors, des Kondensators, des ersten Drosselventils, des Außenwärmetauschers, des Speichers und des Kompressors, jedoch wird im Kondensator ein Wärmeaustausch nicht ausgeführt, oder ein Heißgaszyklus ist gebildet, bei dem das gasförmige Kühlmittel die Wärme absorbiert. Ein Niedrigdruck-Hochtemperatur-Kühlmittel, das durch den Kompressor komprimiert wird, strömt in den Außenwärmetauscher und strahlt die Wärme ab. Als ein Ergebnis wird der Außenwärmetauscher erwärmt und ein Auftauen des Außenwärmetauschers wird verwirklicht.
  • Dokumente des Standes der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: JP 2015-33953 A
    • Patentdokument 2: US 2012 / 0 222 446 A1
  • Die US 2012 / 0 222 446 A1 offenbart ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug. Dieses Klimatisierungssystem umfasst eine Klimatisierungsvorrichtung mit einem Kompressor, der ein erstes Kühlmittel komprimiert, und einem ersten Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem ersten Kühlmittel und Außenluft austauscht und eine Temperaturregulierung durchführt; und eine Anlagenkühlvorrichtung, die ein zweites Kühlmittel zwischen einer Anlage zum elektrischen Antreiben des Fahrzeugs und einem zweiten Wärmetauscher zirkulieren lässt, um Wärme, die von der Anlage absorbiert wird, zu der Luft im Fahrzeuginnenraum im zweiten Wärmetauscher abzugeben. Das System umfasst ferner einen Wärmeabstrahlungsunterdrückungsaufbau, der eine Wärmeableitung von der Anlage an die Umgebung unterdrückt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß dem Beispiel aus dem Stand der Technik gibt es im Erwärmungsmodus einen Bereich, bei dem das Kühlmittel in einer Gasphase ist, und einen Bereich, bei dem das Kühlmittel in einer flüssigen Phase im Zyklus ist. Anders ausgedrückt ändert im Erwärmungsmodus das Kühlmittel eine Phase im Zyklus.
  • Andererseits ist im Auftaumodus anders als im Erwärmungsmodus das Kühlmittel in der gasförmigen Phase im gesamten Bereich des Zyklus. Aus diesem Grund wird, wenn der Erwärmungsmodus zu dem Auftaumodus geschaltet wird, Zeit für das Kühlmittel benötigt, damit es in sämtlichen Bereichen des Zyklus in die gasförmige Phase gelangt.
  • Des Weiteren ist es in dem Heißgaszyklus des vorstehend erwähnten Standes der Technik, da es schwierig ist, den Druck des in den Außenwärmetauscher strömenden Kühlmittels zu erhöhen, schwierig, die Temperatur und die Dichte des in den Außenwärmetauscher strömenden Kühlmittels zu erhöhen, um die Auftaufähigkeit zu erhöhen.
  • Daher kann im vorstehend erläuterten Stand der Technik das Auftauen nicht frühzeitig beendet werden.
  • Im Hinblick auf die vorstehend dargelegten Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlzyklusvorrichtung zu schaffen, die ein Auftauen in einer frühzeitigen Stufe beenden kann.
  • Eine Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist versehen mit einem Kompressor, der ein Kühlmittel ansaugt und abgibt; einem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher, der bewirkt, dass das von dem Kompressor abgegebene Kühlmittel Wärme zu einem Wärmemedium abstrahlt; einer ersten Druckreduziereinheit, die so aufgebaut ist, dass sie einen Druck des von dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher abgegebenen Kühlmittels reduziert; einem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem aus der ersten Druckreduziereinheit herausströmenden Kühlmittel und der Außenluft austauscht; einer zweiten Druckreduziereinheit, die so aufgebaut ist, dass sie den Druck des aus dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher herausströmenden Kühlmittels reduziert; einem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher, der bewirkt, dass das aus der zweiten Druckreduziereinheit herausströmende Kühlmittel Wärme von dem Wärmemedium absorbiert; einer Schalteinheit, die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem Zustand, bei dem das Wärmemedium in dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher unabhängig voneinander zirkuliert, und einem Zustand schaltet, bei dem das Wärmemedium zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher zirkuliert; und einer Steuervorrichtung, die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem ersten Modus, bei dem die erste Druckreduziereinheit und die zweite Druckreduziereinheit so arbeiten, dass sie bewirken, dass das Kühlmittel Wärme in dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher absorbiert, und die Schalteinheit so arbeitet, dass das Wärmemedium in dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher unabhängig voneinander zirkuliert, und einem zweiten Modus schaltet, bei dem die erste Druckreduziereinheit und die zweite Druckreduziereinheit so arbeiten, dass bewirkt wird, dass das Kühlmittel Wärme in dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher abstrahlt, und die Schalteinheit so arbeitet, dass das Wärmemedium zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher zirkuliert.
  • Gemäß dem vorstehend erläuterten Aufbau kann im zweiten Modus der Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher aufgetaut werden, da das unter hoher Temperatur stehende Kühlmittel in den Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher strömt. Des Weiteren kann, da die Phase des Kühlmittels sich nicht nur im ersten Modus, sondern auch im zweiten Modus ändert, ein Auftauen des Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauschers frühzeitig im zweiten Modus gestartet werden.
  • Des Weiteren wird die Wärme von dem Kühlmittel zu dem Wärmemedium im ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher abgestrahlt und die Wärme des Wärmemediums wird durch das Kühlmittel im zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher absorbiert. Daher kann der Druck des in den Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher strömenden Kühlmittels im Vergleich zu dem herkömmlichen Heißgaszyklus erhöht werden. Somit können die Temperatur und die Dichte des in den Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher strömenden Kühlmittels erhöht werden, um das Auftauen des Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauschers frühzeitig zu beenden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung einer Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei ein Betriebszustand eines Kühlmodus gezeigt ist.
    • 2 zeigt eine Blockdarstellung einer elektrischen Steuervorrichtung der Kühlzyklusvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
    • 3 zeigte eine Gesamtaufbaudarstellung der Kühlzyklusvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei ein Betriebszustand eines Erwärmungsmodus gezeigt ist.
    • 4 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung der Kühlzyklusvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, wobei der Betriebszustand eines Auftaumodus gezeigt ist.
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses, der durch eine Steuervorrichtung der Kühlzyklusvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels ausgeführt wird.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Nachstehend sind Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine in 1 gezeigte Kühlzyklusvorrichtung 10 wird bei einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung (Klimaanlage) angewendet. Die Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung ist eine Luftkonditioniereinrichtung (Klimaanlage), die einen Fahrzeuginnenraum auf eine geeignete Temperatur einstellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kühlzyklusvorrichtung 10 an einem Hybridfahrzeug montiert, das eine Antriebskraft für eine Fahrzeugfahrt von einem Verbrennungsmotor und einem Fahrelektromotor erlangt.
  • Das Hybridfahrzeug des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist als ein Einsteckhybridfahrzeug aufgebaut, das dazu in der Lage ist, eine Batterie (anders ausgedrückt, eine im Fahrzeug montierte Batterie), die im Fahrzeug montiert wird, durch elektrische Energie aufzuladen, die von einer externen Energiequelle (anders ausgedrückt, eine kommerzielle Energiequelle) geliefert wird, wenn das Fahrzeug anhält. Die Batterie kann beispielsweise aus einer Lithiumionenbatterie gebildet sein.
  • Die von dem Verbrennungsmotor abgegebene Antriebskraft wird nicht nur zum Antreiben des Fahrzeugs, sondern auch zum Betreiben eines Generators verwendet. Die durch den Generator erzeugte elektrische Energie und die von der externen Energiequelle gelieferte elektrische Energie können in der Batterie gespeichert werden, und die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie wird nicht nur zu dem Fahrelektromotor, sondern auch zu verschiedenen am Fahrzeug montierten Vorrichtungen geliefert, wie beispielsweise elektrische Bauteile, die die Kühlzyklusvorrichtung 10 bilden.
  • Die Kühlzyklusvorrichtung 10 ist eine Kühleinrichtung der Dampfkompressionsart, die einen Kompressor 11, einen Kondensator 12, ein erstes Expansionsventil 13, einen Außenwärmetauscher 14, ein zweites Expansionsventil 15 und einen Verdampfer 16 aufweist. In der Kühlzyklusvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird ein Fluorkohlenwasserstoffkühlmittel als das Kühlmittel verwendet, und ein subkritischer Kühlzyklus ist gebildet, bei dem ein hochdruckseitiger Kühlmitteldruck einen kritischen Druck des Kühlmittels nicht überschreitet.
  • Der Kompressor 11, der Kondensator 12, das erste Expansionsventil 13, der Außenwärmetauscher 14, das zweite Expansionsventil 15 und der Verdampfer 16 sind in Reihe zueinander in einer Strömung des Kühlmittels angeordnet.
  • Der Kompressor 11 ist ein elektrischer Kompressor, der durch von der Batterie gelieferter elektrischen Energie angetrieben wird, und er saugt das Kühlmittel der Kühlzyklusvorrichtung 10 an, komprimiert es und gibt es ab. Der Kompressor 11 kann ein durch einen Riemen angetriebener Kompressor mit variabler Verdrängung sein.
  • Der Kondensator 12 ist ein erster Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher, der ein hochdruckseitiges Kühlmittel kondensieren lässt durch Austauschen von Wärme zwischen dem hochdruckseitigen Kühlmittel, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird, und einem Kühlwasser eines Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20.
  • Das Kühlwasser in dem Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 ist ein Fluid wie beispielsweise ein Wärmemedium. Das Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 ist ein Hochtemperaturwärmemedium. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Flüssigkeit, die zumindest Ethylenglykol, Dimethylpolysiloxan oder ein Nanofluid enthält oder eine Antifrostflüssigkeit als das Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 angewendet.
  • Das erste Expansionsventil 13 ist eine erste Druckreduziereinheit, die einen Druck des aus dem Kondensator 12 herausströmenden in flüssiger Phase vorliegenden Kühlmittels reduziert und das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel, dessen Druck reduziert worden ist, expandiert. Das erste Expansionsventil 13 ist ein elektrisch variabler Drosselmechanismus und hat einen Ventilkörper und einen elektrischen Aktuator. Der Ventilkörper ist so gebildet, dass er dazu in der Lage ist, einen Kanalöffnungsgrad (anders ausgedrückt, einen Drosselöffnungsgrad) eines Kühlmittelkanals zu ändern. Der elektrische Aktuator hat einen Schrittmotor zum Ändern des Drosselöffnungsgrades des Ventilkörpers.
  • Das erste Expansionsventil 13 ist durch einen variablen Drosselmechanismus mit einer Ganzöffnungsfunktion aufgebaut, die den Kühlmittelkanal gänzlich öffnet, wenn der Drosselöffnungsgrad gänzlich geöffnet ist. Anders ausgedrückt kann das erste Expansionsventil 13 verhindern, dass das Kühlmittel einen Druckreduktionsvorgang ausübt, indem der Kühlmittelkanal gänzlich geöffnet wird. Der Betrieb des ersten Expansionsventils 13 wird gemäß einem Steuersignal gesteuert, das von einer in 2 gezeigten Steuervorrichtung 40 ausgegeben wird.
  • Der Außenwärmetauscher 14 ist ein Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher zum Austauschen der Wärme zwischen dem Kühlmittel, das aus dem ersten Expansionsventil 13 herausgeströmt ist, und der Außenluft. Die Außenluft wird zu dem Außenwärmetauscher 14 durch ein Außengebläse 17 geblasen.
  • Das Außengebläse 17 ist ein Außenluftgebläse, das die Außenluft zu dem Außenwärmetauscher 14 bläst. Das Außengebläse 17 ist ein elektrisches Gebläse, das ein Lüfterrad mit einem Elektromotor antreibt. Der Außenwärmetauscher 14 und das Außengebläse 17 sind an einem vordersten Abschnitt des Fahrzeugs angeordnet. Daher kann, wenn das Fahrzeug fährt, Fahrtwind auf den Außenwärmetauscher 14 aufgebracht werden.
  • Wenn die Temperatur des durch den Außenwärmetauscher 14 strömenden Kühlmittels niedriger ist als eine Temperatur der Außenluft, fungiert der Außenwärmetauscher 14 als eine Wärmeabsorbiereinrichtung, die ermöglicht, dass das Kühlmittel die Wärme der Außenluft absorbiert (aufnimmt). Wenn die Temperatur des durch den Außenwärmetauscher 14 strömenden Kühlmittels höher als die Temperatur der Außenluft ist, fungiert der Außenwärmetauscher 14 als ein Radiator, der die Wärme des Kühlmittels zu der Außenluft abstrahlt.
  • Das zweite Expansionsventil 15 ist eine zweite Druckreduziereinheit, die den Druck des in der flüssigen Phase vorliegenden Kühlmittels, das aus dem Außenwärmetauscher 14 herausströmt, reduziert und das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel, dessen Druck reduziert worden ist, expandieren lässt. Das zweite Expansionsventil 15 ist ein elektrischer variabler Drosselmechanismus und hat einen Ventilkörper und einen elektrischen Aktuator. Der Ventilkörper ist so aufgebaut, dass er einen Kanalöffnungsgrad (anders ausgedrückt einen Drosselöffnungsgrad) eines Kühlmittelkanals ändern kann. Der elektrische Aktuator hat einen Schrittmotor zum Ändern des Drosselöffnungsgrades des Ventilkörpers.
  • Das zweite Expansionsventil 15 ist durch einen variablen Drosselmechanismus mit einer Ganzöffnungsfunktion aufgebaut, die den Kühlmittelkanal gänzlich öffnet, wenn der Drosselöffnungsgrad gänzlich geöffnet ist. Anders ausgedrückt, kann das zweite Expansionsventil 15 verhindern, dass das Kühlmittel einen Druckreduktionsvorgang ausübt, indem der Kühlmittelkanal gänzlich geöffnet wird. Der Betrieb des zweiten Expansionsventils 15 wird gemäß einem Steuersignal gesteuert, das von der Steuervorrichtung 40 ausgegeben wird.
  • Mit einer Änderung der Drosselöffnungsgrade des ersten Expansionsventils 13 und des zweiten Expansionsventils 15 werden ein in 1 gezeigter Kühlmodus, ein in 3 gezeigter Erwärmungsmodus und ein in 4 gezeigter Auftaumodus zueinander geschaltet. Das erste Expansionsventil 13 und das zweite Expansionsventil 15 sind Betriebsmodusschalteinheiten zum Schalten zwischen dem Kühlmodus, dem Erwärmungsmodus und dem Auftaumodus.
  • Der Kühlmodus und der Auftaumodus sind Wärmeabstrahlmodi, bei denen der Außenwärmetauscher 14 die Wärme von dem Kühlmittel zu der Außenluft abstrahlt (abgibt). Der Erwärmungsmodus ist ein Wärmeabsorbiermodus, bei dem der Außenwärmetauscher 14 die Wärme von der Außenluft zu dem Kühlmittel absorbiert (in das Kühlmittel absorbiert). Der Erwärmungsmodus ist ein erster Modus und der Auftaumodus ist ein zweiter Modus.
  • Der Verdampfer 16 ist ein zweiter Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher, der Wärme zwischen einem Niedrigdruckkühlmittel, das aus dem zweiten Expansionsventil 15 herausströmt, und dem Kühlwasser eines Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 austauscht, um dadurch das Niedrigdruckkühlmittel zu verdampfen. Ein in dem Verdampfer 16 verdampftes in gasförmiger Phase vorliegendes Kühlmittel wird in den Kompressor 11 gesaugt und komprimiert.
  • Das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 ist ein Fluid als das Wärmemedium. Das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 ist ein Niedrigtemperaturwärmemedium. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Flüssigkeit, die zumindest Ethylenglykol, Dimethylpolysiloxan oder ein Nanofluid enthält oder eine Antifrostflüssigkeit als das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 angewendet.
  • Der Außenwärmetauscher 14 hat eine Wärmetauschereinheit 141, eine Flüssigkeitsspeichereinheit 142 und eine Unterkühleinheit 143. Die Wärmetauschereinheit 141 des Außenwärmetauschers 14 tauscht Wärme zwischen dem Kühlmittel, das aus dem ersten Expansionsventil 13 herausgeströmt ist, und der Außenluft aus. Die Flüssigkeitsspeichereinheit 142 des Außenwärmetauschers 14 ist eine Kühlmittelspeichereinheit, die ein Gas und eine Flüssigkeit des Kühlmittels, das aus der Wärmetauschereinheit 141 in dem Außenwärmetauscher 14 herausgeströmt ist, voneinander trennt und einen Überschuss des Kühlmittels speichert. Die Unterkühleinheit 143 des Außenwärmetauschers 14 vollführt ein Unterkühlen des in flüssiger Phase vorliegenden Kühlmittels durch Austauschen der Wärme zwischen dem in flüssiger Phase vorliegenden Kühlmittel, das aus der Flüssigkeitsspeichereinheit 142 in dem Außenwärmetauscher 14 herausströmt, und der Außenluft.
  • In dem Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 sind der Kondensator 12, eine hochtemperaturseitige Pumpe 21, der Heizeinrichtungskern 22 und eine Hochspannungsheizeinrichtung 23 angeordnet. In dem Niedrigtemperaturkühlwasserkreislauf 30 sind der Verdampfer 16, eine niedrigtemperaturseitige Pumpe 31, ein Kühlerkern 32 und eine Abwärmevorrichtung 33 angeordnet.
  • Die hochtemperaturseitige Pumpe 21 und die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31 sind Wärmemediumpumpen, die das Kühlwasser ansaugen und abgeben. Die hochtemperaturseitige Pumpe 21 und die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31 sind elektrische Pumpen. Die hochtemperaturseitige Pumpe 21 ist eine hochtemperaturseitige Strömungsrateneinstelleinheit, die die Strömungsrate des Kühlwassers einstellt, das in dem Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 zirkuliert. Die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31 ist eine niedrigtemperaturseitige Strömungsrateneinstelleinheit, die eine Strömungsrate des Kühlwassers einstellt, das in dem Niedrigtemperaturkühlwasserkreislauf 30 zirkuliert.
  • Der Heizeinrichtungskern 22 ist ein hochtemperaturseitiger Wärmemedium-Wärmetauscher, der die Wärme zwischen dem Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 und der Luft austauscht, die in den Fahrgastraum geblasen wird, um die in den Fahrgastraum geblasene Luft zu erwärmen. In dem Heizeinrichtungskern 22 strahlt das Kühlwasser die Wärme zu der Luft ab, die in den Fahrgastraum geblasen wird.
  • Die Hochspannungsheizeinrichtung 23 ist eine Heizeinrichtung, die die Wärme erzeugt, indem sie mit einer Hochspannungsenergie (Leistung) beliefert wird, um das Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 zu erwärmen.
  • Der Kondensator 12, die hochtemperaturseitige Pumpe 21, der Heizeinrichtungskern 22 und die Hochspannungsheizeinrichtung 23 sind in Reihe zueinander in einer Kühlwasserströmung des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 angeordnet.
  • Der Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 hat einen Kondensatorbypassströmungskanal 24 und ein Bypass-Drei-Wege-Ventil 25. Der Heizeinrichtungskernbypassströmungskanal 24 ist ein Kühlwasserströmungskanal, durch den das Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 den Kondensator 12 umgeht (Bypass). Das Bypass-Drei-Wege-Ventil 25 ist ein elektromagnetisches Ventil für ein durch Schalten erfolgendes Öffnen und Schließen des Kühlwasserströmungskanals an der Seite des Kondensators 12 und des Kondensatorbypassströmungskanals 24. Der Betrieb des Bypass-Drei-Wege-Ventils 25 wird durch die Steuervorrichtung 40 gesteuert.
  • Der Kühlerkern 32 ist ein niedrigtemperaturseitiger Wärmemedium-Wärmetauscher, der die in den Fahrgastraum geblasene Luft kühlt durch Austauschen der Wärme zwischen dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 und der Luft, die in den Fahrgastraum geblasen wird. In dem Kühlerkern 32 absorbiert das Kühlwasser die Wärme von der Luft, die in den Fahrgastraum geblasen wird.
  • Die Abwärmevorrichtung 33 ist eine im Fahrzeug montierte Vorrichtung, die Abwärme, die durch den Betrieb erzeugt wird, zu dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 abstrahlt. Die Abwärmevorrichtung 33 ist eine Wärmeliefereinheit, die die Wärme zu dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 liefert. Beispielsweise ist die Abwärmevorrichtung 33 durch eine Batterie, einen Inverter, einen Fahrelektromotor oder dergleichen aufgebaut. Der Inverter ist eine Energieumwandlungseinheit, die eine von der Batterie gelieferte Gleichstromenergie (Gleichstromleistung) in eine Wechselstromenergie (Wechselstromleistung) umwandelt und die Wechselstromenergie zu dem Fahrelektromotor ausgibt.
  • Der Verdampfer 16 und die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31 sind in Reihe zueinander in der Kühlwasserströmung des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 angeordnet. Der Kühlerkern 32 und die Abwärmevorrichtung 33 sind parallel zueinander in der Kühlwasserströmung des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 angeordnet.
  • Der Niedrigtemperaturkühlwasserkreislauf 30 hat ein kühlerkernseitiges Ein-Aus-Schaltventil 34 und ein abwärmevorrichtungsseitiges Ein-Aus-Schaltventil 35. Das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 ist ein elektromagnetisches Ventil zum Öffnen und Schließen des Kühlwasserströmungskanals an der Seite des Kühlerkerns 32. Das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventil 35 ist ein elektromagnetisches Ventil, das den Kühlwasserströmungskanal an der Seite der Abwärmevorrichtung 33 öffnet und schließt. Der Betrieb des kühlerkernseitigen Ein-Aus-Schaltventils 34 und des abwärmevorrichtungsseitigen Ein-Aus-Schaltventils 35 wird durch die Steuervorrichtung 40 gesteuert.
  • Das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 und das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventil 35 sind Kühlerkernschalteinheiten zum Schalten zwischen einem Zustand, bei dem das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 durch den Kühlerkern 32 strömt, und einem Zustand, bei dem das Kühlwasser den Kühlerkern 32 umgeht (Bypass). Das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 und das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventil 35 sind Abwärmevorrichtungsschalteinheiten zum Schalten zwischen einem Zustand, bei dem das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 durch die Abwärmevorrichtung 33 strömt, und einem Zustand, bei dem das Kühlwasser die Abwärmevorrichtung 33 umgeht (Bypass).
  • Ein erster Verbindungsströmungskanal 36 und ein zweiter Verbindungsströmungskanal 37 sind mit dem Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 und dem Niedrigtemperaturkühlwasserkreislauf 30 verbunden. Der erste Verbindungsströmungskanal 36 bewirkt eine Kommunikation von einem Abschnitt des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 an der Kühlwasserauslassseite des Kondensators 12 mit einem Abschnitt des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 an der Kühlwassersaugseite der niedrigtemperaturseitigen Pumpe 31. Der zweite Verbindungsströmungskanal 37 bewirkt eine Kommunikation von einem Abschnitt des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 an der Kühlwasserauslassseite des Kühlerkerns 32 und der Abwärmevorrichtung 33 mit einem Abschnitt des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 an der Kühlwassereinlassseite des Kondensators 12.
  • Ein erstes Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Verbindungsströmungskanal 36 und dem Niedrigtemperaturkühlwasserkreislauf 30 angeordnet. Das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 ist ein elektromagnetisches Ventil für ein per Schaltvorgang erfolgendes Öffnen und Schließen des Kühlwasserströmungskanals an der Kühlwasserauslassseite des Kühlerkerns 32 und der Abwärmevorrichtung 33 und dem ersten Verbindungsströmungskanal 36. Der Betrieb des ersten Verbindungs-Drei-Wege-Ventils 38 wird durch die Steuervorrichtung 40 gesteuert.
  • Ein zweites Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Verbindungsströmungskanal 37 und dem Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 angeordnet. Das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 ist ein elektromagnetisches Ventil für ein per Schaltbetrieb erfolgendes Öffnen und Schließen des Kühlwasserströmungskanals an der Kühlwasserabgabeseite der hochtemperaturseitigen Pumpe 21 und des zweiten Verbindungsströmungskanals 37. Der Betrieb des zweiten Verbindungs-Drei-Wege-Ventils 39 wird durch die Steuervorrichtung 40 gesteuert.
  • Der Kühlerkern 32 und der Heizeinrichtungskern 22 sind in einem Gehäuse (nachstehend ist dieses als Luftkonditioniergehäuse bezeichnet) einer (nicht gezeigten) Innenluftkonditioniereinheit untergebracht. Die Innenluftkonditioniereinheit ist im Inneren eines Armaturenbretts (nicht gezeigt) an der Vorderseite des Fahrzeugraumes angeordnet. Das Luftkonditioniergehäuse ist ein Luftkanalausbildungselement, das einen Luftkanal ausbildet.
  • Der Heizeinrichtungskern 22 ist an einer stromabwärtigen Luftströmungsseite des Kühlerkerns 32 in dem Luftkanal in dem Luftkonditioniergehäuse angeordnet. In dem Luftkonditioniergehäuse sind ein (nicht gezeigter) Innen-Außen-Luftschaltkasten und ein (nicht gezeigtes) Innenluftgebläse angeordnet. Der Innen-Außen-Luftschaltkasten ist eine Innen-Außen-Luftschalteinheit für ein per Schaltbetrieb erfolgendes Einleiten der Innenluft und der Außenluft in den Luftkanal in dem Luftkonditioniergehäuse. Das Innengebläse saugt die Innenluft und die Außenluft, die in den Luftkanal in dem Luftkonditioniergehäuse eingeleitet wird, durch den Innen-Außen-Luftschaltkasten an und bläst diese.
  • Eine (nicht gezeigte) Luftmischtür ist zwischen dem Kühlerkern 32 und dem Heizeinrichtungskern 22 in dem Luftkanal in dem Luftkonditioniergehäuse angeordnet. Die Luftmischtür stellt ein Luftvolumenverhältnis zwischen einer kalten Luft, die in den Heizeinrichtungskern 22 strömt, und einer kalten Luft, die den Heizeinrichtungskern 22 umgeht, in einer kalten Luft ein, die durch den Kühlerkern 32 tritt.
  • Die Luftmischtür ist eine Drehtür mit einer Drehwelle, die so gestützt ist, dass sie relativ zu einem Luftkonditioniergehäuse drehbar ist, und einem Türbasisabschnitt, der mit der Drehwelle gekuppelt ist. Die Öffnungsposition der Luftmischtür wird eingestellt, wodurch sie dazu in der Lage ist, eine Temperatur, die von dem Luftkonditioniergehäuse in den Fahrzeugraum geblasen wird, auf eine erwünschte Temperatur einzustellen.
  • Die Drehwelle der Luftmischtür wird durch einen Servomotor angetrieben. Der Betrieb des Servomotors wird durch die Steuervorrichtung 40 gesteuert.
  • Die Luftmischtür kann eine Gleittür sein, die in einer Richtung gleitet, die im Wesentlichen senkrecht zu der Luftströmung ist. Die Gleittür kann eine plattenförmige Tür sein, die aus einem steifen Körper ausgebildet ist. Die Gleittür kann eine Filmtür sein, die aus einem flexiblen Filmmaterial hergestellt ist.
  • Die in 2 gezeigte Steuervorrichtung 40 hat einen gut bekannten Mikrocomputer inklusive einer CPU, einem ROM, einem RAM und dergleichen, und periphere Schaltungen des Mikrocomputers. Die Steuervorrichtung 40 führt verschiedene Berechnungen und Prozesse auf der Basis eines in dem ROM gespeicherten Steuerprogrammes aus. Verschiedene Steuerzielvorrichtungen sind mit der Abgabeseite der Steuervorrichtung 40 verbunden. Die Steuervorrichtung 40 ist eine Steuereinheit, die den Betrieb der verschiedenen Steuerzielvorrichtungen steuert.
  • Die durch die Steuervorrichtung 40 gesteuerten Steuerzielvorrichtungen umfassen den Kompressor 11, das erste Expansionsventil 13, das zweite Expansionsventil 15, das Außengebläse 17, die hochtemperaturseitige Pumpe 21, die Hochspannungsheizeinrichtung 23, das Bypass-Drei-Wege-Ventil 25, die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31, das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34, das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventil 35, das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38, das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 und dergleichen.
  • Die Software und die Hardware zum Steuern des Elektromotors des Kompressors 11 in der Steuervorrichtung 40 sind eine Kühlmittelabgabekapazitätssteuereinheit. Die Software und die Hardware zum Steuern des ersten Expansionsventils 13 in der Steuervorrichtung 40 sind eine erste Drosselsteuereinheit. Die Software und die Hardware zum Steuern des zweiten Expansionsventils 15 in der Steuervorrichtung 40 sind eine zweite Drosselsteuereinheit.
  • Die Software und die Hardware zum Steuern des Außengebläses 17 in der Steuervorrichtung 40 sind eine Außenluftblaskapazitätssteuereinheit. Die Software und die Hardware zum Steuern der hochtemperaturseitigen Pumpe 21 in der Steuervorrichtung 40 sind eine Hochtemperaturwärmemediumströmungsratensteuereinheit. Die Software und die Hardware zum Steuern der niedrigtemperaturseitigen Pumpe 31 in der Steuervorrichtung 40 sind eine Niedrigtemperaturwärmemediumströmungsratensteuereinheit.
  • Die Software und die Hardware zum Steuern der Hochspannungsheizeinrichtung 23 in der Steuervorrichtung 40 sind eine Heizeinrichtungssteuereinheit. Die Software und die Hardware zum Steuern des Bypass-Drei-Wege-Ventils 25 in der Steuervorrichtung 40 sind eine Bypass-Drei-Wege-Ventilsteuereinheit.
  • Die Software und die Hardware zum Steuern des kühlerkernseitigen Ein-Aus-Schaltventils 34 in der Steuervorrichtung 40 sind eine kühlerkernseitige Ein-Aus-Ventilsteuereinheit. Die Software und die Hardware zum Steuern des abwärmevorrichtungsseitigen Ein-Aus-Schaltventils 35 in der Steuervorrichtung 40 sind eine abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Ventilsteuereinheit.
  • Die Software und die Hardware zum Steuern des ersten Verbindungs-Drei-Wege-Ventils 38 und des zweiten Verbindungs-Drei-Wege-Ventils 39 der Steuervorrichtung 40 sind eine Verbindungs-Drei-Wege-Ventilsteuereinheit.
  • Verschiedene Steuersensorgruppen wie beispielsweise ein Innenlufttemperatursensor 41, ein Außenlufttemperatursensor 42, ein Sonneneinstrahlungsmengensensor 43, ein Außenwärmetauschertemperatursensor 44, ein Verdampfertemperatursensor 45, ein Heizeinrichtungskerntemperatursensor 46, ein Kühlmitteldrucksensor 47, ein Hochtemperaturkühlwassertemperatursensor 48 und ein Niedrigtemperaturkühlwassertemperatursensor 49 sind mit der Eingabeseite der Steuervorrichtung 40 verbunden.
  • Der Innenlufttemperatursensor 41 erfasst eine Fahrzeuginnentemperatur Tr. Der Außenlufttemperatursensor 42 erfasst eine Außenlufttemperatur Tam. Der Sonneneinstrahlungsmengensensor 43 erfasst eine Sonneneinstrahlungsmenge (Sonneneinstrahlungsbetrag) Ts im Fahrzeugraum.
  • Der Außenwärmetauschertemperatursensor 44 ist eine Temperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur des Außenwärmetauschers 14 erfasst. Der Außenwärmetauschertemperatursensor 44 ist beispielsweise ein Rippenthermistor zum Erfassen einer Temperatur von Wärmetauscherrippen des Außenwärmetauschers 14, ein Wassertemperatursensor zum Erfassen einer Temperatur eines durch den Außenwärmetauscher 14 strömenden Kühlwassers, ein Lufttemperatursensor zum Erfassen einer aus dem Außenwärmetauscher 14 herausströmenden Außenluft oder dergleichen.
  • Der Verdampfertemperatursensor 45 ist eine Temperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur des Verdampfers 16 erfasst. Der Verdampfertemperatursensor 45 ist beispielsweise ein Rippenthermistor zum Erfassen der Temperatur der Wärmetauscherrippen des Verdampfers 16, ein Kühlmitteltemperatursensor zum Erfassen der Temperatur des durch den Verdampfer 16 strömenden Kühlmittels oder dergleichen.
  • Der Heizeinrichtungskerntemperatursensor 46 ist eine Temperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Heizeinrichtungskerns 22 erfasst. Der Heizeinrichtungskerntemperatursensor 46 ist beispielsweise ein Rippenthermistor, der die Temperatur der Wärmetauscherrippen des Heizeinrichtungskerns 22 erfasst, ein Kühlmitteltemperatursensor, der die Temperatur eines durch den Heizeinrichtungskern 22 strömenden Kühlwassers erfasst, ein Lufttemperatursensor, der die Temperatur von aus dem Heizeinrichtungskern 22 herausströmender Luft erfasst oder dergleichen.
  • Der Kühlmitteldrucksensor 47 ist eine Kühlmitteldruckerfassungseinheit, die den Druck des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels erfasst. Anstelle des Kühlmitteldrucksensors 47 kann der Kühlmitteltemperatursensor mit der Eingabeseite der Steuervorrichtung 40 verbunden sein. Der Kühlmitteltemperatursensor ist eine Kühlmitteldruckerfassungseinheit, die die Temperatur des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels erfasst. Die Steuervorrichtung 40 kann den Druck des Kühlmittels auf der Basis der Temperatur des Kühlmittels abschätzen.
  • Der Hochtemperaturkühlwassertemperatursensor 48 ist eine Temperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Kühlwassers des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 erfasst. Beispielsweise erfasst der Hochtemperaturkühlwassertemperatursensor 48 die Temperatur des Kühlwassers in dem Kondensator 12.
  • Der Niedrigtemperaturkühlwassertemperatursensor 49 ist eine Temperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Kühlwassers des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 erfasst. Beispielsweise erfasst der Niedrigtemperaturkühlwassertemperatursensor 49 die Temperatur des Kühlwassers des Verdampfers 16.
  • Verschiedene (nicht gezeigte) Betätigungsschalter (Betriebsschalter) sind mit der Eingabeseite der Steuervorrichtung 40 verbunden. Verschiedene Betätigungsschalter sind an einer Betriebstafel 50 vorgesehen und werden durch einen Insassen betätigt. Die Betriebstafel 50 ist in der Nähe des Armaturenbretts in dem vorderen Abschnitt des Fahrzeugraumes angeordnet. Betriebssignale von verschiedenen Betriebsschaltern werden zu der Steuervorrichtung 40 eingegeben.
  • Die verschiedenen Betriebsschalter sind ein Luftkonditionierschalter, ein Temperatureinstellschalter und dergleichen. Der Luftkonditionierschalter stellt ein, ob die Luft in der Innenluftkonditioniereinheit gekühlt wird oder nicht. Der Temperatureinstellschalter stellt die Einstelltemperatur in dem Fahrzeugraum ein.
  • Nachstehend ist der Betrieb des vorstehend erläuterten Aufbaus beschrieben. Die Steuervorrichtung 40 schaltet den Betriebsmodus auf entweder den in 1 gezeigten Kühlmodus oder den in 3 gezeigten Erwärmungsmodus auf der Basis einer Sollblastemperatur TAO oder dergleichen.
  • Die Sollblastemperatur TAO ist eine Solltemperatur der herausgeblasenen Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird. Die Steuervorrichtung 40 berechnet die Sollblastemperatur TAO auf der Basis des folgenden Ausdrucks: TAO = Kset × Tset − Kr × Tr − Kam × Tam − Ks × Ts + C
    Figure DE112017005756B4_0001
  • In diesem Ausdruck ist Tset eine Fahrzeuginneneinstelltemperatur, die durch den Temperatureinstellschalter der Betriebstafel 50 eingestellt wird, ist Tr eine Innenlufttemperatur, die durch den Innenlufttemperatursensor 41 erfasst wird, ist Tam eine Außenlufttemperatur, die durch den Außenlufttemperatursensor 42 erfasst wird, und ist Ts eine Sonneneinstrahlungsmenge, die durch den Sonneneinstrahlungsmengensensor 43 erfasst wird. Kset, Kr, Kam und Ks sind Steuerverstärkungen, und C ist eine Korrekturkonstante.
  • Wenn im Erwärmungsmodus bestimmt wird, dass eine Möglichkeit des Einfrierens bei dem Außenwärmetauscher 14 besteht, schaltet die Steuervorrichtung 40 zu dem in 4 gezeigten Auftaumodus. Beispielsweise bestimmt im Erwärmungsmodus die Steuervorrichtung 40, dass eine Möglichkeit des Einfrierens bei dem Außenwärmetauscher 14 besteht, auf der Basis einer Temperaturdifferenz, die erlangt wird durch Subtrahieren der Temperatur des Kühlwassers in dem Niedrigtemperaturkühlwasserkreislauf 30 von der Außenlufttemperatur.
  • Nachstehend ist der Betrieb im Kühlmodus, im Erwärmungsmodus und im Auftaumodus beschrieben.
  • Kühlmodus
  • Bei dem in 1 gezeigten Kühlmodus stellt die Steuervorrichtung 40 das erste Expansionsventil 13 auf einen gänzlich geöffneten Zustand und stellt das zweite Expansionsventil 15 auf einen gedrosselten Zustand.
  • Die Steuervorrichtung 40 bestimmt die Betriebszustände der verschiedenen Steuervorrichtungen, die mit der Steuervorrichtung 40 verbunden sind (Steuersignale, die zu den verschiedenen Steuervorrichtungen auszugeben sind) auf der Basis der Sollblastemperatur TAO, des Erfassungssignals der Sensorgruppe und dergleichen.
  • Was das zu dem zweiten Expansionsventil 15 ausgegebene Steuersignal anbelangt, so wird der Grad des Überhitzens des in den Kompressor 11 strömenden Kühlmittels so bestimmt, dass er sich einem vorbestimmten Sollüberhitzgrad derart annähert, dass der Leistungskoeffizient des Zyklus (der sogenannte COP) sich einem maximalen Wert nähert.
  • Das zu dem Servomotor der (nicht gezeigten) Luftmischtür ausgegebene Steuersignal wird so bestimmt, dass die Luftmischtür den Luftkanal des Heizeinrichtungskerns 22 schließt, und eine Gesamtströmungsrate der durch den Kühlerkern 32 tretenden Belüftungsluft den Luftkanal des Heizeinrichtungskerns 22 umgeht (Bypass).
  • Im Kühlmodus werden der Kompressor 11 und die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31 betätigt, und die hochtemperaturseitige Pumpe 21 wird angehalten.
  • Im Kühlmodus öffnet das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite des Kühlerkerns 32. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in dem Kühlerkern 32 und die Luft wird in dem Kühlerkern 32 gekühlt.
  • Im Kühlmodus öffnet, wenn ein Bedarf an einem Kühlen der Abwärmevorrichtung 33 besteht, das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventil 35 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite der Abwärmevorrichtung 33. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in der Abwärmevorrichtung 33, um die Abwärmevorrichtung zu kühlen.
  • Im Kühlmodus schließt das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 den ersten Verbindungsströmungskanal 36, und schließt das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 den zweiten Verbindungsströmungskanal 37. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 nicht im Kondensator 12.
  • In der Kühlzyklusvorrichtung 10 ändert sich im Kühlmodus der Zustand des in dem Zyklus zirkulierenden Kühlmittels wie folgt.
  • Anders ausgedrückt strömt das von dem Kompressor 11 abgegebene Hochdruckkühlmittel in den Kondensator 12. Da zu diesem Zeitpunkt das Kühlwasser nicht im Kondensator 12 zirkuliert, tauscht das in den Kondensator 12 strömende Kühlmittel kaum Wärme mit dem Kühlwasser aus.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Kondensator 12 herausgeströmt ist, strömt in das erste Expansionsventil 13. Da zu diesem Zeitpunkt das erste Expansionsventil 13 einen gänzlich geöffneten Kühlmittelkanal hat, strömt das Kühlmittel, das aus dem Kondensator 12 herausgeströmt ist, in den Außenwärmetauscher 14, ohne eine Druckverminderung durch das erste Expansionsventil 13 zu erfahren.
  • Das in den Außenwärmetaucher 14 einströmende Kühlmittel strahlt die Wärme zu der Außenluft ab. Als ein Ergebnis wird das Kühlmittel gekühlt und kondensiert in dem Außenwärmetauscher 14.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Außenwärmetauscher 14 herausgeströmt ist, strömt in das zweite Expansionsventil 15 und erfährt eine Druckverringerung und expandiert durch das zweite Expansionsventil 15, bis das Kühlmittel zu einem Niedrigdruckkühlmittel wird. Das Niedrigdruckkühlmittel, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 15 reduziert worden ist, strömt in den Verdampfer 16, absorbiert die Wärme von dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 und verdampft. Als ein Ergebnis wird das Kühlwasser des Niedrigtemperaturwasserkreislaufes 30 gekühlt.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Verdampfer 16 herausgeströmt ist, strömt zu der Einlassseite des Kompressors 11 und wird durch den Kompressor 11 erneut komprimiert.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, bewirkt im Kühlmodus der Verdampfer 16, dass das Niedrigdruckkühlmittel die Wärme von dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 absorbiert, und der Kühlerkern 32 bewirkt, dass das Kühlwasser des Niedrigdruckkühlwasserkreislaufes 30 die Wärme von der Luft absorbiert, wodurch die gekühlte Außenluft in den Fahrgastraum herausgeblasen werden kann. Als ein Ergebnis kann der Fahrgastraum gekühlt werden.
  • Erwärmungsmodus
  • In dem in 3 gezeigten Erwärmungsmodus drosselt die Steuervorrichtung 40 das erste Expansionsventil 13 und öffnet das zweite Expansionsventil 15 gänzlich.
  • Die Steuervorrichtung 40 bestimmt die Betriebszustände der verschiedenen Steuervorrichtungen, die mit der Steuervorrichtung 40 verbunden sind (Steuersignale, die zu den verschiedenen Steuervorrichtungen auszugeben sind), auf der Basis der Sollblastemperatur TAO, des Erfassungssignals der Sensorgruppe und dergleichen.
  • Das zu dem ersten Expansionsventil 13 ausgegebene Steuersignal wird so bestimmt, dass der Grad an Überhitzen des Kühlmittels, das in das erste Expansionsventil 13 strömt, sich einem vorbestimmten Sollüberhitzgrad nähert. Der Sollüberhitzgrad wird so bestimmt, dass er den Leistungskoeffizienten des Zyklus (der sogenannte COP) nahe zu einem maximalen Wert bringt.
  • Das zu dem Servomotor der (nicht gezeigten) Luftmischtür ausgegebene Steuersignal wird so bestimmt, dass die Luftmischtür gänzlich den Luftkanal des Heizeinrichtungskerns 22 öffnet, und die Gesamtströmungsrate der durch den Kühlerkern 32 tretenden Belüftungsluft tritt durch den Luftkanal des Heizeinrichtungskerns 22.
  • In dem Erwärmungsmodus werden der Kompressor 11, das Außengebläse 17, die hochtemperaturseitige Pumpe 21 und die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31 betrieben.
  • Im Erwärmungsmodus schließt das Bypass-Drei-Wege-Ventil 25 den Kondensatorbypassströmungskanal 24. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 in dem Kondensator 12.
  • Im Erwärmungsmodus schließt das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 den Kühlmittelwasserströmungskanal an der Seite des Kühlerkerns 32. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 nicht in dem Kühlerkern 32. Im Erwärmungsmodus öffnet das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventil 35 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite der Abwärmevorrichtung 33. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in der Abwärmevorrichtung 33.
  • Im Erwärmungsmodus schließt das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 den ersten Verbindungsströmungskanal 36 und schließt das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 den zweiten Verbindungsströmungskanal 37. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser in dem Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 und dem Niedrigtemperaturkühlwasserkreislauf 30 unabhängig voneinander.
  • Im Erwärmungsmodus ändert sich der Zustand des im Zyklus zirkulierenden Kühlmittels wie folgt. Anders ausgedrückt strömt das von dem Kompressor 11 abgegebene Hochdruckkühlmittel in den Kondensator 12, tauscht die Wärme mit dem Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 und strahlt die Wärme ab. Als ein Ergebnis wird das Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 erwärmt.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Kondensator 12 herausgeströmt ist, strömt in das erste Expansionsventil 13, und sein Druck wird reduziert, bis das Kühlmittel zu einem Niedrigdruckkühlmittel wird. Das Niedrigdruckkühlmittel, dessen Druck durch das erste Expansionsventil 13 reduziert worden ist, strömt in den Außenwärmetauscher 14, absorbiert die Wärme von der Außenluft, die von dem Außengebläse 17 geblasen wird, und verdampft.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Außenwärmetauscher 14 herausgeströmt ist, strömt in das zweite Expansionsventil 15. Da zu diesem Zeitpunkt das zweite Expansionsventil 15 gänzlich offen ist, strömt das Kühlmittel, das aus dem Au-ßenwärmetauscher 14 herausgeströmt ist, in den Verdampfer 16, ohne eine Druckverringerung durch das zweite Expansionsventil 15 zu erfahren.
  • Das in den Verdampfer 16 einströmende Niedrigdruckkühlmittel tauscht die Wärme mit dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 aus, um die Wärme zu absorbieren. Als ein Ergebnis wird das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 gekühlt. Das Kühlmittel, das aus dem Verdampfer 16 herausgeströmt ist, strömt zu der Einlassseite des Kompressors 11 und wird durch den Kompressor 11 erneut komprimiert.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird im Erwärmungsmodus die Wärme des von dem Kompressor 11 abgegebenen Hochdruckkühlmittels zu dem Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 durch den Kondensator 12 abgestrahlt, und wird die Wärme des Kühlwassers des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 zu der Luft durch den Heizeinrichtungskern 20 so abgestrahlt, dass die durch den Heizeinrichtungskern 22 erwärmte Luft in den Fahrzeugraum herausgeblasen kann. Als ein Ergebnis kann das Erwärmen des Fahrzeugraumes verwirklicht werden.
  • Da das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 durch die Abwärmevorrichtung 33 zirkuliert, kann die Abwärme der Abwärmevorrichtung 33 durch das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 absorbiert werden, und der Verdampfer 16 kann die Wärme von dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in das Niedrigdruckkühlmittel absorbieren. Daher kann die Abwärme der Abwärmevorrichtung 33 zum Erwärmen des Fahrzeugraumes verwendet werden.
  • Auftaumodus
  • Bei dem in 4 gezeigten Auftaumodus stellt die Steuervorrichtung 40 das erste Expansionsventil 13 auf den gänzlich geöffneten Zustand und stellt das zweite Expansionsventil 15 auf den gedrosselten Zustand.
  • Die Steuervorrichtung 40 bestimmt die Betriebszustände der verschiedenen Steuervorrichtungen, die mit der Steuervorrichtung 40 verbunden sind (Steuersignale, die zu den verschiedenen Steuervorrichtungen auszugeben sind), auf der Basis der Sollblastemperatur TAO, des Erfassungssignals der Sensorgruppe und dergleichen.
  • Das zu dem Servomotor der (nicht gezeigten) Luftmischtür ausgegebene Steuersignal wird so bestimmt, dass die Luftmischtür den Luftkanal des Heizeinrichtungskerns 22 gänzlich öffnet, und die Gesamtströmungsrate der Belüftungsluft, die durch den Kühlerkern 32 tritt, tritt durch den Luftkanal des Heizeinrichtungskerns 22.
  • In dem Auftaumodus werden der Kompressor 11, die hochtemperaturseitige Pumpe 21 und die niedrigtemperaturseitige Pumpe 31 betrieben und das Außengebläse 17 ist angehalten.
  • In dem Auftaumodus schließt das Bypass-Drei-Wege-Ventil 25 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite des Kondensators 12 und öffnet den Kondensatorbypassströmungskanal 24. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser in dem Hochtemperaturkühlwasserkreislauf 20 nicht in dem Kondensator 12.
  • Im Auftaumodus schließt das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite des Kühlerkerns 32. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 nicht in dem Kühlerkern 32.
  • In dem Auftaumodus öffnet das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventil 35 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite der Abwärmevorrichtung 33. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in der Abwärmevorrichtung 33.
  • In dem Auftaumodus schließt das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite der Abwärmevorrichtung 33, um den ersten Verbindungsströmungskanal 36 zu öffnen, und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 schließt den Kühlwasserströmungskanal an der Seite der hochtemperaturseitigen Pumpe 21, um den zweiten Verbindungsströmungskanal 37 zu öffnen. Als ein Ergebnis zirkuliert das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in den Kondensator 12.
  • In der Kühlzyklusvorrichtung 10 ändert sich im Auftaumodus der Zustand des in dem Zyklus zirkulierenden Kühlmittels wie folgt.
  • Anders ausgedrückt strömt das von dem Kompressor abgegebene Hochdruckkühlmittel in den Kondensator 12. Da zu diesem Zeitpunkt das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in dem Kondensator 12 zirkuliert, tauscht das in den Kondensator 12 strömende Kühlmittel Wärme mit dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 aus, um die Wärme abzustrahlen. Als ein Ergebnis wird das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 erwärmt.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Kondensator 12 herausgeströmt ist, strömt in das erste Expansionsventil 13. Da zu diesem Zeitpunkt das erste Expansionsventil 13 den Kühlmittelkanal gänzlich geöffnet hat, strömt das Kühlmittel, das aus dem Kondensator 12 herausgeströmt ist, in den Außenwärmetauscher 14, ohne dass sein Druck durch das erste Expansionsventil 13 reduziert wird.
  • Da in dieser Situation das Außengebläse 17 angehalten ist, lässt das in den Au-ßenwärmetauscher 14 einströmende Kühlmittel eine Einfrierung (Frost), die an einer Oberfläche des Außenwärmetauschers 14 anhaftet, durch eine geringfügige Wärmeabstrahlung zu der Außenluft abschmelzen.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Außenwärmetauscher 14 herausgeströmt ist, strömt in das zweite Expansionsventil 15, und sein Druck wird reduziert, und es expandiert (dehnt sich aus) durch das zweite Expansionsventil 15, bis das Kühlmittel zu einem Niedrigdruckkühlmittel wird. Das Niedrigdruckkühlmittel, dessen Druck durch das zweite Expansionsventil 15 reduziert worden ist, strömt in den Verdampfer 16, absorbiert die Wärme von dem Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30, und verdampft. Als ein Ergebnis wird das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 gekühlt.
  • Das Kühlmittel, das aus dem Verdampfer 16 herausgeströmt ist, strömt zu der Einlassseite des Kompressors 11 und wird durch den Kompressor 11 erneut komprimiert.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann im Auftaumodus die Einfrierung (Frost), die an der Oberfläche des Außenwärmetauschers 14 anhaftet, abgeschmolzen werden.
  • Da im Auftaumodus das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 durch die Abwärmevorrichtung 33 zirkuliert, kann die Abwärme der Abwärmevorrichtung 33 durch das Niedrigdruckkühlmittel des Verdampfers 16 durch das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 absorbiert werden.
  • Da das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in dem Kondensator 12 zirkuliert, kann die Wärme des Hochdruckkühlmittels des Kondensators 12 durch das Niedrigdruckkühlmittel des Verdampfers 16 durch das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 absorbiert werden.
  • Da das Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 durch den Heizeinrichtungskern 22 und die Hochspannungsheizeinrichtung 23 zirkuliert, wird die Wärme der Hochspannungsheizeinrichtung 23 zu dem Kühlwasser des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 abgestrahlt, und wird die Wärme des Kühlwassers des Hochtemperaturkühlwasserkreislaufes 20 zu der Luft durch den Heizeinrichtungskern 22 abgestrahlt, wobei als ein Ergebnis davon die erwärmte Luft in den Fahrzeugraum geblasen werden kann. Als ein Ergebnis kann das Erwärmen des Fahrzeugraumes verwirklicht werden.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, können in der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Änderung der Drosselöffnungsgrade des ersten Expansionsventils 13 und des zweiten Expansionsventils 15 ein geeignetes Kühlen, Erwärmen und Auftauen im Fahrzeugraum ausgeführt werden, und außerdem kann ein angenehmes Luftkonditionieren (Klimatisieren) in dem Fahrzeugraum verwirklicht werden.
  • In dem Erwärmungsmodus öffnet das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 den Kühlwasserströmungskanal an der Seite des Kühlerkerns 32, wobei als ein Ergebnis davon das Kühlwasser des Niedrigtemperaturkühlwasserkreislaufes 30 in dem Kühlerkern 32 zirkuliert, um die Luft in dem Kühlerkern 32 zu kühlen, so dass ein Entfeuchten und ein Erwärmen ausgeführt werden können.
  • In dem Auftaumodus führt die Steuervorrichtung 40 den in einem Flussdiagramm von 5 gezeigten Steuerprozess aus. Zunächst wird bei Schritt S100 bestimmt, ob der Druck des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels einen Solldruck Pt erreicht hat oder nicht, oder ob die Temperatur des durch den Kondensator 12 strömenden Kühlwassers eine Sollkühlwassertemperatur Tt erreicht hat oder nicht. Der Sollkühlmitteldruck Pt ist ein Druckbereich mit einem bestimmten Bereich. Die Sollkühlwassertemperatur Tt ist ein Temperaturbereich mit einem bestimmten Bereich.
  • Ob das von dem Kompressor 11 abgegebene Kühlmittel den Solldruck Pt erreicht hat oder nicht, kann auf der Basis der Temperatur des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels bestimmt werden.
  • Wenn bei Schritt S100 bestimmt worden ist, dass der Sollkühlmitteldruck Pt oder die Sollkühlwassertemperatur Tt erreicht worden ist, geht die Routine zu dem Schritt S110 weiter, und es wird bestimmt, ob eine verstrichene Zeit seit dem Schalten des Modus zu dem Auftaumodus eine untere Grenzzeitspanne überschritten hat oder nicht.
  • Wenn bei Schritt S110 bestimmt wird, dass die verstrichene Zeitspanne seit dem Schalten zu dem Auftaumodus die untere Grenzzeitspanne überschritten hat, geht die Routine zu Schritt S120 weiter, und der Modus schaltet zu dem Erwärmungsmodus.
  • Wenn andererseits bei dem Schritt 110 bestimmt wird, dass die verstrichene Zeitspanne seit dem Schalten des Modus zu dem Auftaumodus nicht die untere Grenzzeitspanne überschritten hat, kehrt die Routine zu dem Schritt S100 zurück.
  • Wenn andererseits bei dem Schritt S100 bestimmt wird, dass der Sollkühlmitteldruck Pt oder die Sollkühlwassertemperatur Tt nicht erreicht worden ist, geht die Routine zu dem Schritt S130 weiter, und es wird bestimmt, ob die verstrichene Zeitspanne seit dem Schalten zu dem Auftaumodus eine obere Grenzzeitspanne überschritten hat oder nicht.
  • Wenn bei Schritt S130 bestimmt wird, dass die verstrichene Zeitspanne seit dem Schalten zu dem Auftaumodus die obere Grenzzeitspanne überschritten hat, geht die Routine zu Schritt S120 weiter, und der Modus schaltet zu dem Erwärmungsmodus.
  • Wenn andererseits bei dem Schritt S130 bestimmt wird, dass die verstrichene Zeitspanne seit dem Schalten des Modus zu dem Auftaumodus die obere Grenzzeitspanne nicht überschritten hat, kehrt die Routine zu dem Schritt S100 zurück.
  • Dadurch kann verhindert werden, dass der Auftaumodus endet, wenn der Druck des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels vorübergehend so schwankt, dass der Solldruck Pt in einem Übergangszustand erreicht wird.
  • Da des Weiteren die Zeit zum Ausführen des Auftaumodus auf die maximale Zeitgrenze begrenzt ist, wenn beispielsweise der Druck des Kühlmittels aufgrund einer Fehlfunktion beispielsweise nicht erfasst werden kann, kann eine Failsafe-Funktion (Ausfallsicherungsfunktion) vorgesehen werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet die Steuervorrichtung 40 zwischen dem Erwärmungsmodus und dem Auftaumodus. Im Erwärmungsmodus arbeiten das erste Expansionsventil 13 und das zweite Expansionsventil 15 so, dass das Kühlmittel die Wärme in dem Außenwärmetauscher 14 absorbiert, und das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 arbeiten so, dass das Kühlwasser in dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 unabhängig voneinander zirkuliert. In dem Auftaumodus arbeiten das erste Expansionsventil 13 und das zweite Expansionsventil 15 so, dass das Kühlmittel die Wärme in dem Außenwärmetauscher 14 abstrahlt, und das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 arbeiten so, dass das Kühlwasser zwischen dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 zirkuliert.
  • Da gemäß dem vorstehend erläuterten Aufbau im Auftaumodus das Hochtemperaturkühlmittel in den Außenwärmetauscher 14 strömt, kann der Außenwärmetauscher 14 aufgetaut werden. Da außerdem eine Phase des Kühlmittels sich nicht nur im Erwärmungsmodus, sondern auch im Auftaumodus ändert, kann das Auftauen des Außenwärmetauschers 14 im Auftaumodus frühzeitig gestartet werden.
  • Da des Weiteren die Wärme des Kühlwassers von dem Kühlmittel in dem Kondensator 12 zu dem Kühlwasser abgestrahlt wird und die Wärme des Kühlwassers durch das Kühlmittel in dem Verdampfer 16 absorbiert wird, kann der Druck des in den Außenwärmetauscher 14 strömenden Kühlmittels im Vergleich zu dem herkömmlichen Heißgaszyklus erhöht werden. Daher können die Temperatur und die Dichte des in den Außenwärmetauscher 14 strömenden Kühlmittels erhöht werden, um das Auftauen des Außenwärmetauschers 14 frühzeitig zu beenden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liefert die Abwärmevorrichtung 33 die Wärme zu dem Kühlwasser, das zwischen dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 in dem Auftaumodus zirkuliert.
  • Da gemäß dem vorstehend erläuterten Aufbau im Auftaumodus die von der Abwärmevorrichtung 33 gelieferte Wärme als die Wärme zum Verdampfen des Kühlmittels in dem Verdampfer 16 genutzt werden kann, kann verhindert werden, dass die Wärme zum Verdampfen des Kühlmittels im Verdampfer 16 unzureichend wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel betätigt die Steuervorrichtung 40 das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 so, dass das Kühlwasser zwischen dem Heizeinrichtungskern 22, der Heizeinrichtung 23 und dem Kondensator 12 in dem Erwärmungsmodus zirkuliert. Die Steuervorrichtung 40 betätigt das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 so, dass das Kühlwasser zwischen dem Heizeinrichtungskern 22 und der Heizeinrichtung 23 unabhängig von dem Kondensator 12 in dem Auftaumodus zirkuliert.
  • Als ein Ergebnis kann im Auftaumodus der Fahrzeugraum erwärmt werden, währen der Außenwärmetauscher 14 aufgetaut wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hält die Steuervorrichtung 40 das Blasen von dem Außengebläse 17 zu dem Außenwärmetauscher 14 im Auftaumodus an. Als ein Ergebnis kann verhindert werden, dass die Wärme des Kühlmittels des Außenwärmetauschers 14 zu der Außenluft abgestrahlt wird, so dass der Außenwärmetauscher 14 effizient aufgetaut werden kann.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet die Steuervorrichtung 40 auf den Auftaumodus, wenn die Temperaturdifferenz, die erlangt wird durch Subtrahieren der Temperatur des Kühlwassers des Verdampfers 16 von der Temperatur der Außenluft, im Erwärmungsmodus größer als ein Grenzwert wird. Dies ermöglicht es, in geeigneter Weise die Notwendigkeit des Auftauens des Außenwärmetauschers 14 zu bestimmen, und zu dem Auftaumodus zu schalten.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel betätigt die Steuervorrichtung 40 das kühlerkernseitige Ein-Aus-Schaltventil 34 und das abwärmevorrichtungsseitige Ein-Aus-Schaltventils 35 so, dass das durch den Verdampfer 16 gekühlte Kühlwasser strömt, während es den Kühlerkern 32 umgeht, und zwar im Erwärmungsmodus und im Auftaumodus.
  • Gemäß dem vorstehend erläuterten Aufbau kann im Erwärmungsmodus und im Auftaumodus verhindert werden, dass die Wärme des Kühlwassers zu der Luft durch den Kühlerkern 32 abgestrahlt wird. Aus diesem Grund kann im Erwärmungsmodus verhindert werden, dass die durch den Kühlerkern 32 gekühlte Luft in dem Heizeinrichtungskern 22 strömt und die Erwärmungseffizienz verringert, und im Auftaumodus kann der Außenwärmetauscher 14 effizient aufgetaut werden.
  • Beispielsweise betätigt im Auftaumodus die Steuervorrichtung 40 den Kompressor 11 so, dass der Druck des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels auf den Solldruck ansteigt oder die Temperatur des Kühlwassers, das zwischen dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 zirkuliert, auf die Solltemperatur ansteigt.
  • Als ein Ergebnis kann im Auftaumodus die Auftaueffizienz des Außenwärmetauschers 14 gegenüber dem Leistungsvermögen und der Effizienz des Kühlzyklus eine Priorität erhalten, so dass das Auftauen des Außenwärmetauschers 14 schneller ausgeführt werden kann.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet, wie dies in den Schritten S100 bis S120 aus 4 beschrieben ist, im Auftaumodus die Steuervorrichtung 40 auf den Erwärmungsmodus, wenn der Druck des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels auf den Solldruck ansteigt oder wenn die Temperatur des zwischen dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 zirkulierenden Kühlwassers auf die Solltemperatur ansteigt, und die Zeitspanne, die seit dem Schalten zu dem Auftaumodus verstrichen ist, eine untere Grenzzeitspanne überschreitet.
  • Als ein Ergebnis kann im Auftaumodus geeignet bestimmt werden, dass das Auftauen des Außenwärmetauschers 14 vollendet ist, und der Modus kann zu dem Erwärmungsmodus geschaltet werden, und es kann verhindert werden, dass ein Steuerpendeln beim Schalten zwischen dem Erwärmungsmodus und dem Auftaumodus auftritt.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet, wie dies bei Schritt S130 aus 5 beschrieben ist, im Auftaumodus die Steuervorrichtung 40 den Modus zu dem Erwärmungsmodus, wenn die Zeitspanne, die seit dem Schalten zu dem Auftaumodus verstrichen ist, die obere Grenzzeitspanne erreicht.
  • Als ein Ergebnis kann eine Ausfallsicherungsfunktion gegenüber einem übermäßigen Ansteigen des Drucks des Kühlmittels und der Temperatur des Kühlwassers vorgesehen werden.
  • Im Auftaumodus betätigt die Steuervorrichtung 40 vorzugsweise das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 so, dass der Modus zu dem Erwärmungsmodus geschaltet wird, nachdem das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 so betätigt worden ist, dass das Kühlwasser in dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 unabhängig voneinander zirkuliert.
  • Wenn beispielsweise im Auftaumodus die Temperatur des Kühlwassers, das zwischen dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 zirkuliert, auf eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, betätigt die Steuervorrichtung 40 das erste Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 38 und das zweite Verbindungs-Drei-Wege-Ventil 39 so, dass das Kühlwasser in dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 16 unabhängig voneinander zirkuliert.
  • Dadurch kann verhindert werden, dass unnötig Energie zu dem Verdampfer 16 gebracht wird, wenn von dem Auftaumodus zu dem Erwärmungsmodus geschaltet wird. Dies ist so, weil in der letzten Stufe des Auftaumodus die im Verdampfer 16 gespeicherte Wärme zum Auftauen des Außenwärmetauschers 14 genutzt werden kann. Da ein Übertragen von unnötiger Energie zu dem Verdampfer 16 verhindert werden kann, kann ein Energieverbrauch des Kompressors 11 reduziert werden.
  • Vorzugsweise betätigt die Steuervorrichtung 40 das Außengebläse 17 nach dem Betätigen des ersten Verbindungs-Drei-Wege-Ventils 38 und des zweiten Verbindungs-Drei-Wege-Ventils 39, um so von dem Auftaumodus zu dem Erwärmungsmodus zu schalten. Beispielsweise betätigt nach dem Schalten von dem Auftaumodus zu dem Erwärmungsmodus die Steuervorrichtung 40 den Außenwärmetauscher 14, nachdem die Temperatur des Außenwärmetauschers 14 bis unter die Außenlufttemperatur gefallen ist.
  • Dies ermöglicht es, einen Wärmeverlust zur Außenluft unmittelbar nach dem Schalten von dem Auftaumodus zu dem Erwärmungsmodus zu vermeiden. Dies ist so, weil die Temperatur des Außenwärmetauschers 14 höher als die Temperatur der Außenluft unmittelbar nach dem Schalten von dem Auftaumodus zu dem Erwärmungsmodus ist.
  • Vorzugsweise betätigt die Steuervorrichtung 40 die Heizeinrichtung 23, wenn der Erwärmungsmodus zu dem Auftaumodus geschaltet wird, und sie hält die Heizeinrichtung 23 an, wenn der Auftaumodus zu dem Erwärmungsmodus geschaltet wird und die Temperatur des Kühlwassers, das durch den Heizeinrichtungskern 22 zirkuliert, gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
  • Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass die Heizeinrichtung 23 im Erwärmungsmodus in vergeudender Weise Energie verbraucht. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 40 allmählich die Abgabeleistung der Heizeinrichtung 23 verringern, bevor von dem Auftaumodus zu dem Erwärmungsmodus geschaltet wird.
  • Weitere Ausführungsbeispiele
  • Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele können beispielsweise wie folgt verschiedenartig abgewandelt werden.
  • (1) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel werden der Erwärmungsmodus und der Auftaumodus zueinander geschaltet, indem die Drosselöffnungsgrade des ersten Expansionsventils 13 und des zweiten Expansionsventils 15 geändert werden, jedoch können der Erwärmungsmodus und der Auftaumodus zueinander geschaltet werden, indem der Strömungskanal des Kühlmittels zu dem ersten Expansionsventil 13 und dem zweiten Expansionsventil 15 geschaltet wird.
  • Beispielsweise kann ein Kühlmittelströmungskanal vorgesehen sein, durch den das Kühlmittel das erste Expansionsventil 13 umgeht (Bypass), kann ein Kühlmittelströmungspfad vorgesehen sein, durch den das Kühlmittel das zweite Expansionsventil 15 umgeht (Bypass), und kann ein Ein-Aus-Schaltventil zum Öffnen und Schließen von beiden Kühlmittelströmungspfaden vorgesehen sein, in denen im Erwärmungsmodus das Kühlmittel durch das erste Expansionsventil 13 strömt und das zweite Expansionsventil 15 umgeht und im Auftaumodus das Kühlmittel das erste Expansionsventil 13 umgeht und durch das zweite Expansionsventil 15 strömt.
  • (2) Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel wird das Kühlwasser als das Wärmemedium angewendet, jedoch können verschiedene Medien wie beispielsweise Öl als das Wärmemedium angewendet werden.
  • Als das Wärmemedium kann ein Nanofluid angewendet werden. Das Nanofluid ist ein Fluid, bei dem Nanopartikel mit einem Partikeldurchmesser in der Größenordnung von Nanometern miteinander vermischt sind. Die Nanopartikel sind in das Wärmemedium vermischt, wobei die folgenden Effekte zusätzlich zu dem Effekt des Verringerns des Gefrierpunktes erzielt werden können, um die Flüssigkeit zu einem Antifrostmittel wie in dem Fall des Kühlwassers zu gestalten, das Ethylenglykol nutzt.
  • Anders ausgedrückt wird ermöglicht, einen Effekt zum Verbessern der thermischen Leitfähigkeit in einem spezifischen Temperaturband, einen Effekt zum Erhöhen der Wärmekapazität des Wärmemediums, einen Effekt zum Verhindern einer Korrosion der Metallverrohrung und einer Verschlechterung der Gummiverrohrung, und einen Effekt zum Erhöhen der Fluidität des Wärmemediums bei einer kryogenischen Temperatur zu erzielen.
  • Diese Effekte können in Abhängigkeit von der Partikelzusammensetzung der Nanopartikel, der Partikelform, des Mischverhältnisses und der Hinzugabesubstanz variieren.
  • Da gemäß dem vorstehend erläuterten Aufbau die thermische Leitfähigkeit verbessert werden kann, kann die gleiche Kühleffizienz selbst dann erzielt werden, wenn die Menge des Wärmemediums im Vergleich zu dem Kühlwasser, das Ethylenglykol verwendet, gering ist.
  • Da außerdem die Wärmekapazität des Wärmemediums erhöht werden kann, kann die Menge an Kaltwärme, die durch fühlbare Wärme des Wärmemediums selbst gespeichert wird, erhöht werden.
  • Durch eine Zunahme der gespeicherten Kalt- und Wärmemenge kann sogar in einem Zustand, bei dem der Kompressor 1 nicht betrieben wird, eine Energieeinsparung des Fahrzeugwärmehandhabungssystems 10 ausgeführt werden, da das Einstellen des Kühlens und Erwärmens der Vorrichtung unter Verwendung der gespeicherten Kaltwärme und Wärme eine bestimmte Zeitspanne lang ausgeführt werden kann.
  • Das Seitenverhältnis der Nanopartikel beträgt vorzugsweise 50 oder mehr. Dies ist so, weil eine ausreichende thermische Leitfähigkeit erzielt werden kann. Das Seitenverhältnis ist ein Formindex (Formverhältnis), das das Verhältnis der Nanopartikel in der vertikalen Richtung zu der horizontalen Richtung repräsentiert. Es können Nanopartikel angewendet werden, die Au, Ag, Cu und C beliebig enthalten. Genauer gesagt können als Konfigurationsatome der Nanopartikel Au-Nanopartikel, Ag-Nanodrähte, CNTs, Graphene, Nanopartikel der Graphitkernmantelart, CNTs mit den Au-Nanopartikeln und dergleichen angewendet werden.
  • Die CNTs sind Kohlenstoffnanoröhren. Nanopartikel der Graphitkernmantelart sind ein Partikelkörper, bei dem eine derartige Struktur wie beispielsweise eine Kohlenstoffnanoröhre das Atom umgibt.
  • (3) In der Kühlzyklusvorrichtung 10 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels wird ein Fluorkohlenstoffkühlmittel als das Kühlmittel angewendet, jedoch ist die Art des Kühlmittels nicht auf das vorstehend erläuterte Beispiel beschränkt, und ein natürliches Kühlmittel wie beispielsweise Kohlendioxid, ein Kühlmittel auf Kohlenwasserstoffbasis oder dergleichen kann angewendet werden.
  • Die Kühlzyklusvorrichtung 10 des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels bildet einen subkritischen Kühlzyklus, bei dem der Druck des hochdruckseitigen Kühlmittels einen kritischen Druck des Kühlmittels nicht überschreitet, jedoch kann sie einen überkritischen Kühlzyklus bilden, bei dem der Druck des hochdruckseitigen Kühlmittels den kritischen Druck des Kühlmittels überschreitet.

Claims (12)

  1. Kühlzyklusvorrichtung mit: einem Kompressor (11), der ein Kühlmittel ansaugt und abgibt; einem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12), der bewirkt, dass das von dem Kompressor (11) abgegebene Kühlmittel Wärme zu einem Wärmemedium abstrahlt; einer ersten Druckreduziereinheit (13), die so aufgebaut ist, dass sie einen Druck des von dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) abgegebenen Kühlmittels reduziert; einem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14), der Wärme zwischen dem aus der ersten Druckreduziereinheit (13) herausströmenden Kühlmittel und der Außenluft austauscht; einer zweiten Druckreduziereinheit (15), die so aufgebaut ist, dass sie den Druck des aus dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) herausströmenden Kühlmittels reduziert; einem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16), der bewirkt, dass das aus der zweiten Druckreduziereinheit (15) herausströmende Kühlmittel Wärme von dem Wärmemedium absorbiert; einer Schalteinheit (38, 39), die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem Zustand, bei dem das Wärmemedium in dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) unabhängig voneinander zirkuliert, und einem Zustand schaltet, bei dem das Wärmemedium zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) zirkuliert; und einer Steuervorrichtung (40), die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem ersten Modus, bei dem die erste Druckreduziereinheit (13) und die zweite Druckreduziereinheit (15) so arbeiten, dass sie bewirken, dass das Kühlmittel Wärme in dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) absorbiert, und die Schalteinheit (38, 39) so arbeitet, dass das Wärmemedium in dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) unabhängig voneinander zirkuliert, und einem zweiten Modus schaltet, bei dem die erste Druckreduziereinheit (13) und die zweite Druckreduziereinheit (15) so arbeiten, dass bewirkt wird, dass das Kühlmittel Wärme in dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) abstrahlt, und die Schalteinheit (38, 39) so arbeitet, dass das Wärmemedium zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) zirkuliert.
  2. Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes aufweist eine Wärmeliefereinheit (33), die so aufgebaut ist, dass sie Wärme zu dem Wärmemedium liefert, das zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) im zweiten Modus zirkuliert.
  3. Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren Folgendes aufweist: einen Heizeinrichtungskern (22), der Wärme zwischen Luft, die in einen Fahrzeugraum geblasen wird, und dem Wärmemedium austauscht; und eine elektrische Heizeinrichtung (23), die Wärme erzeugt, indem sie mit elektrischer Energie beliefert wird, um das Wärmemedium zu erwärmen, wobei die Schalteinheit (38, 39) zwischen einem Zustand, bei dem das Wärmemedium zwischen dem Heizeinrichtungskern (22), der elektrischen Heizeinrichtung (23) und dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) zirkuliert, und einem Zustand schaltet, bei dem das Wärmemedium zwischen dem Heizeinrichtungskern (22) und der elektrischen Heizeinrichtung (23) unabhängig von dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) zirkuliert, die Steuervorrichtung (40) die Schalteinheit (38, 39) betätigt, um das Wärmemedium zwischen dem Heizeinrichtungskern (22), der elektrischen Heizeinrichtung (23) und dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) in dem ersten Modus zirkulieren zu lassen, und die Steuervorrichtung (40) die Schalteinheit (38, 39) betätigt, um das Wärmemedium zwischen dem Heizeinrichtungskern (22) und der elektrischen Heizeinrichtung (23) unabhängig von dem ersten Wärmemedium-Wärmetauscher im zweiten Modus zirkulieren zu lassen.
  4. Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren Folgendes aufweist: ein Außenluftgebläse (17), das Außenluft zu dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) bläst, wobei die Steuervorrichtung (40) das Blasen der Luft von dem Außenluftgebläse (17) zu dem Außenluft-Kühlmittel-Wärmetauscher (14) im zweiten Modus anhält.
  5. Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im ersten Modus die Steuervorrichtung (40) zu dem zweiten Modus schaltet, wenn eine Temperaturdifferenz, die erlangt wird durch Subtrahieren der Temperatur des Wärmemediums des zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauschers (16) von der Temperatur der Außenluft, größer wird als ein Grenzwert im ersten Modus.
  6. Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren Folgendes aufweist: einen Kühlerkern (32), in dem das Wärmemedium, das durch den zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) gekühlt wird, Wärme von der Luft absorbiert; und eine Kühlerkernschalteinheit (34, 35), die so aufgebaut ist, dass sie zwischen einem Zustand, bei dem das durch den zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) gekühlte Wärmemedium durch den Kühlerkern (32) strömt, und einem Zustand schaltet, bei dem das durch den zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) gekühlte Wärmemedium strömt, indem es den Kühlerkern (32) umgeht, wobei die Steuervorrichtung (40) im ersten Modus und im zweiten Modus die Kühlerkernschalteinheit (34, 35) betätigt, um zu bewirken, dass das Wärmemedium, das durch den zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) gekühlt wird, strömt, indem es den Kühlerkern (32) umgeht.
  7. Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuervorrichtung (40) im zweiten Modus den Kompressor (11) betätigt, um einen Druck des von dem Kompressor (11) abgegebenen Kühlmittels auf einen Solldruck zu erhöhen, oder eine Temperatur des Wärmemediums, das zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) zirkuliert, auf eine Solltemperatur zu erhöhen.
  8. Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei im zweiten Modus die Steuervorrichtung (40) zu dem ersten Modus schaltet, (i) wenn der Druck des von dem Kompressor (11) abgegebenen Kühlmittels auf den Solldruck im zweiten Modus ansteigt, oder (ii) wenn die Temperatur des Wärmemediums, das zwischen dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) zirkuliert, auf die Solltemperatur ansteigt, und eine Zeitspanne, die seit dem Schalten zu dem zweiten Modus verstrichen ist, eine untere Grenzzeitspanne überschreitet.
  9. Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuervorrichtung (40) im zweiten Modus zu dem ersten Modus schaltet, wenn die Zeitspanne, die seit dem Schalten zum zweiten Modus verstrichen ist, eine obere Grenzzeitspanne erreicht.
  10. Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuervorrichtung (40) die Schalteinheit (38, 39) im zweiten Modus betätigt, um zu dem ersten Modus nach dem Betätigen der Schalteinheit (38, 39) zu schalten, um zu bewirken, dass das Wärmemedium in dem ersten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (12) und dem zweiten Wärmemedium-Kühlmittel-Wärmetauscher (16) unabhängig voneinander zirkuliert.
  11. Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung (40) das Außenluftgebläse (17) aktiviert, nachdem die Schalteinheit (38, 39) so betätigt worden ist, dass sie von dem zweiten Modus zu dem ersten Modus schaltet.
  12. Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung (40) die Heizeinrichtung (23) betätigt, wenn der erste Modus zu dem zweiten Modus geschaltet wird, und die Heizeinrichtung (23) anhält, wenn der zweite Modus zu dem ersten Modus geschaltet wird, und die Temperatur des Wärmemediums, das durch den Heizeinrichtungskern (22) zirkuliert, gleich wie oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
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