DE112017005948T5

DE112017005948T5 - Klimatisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017005948T5
Application number: DE112017005948.8T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Masuda; Hiroshi Hasegawa; Kazuaki Suito
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-09-05
Also published as: JP6854455B2; GB2571842B; GB201905450D0; JPWO2018097124A1; GB2571842A; WO2018097124A1

Abstract

Bei einem Klimagerät, bei welchem eine Mehrzahl von Kompressoren parallel geschaltet ist, wird ein Klimagerät bereitgestellt, das in der Lage ist, ungeachtet der Größe einer erforderlichen Last einen hocheffizienten Betrieb bereitzustellen.
Dieses umfasst einen ersten Kompressor 101, der durch einen Benzinmotor 103 angetrieben wird, einen zweiten Kompressor 102, der mit dem ersten Kompressor 101 parallel geschaltet ist und sich in der Leistungsfähigkeit von dem ersten Kompressor 101 unterscheidet, eine Flüssigkeitskältemittelleitung 115, die zwischen einem Innen-Wärmetauscher 201 und einem Außen-Wärmetauscher 106 vorgesehen ist, eine Nebenleitung 114, welche die Kältemittelflüssigkeitsleitung 115, eine Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und eine Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors verbindet, einen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112, der in der Nebenleitung 114 vorgesehen ist und der Abwärme des Benzinmotors 103 auf ein Kältemittel überträgt, eine Umschalteinrichtung mit einer ersten Auf/Zu-Einrichtung 119 und einer zweiten Auf/Zu-Einrichtung 120, die sich abströmseits des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers 112 befinden und dazu dienen, das Kältemittel selektiv dem ersten Kompressor 101 oder dem zweiten Kompressor 102 zuzuführen, und eine Zustromsperreinrichtung mit einem ersten Rückschlagventil 121, das sich zuströmseits eines Verbindungsteilstücks 136 der Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und der Nebenleitung 114 befindet, und mit einem zweiten Rückschlagventil, 122, das sich zuströmseits eines Verbindungsteilstücks 137 des zweiten Kompressors 102 und der Nebenleitung 114 befindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimagerät bzw. eine Klimatisierungsvorrichtung mit einem Kompressor, der durch einen Kraftstoff- bzw. Gas- oder Benzinmotor angetrieben wird.
Technischer Hintergrund
Bisher ist ein Klimagerät bzw. eine Klimatisierungsvorrichtung vorgeschlagen worden, welches bzw. welche in einem Außengerät bzw. einem außenliegenden Gerät eine Mehrzahl von Kompressoren bzw. Verdichtern unterschiedlicher Kapazitäten und eine Mehrzahl von Antriebsmitteln umfasst, die zu den jeweiligen Kompressoren entsprechend vorgesehen sind, sowie eine Steuereinrichtung, welche die Mehrzahl von Kompressoren bzw. Verdichtern individuell antreibt oder die Mehrzahl von Kompressoren in Übereinstimmung mit einer Größe einer benötigten Last kombiniert antreibt. (sh. z.B. Patentliteratur 1).
Liste der zitierten Dokumente
Patentliteratur
Patentliteratur 1
Japanische Patent-Offenlegung Nr. 2003-56931
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wenn jedoch die Erwärmung eines Kältemittels unter Verwendung von Abwärme aus einem Kraftstoff bzw. Gas- oder Benzinmotor erfolgt, während Wärme aus der Außenluft in einer Heizbetriebszeit in einen Außen-Wärmetauscher bzw. einen außenliegenden Wärmetauscher gepumpt wird, wird ein Druck des von zwei Kompressoren anzusaugenden Kältemittels gleich einem Druck des Außen-Wärmetauschers, in welchem eine Temperatur von Luft oder Kraftstoff- bzw. Gas- oder Benzinmotor-Kühlwasser, welche(s) eine Wärmeabsorptionsquelle darstellt, geringer ist, und erhöht sich in einem Abwärme nutzenden Wärmetauscher eine Temperaturdifferenz in Bezug auf die Temperatur des Motor-Kühlwassers, das die Wärmeabsorptionsquelle darstellt.
Im Allgemeinen liegt eine Außenlufttemperatur in einer Zeit des Heizbetriebs in einem Bereich von ungefähr 0 bis 10°C, so dass ein Verdampfungsdruck des Kältemittels auf einen Sättigungsdampfdruck von ungefähr -5 bis 5°C eingestellt werden muss, um die Wärme aus der Luft in den Außen-Wärmetauscher zu pumpen. Andererseits liegt die Kraftstoff- bzw. Gas oder Benzinmotor-Kühlwassertemperatur bei ungefähr 60 bis 70°C, so dass es möglich ist, die Wärme in den Abwärme nutzenden Wärmetauscher zu pumpen, selbst wenn der Verdampfungsdruck des Kältemittels in Bezug auf den Druck in dem Außen-Wärmetauscher ausreichend erhöht ist, in einer Konfiguration jedoch, in welcher ein Kältemittelauslass des Außen-Wärmetauschers und ein Auslass des Abwärme nutzenden Wärmetauschers in einer Ansaugleitung des Verdichters zusammenlaufen, kann der Verdampfungsdruck des Kältemittels in dem Außen-Wärmetauscher und in dem Abwärme nutzenden Wärmetauscher nicht individuell eingestellt werden. Folglich muss der Verdampfungsdruck des Kältemittels des Abwärme nutzenden Wärmetauschers ebenfalls auf den Sättigungsdampfdruck bei ungefähr -5 bis 5°C eingestellt werden. In dem Abwärme nutzenden Wärmetauscher ist eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeabsorptionsquelle und dem Kältemittel groß, das heißt, der Verdampfungsdruck des Kältemittels wird bei der Temperatur der Wärmeabsorptionsquelle nicht zu einem geeigneten Druck und die Verdampfung erfolgt durch ein verschwenderisches Absenken des Drucks, so dass das Problem aufgetreten ist, dass eine übermäßige Kompressionskraft zur Druckerhöhung durch den Kompressor erforderlich ist und ein effizienter Betrieb dadurch nicht ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung soll das oben beschriebene herkömmliche Problem lösen und zielt darauf ab, ein Klimagerät bzw. eine Klimatisierungsvorrichtung bereitzustellen, das bzw. die den Energieverbrauch reduziert, insbesondere in einem Fall, in welchem eine erforderliche Klimatisierungslast in der Zeit des Heizbetriebs hoch ist.
Lösung der Aufgabe
In die Beschreibung mit aufgenommen sei der gesamte Inhalt der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-228142 , eingereicht am 24. November 2016.
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe umfasst ein erfindungsgemäßes Klimagerät bzw. eine erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung einen ersten Kompressor bzw. Verdichter, der durch einen Kraftstoff- bzw. Gas- oder Benzinmotor angetrieben wird, einen zweiten Kompressor bzw. Verdichter, der mit dem ersten Verdichter parallel geschaltet ist und sich in der Leistungsfähigkeit von dem ersten Verdichter unterscheidet, eine Kältemittelflüssigkeitsleitung bzw. Flüssigkeitskältemittelleitung, die zwischen einem Innen-Wärmetauscher bzw. einem innenliegenden Wärmetauscher und einem Außen-Wärmetauscher bzw. außenliegenden Wärmetauscher vorgesehen ist, eine Neben- bzw. Bypassleitung, welche die Kältemittelflüssigkeitsleitung, eine Ansaugleitung des ersten Verdichters und eine Ansaugleitung des zweiten Verdichters verbindet, einen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher, der in der Neben- bzw. Bypassleitung vorgesehen ist und der Abwärme des Kraftstoffmotors auf ein Kältemittel überträgt, eine Umschalteinrichtung, die sich abströmseits bzw. stromabwärts des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers befindet und in der Lage ist, das Kältemittel selektiv dem ersten Kompressor oder dem zweiten Kompressor zuzuführen, und eine Zustromsperreinrichtung bzw. Zuflussverhinderungsmittel, die zuströmseits bzw. stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks der Ansaugleitung des ersten Verdichters und der Nebenleitung und/oder zuströmseits bzw. stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks des zweiten Verdichters und der Neben- bzw. Bypassleitung vorgesehen ist und welche einen Durchgang des von der Nebenleitung kommend zuströmenden Kältemittels verhindert.
Folglich laufen in einer Heizbetriebszeit das Kältemittel, das in dem außenliegenden Wärmetauscher verdampft, und das Kältemittel, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, nicht zusammen und werden von den getrennten Kompressoren bzw. Verdichtern angesaugt. Als Wärmeabsorptionsquellen des außenliegenden Wärmetauschers und des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers dienen jeweils Luft (Außenluft) bzw. Kraftstoffmotorabwärme- bzw. Kraftstoff- bzw. Gas- oder Benzinmotor-Kühlwasser und bei einer Temperatur des Kraftstoffmotor-Kühlwassers handelt es sich um eine hohe Temperatur in Bezug auf die Außenlufttemperatur, so dass ein Verdampfungsdruck des Kältemittels in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher in Bezug auf einen Verdampfungsdruck des Kältemittels in dem außenliegenden Wärmetauscher hoch wird.
Vorteilhafte Auswirkung der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Klimatisierungsgerät wird es möglich, Drücke eines Kältemittels, das in einem außenliegenden Wärmetauscher verdampft, und eines Kältemittels, das in einem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, in Übereinstimmung mit Temperaturen von entsprechenden Wärmeabsorptionsquellen angemessen einzustellen.
Der Druck des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, kann höher eingestellt werden als ein Druck eines Kältemittels, das in dem Außen-Wärmetauscher verdampft, so dass sich die Leistung eines Verdichters, welcher das Kältemittel ansaugt, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, reduzieren lässt, das heißt, dass sich der Energieverbrauch des Klimatisierungsgeräts in der Zeit eines Heizbetriebs verringern lässt.
Figurenliste

1 ist ein Kältekreislaufdiagramm eines Klimagerätes bzw. einer Klimatisierungsvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht ein optimales Betriebsverhältnis basierend auf Lastgrößen eines Kompressors bzw. Verdichters mit Kraftstoff- oder Gas- bzw. Benzinmotorantrieb und eines Kompressors bzw. Verdichters mit Elektromotorantrieb bei dem Klimagerät gemäß der Ausführungsform.
3 ist ein Mollier-Diagramm, in welchem ein Betriebspunkt eines herkömmlichen Kältekreislaufs und ein Betriebspunkt eines Kältekreislaufs gemäß der vorliegenden Ausführungsform verglichen werden.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein erfindungsgemäßes Klimagerät bzw. eine erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen ersten Kompressor bzw. Verdichter, der durch einen Kraftstoff- oder Gas- bzw. Benzinmotor angetrieben wird, einen zweiten Kompressor bzw. Verdichter, der mit dem ersten Kompressor parallel geschaltet ist und sich in der Leistungsfähigkeit von dem ersten Kompressor unterscheidet, eine Kältemittelflüssigkeits- bzw. Flüssigkeitskältemittelleitung, die zwischen einem Innen-Wärmetauscher bzw. innenliegenden Wärmetauscher und einem Außen-Wärmetauscher bzw. außenliegenden Wärmetauscher vorgesehen ist, eine Neben- bzw. Bypassleitung, welche die Kältemittelflüssigkeitsleitung, eine Ansaugleitung des ersten Kompressors und eine Ansaugleitung des zweiten Kompressors verbindet, einen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher, der in der Neben- bzw. Bypassleitung vorgesehen ist und der Abwärme des Kraftstoffmotors auf ein Kältemittel überträgt, eine Umschalteinrichtung, die sich abströmseits bzw. stromabwärts des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers befindet und in der Lage ist, das Kältemittel selektiv dem ersten Kompressor oder dem zweiten Kompressor zuzuführen, und eine Zustromsperreinrichtung bzw. Zuflussverhinderungsmittel, die sich zuströmseits bzw. stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks der Ansaugleitung des ersten Kompressors und der Nebenleitung und/oder zuströmseits bzw. stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks des zweiten Kompressors und der Neben- bzw. Bypassleitung befindet und welche einen Durchgang des von der Nebenleitung kommend zuströmenden Kältemittels verhindert.
Folglich laufen in einer Heizbetriebszeit das Kältemittel, das in dem außenliegenden Wärmetauscher verdampft, und das Kältemittel, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, nicht zusammen und werden von den getrennten Kompressoren angesaugt. Als Wärmeabsorptionsquellen des außenliegenden Wärmetauschers und des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers dienen jeweils Luft (Außenluft) bzw. Kraftstoffmotorabwärme-Kühlwasser und bei einer Temperatur des Kraftstoffmotor-Kühlwassers handelt es sich um eine hohe Temperatur in Bezug auf die Außenlufttemperatur, so dass ein Verdampfungsdruck des Kältemittels in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher in Bezug auf einen Verdampfungsdruck des Kältemittels in dem außenliegenden Wärmetauscher hoch wird.
Es wird so möglich, Drücke des Kältemittels, das in dem außenliegenden Wärmetauscher bzw. dem Außen-Wärmetauscher verdampft, und des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, in Übereinstimmung mit Temperaturen der entsprechenden Wärmeabsorptionsquellen angemessen einzustellen.
Der Druck des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, kann höher eingestellt werden als der Druck des Kältemittels, das in dem außenliegenden Wärmetauscher verdampft, so dass sich die Leistung des Kompressors bzw. Verdichters, der das Kältemittel ansaugt, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, reduzieren lässt, das heißt, dass sich der Energieverbrauch des Klimageräts bzw. der Klimatisierungsvorrichtung in der Zeit eines Heizbetriebs verringern lässt.
Bei dem Klimagerät gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung verzweigt sich die Neben- bzw. Bypassleitung abströmseits bzw. stromabwärts des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers in eine erste Zweigleitung und eine zweite Zweigleitung, ist die erste Zweigleitung mit der Ansaugleitung des ersten Kompressors verbunden, ist die zweite Zweigleitung mit der Ansaugleitung des zweiten Kompressors verbunden und umfasst die Umschalteinrichtung eine erste Auf/Zu-Einrichtung, die in der ersten Zweigleitung vorgesehen ist, und eine zweite Auf/Zu-Einrichtung, die in der zweiten Zweigleitung vorgesehen ist.
Folglich wird es bei diesem Aspekt der Erfindung möglich, die Drücke des Kältemittels, das in dem außenliegenden Wärmetauscher bzw. dem Außen-Wärmetauscher verdampft, und des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, in Übereinstimmung mit den Temperaturen der entsprechenden Wärmeabsorptionsquellen angemessen einzustellen.
Der Druck des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, kann höher eingestellt werden als der Druck des Kältemittels, das in dem Außen-Wärmetauscher verdampft, so dass sich die Leistung des Kompressors, der das Kältemittel ansaugt, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, reduzieren lässt, das heißt, dass sich der Energieverbrauch des Klimageräts in der Zeit des Heizbetriebs verringern lässt.
Bei dem Klimagerät bzw. der Klimatisierungsvorrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung handelt es sich bei der Zustromsperreinrichtung um ein Rückschlagventil.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann, wenn das Kältemittel, das in dem Außen-Wärmetauscher verdampft, und das Kältemittel, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher verdampft, nicht zusammenlaufen und von den getrennten Kompressoren bzw. Verdichtern angesaugt werden, die Umschalteinrichtung nur so geschaltet werden, dass das Kältemittel, welches durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher strömt, dem ersten Kompressor oder dem zweiten Kompressor zugeführt wird.
In diesem Fall weist das Kältemittel, welches durch den Außen-Wärmetauscher hindurchströmt, einen niedrigeren Druck auf als das Kältemittel, welches durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher hindurchströmt, so dass, wenn das Rückschlagventil als Zustromsperreinrichtung vorgesehen ist, das Kältemittel, welches durch den Außen-Wärmetauscher hindurchströmt, auf einer Seite in den Kompressor einströmt, in welche das Kältemittel, welches durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher hindurchströmt, nicht einströmt.
Darüber hinaus kann durch das Rückschlagventil, das kostengünstiger als ein Auf/Zu-Ventil ist, eine Kostenminderung erzielt werden.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung durch diese Ausführungsform nicht eingeschränkt wird.
(Ausführungsform)
1 veranschaulicht ein Kreislaufdiagramm eines Klimagerätes 300 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Klimagerät 300 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst ein Außengerät 100 und ein Innengerät 200.
Das Außengerät 100 umfasst einen Kraftstoff- bzw. Gas- oder Benzinmotor 103 mit Gas bzw. Benzin als Antriebsquelle, einen ersten Kompressor bzw. Verdichter 101, der eine Antriebskraft von dem Kraftstoffmotor 103 erhält, um ein Kältemittel zu komprimieren, und einen zweiten Kompressor bzw. Verdichter 102 mit einem Elektromotor als Antriebsquelle. Als erster Kompressor 101 wird ein Kompressor mit einer höheren Kapazität als der zweite Kompressor 102 ausgewählt.
Dabei ist anzumerken, dass es sich bei dem zweiten Kompressor 102 um einen Kompressor handeln kann, der die Antriebskraft zum Komprimieren des Kältemittels von einem Kraftstoffmotor bezieht.
Eine Abgabe-Zusammenflussleitung 123, zu welcher eine Abgabeleitung des ersten Kompressors 101 und eine Abgabeleitung des zweiten Kompressors 102 zusammenlaufen, ist mit einem Ölabscheider 104 ausgestattet. Durch den Ölabscheider 104 wird Öl abgeschieden, das in dem von dem ersten Kompressor 101 und dem zweiten Kompressor 102 abgegebenen Kältemittelgas enthalten ist.
Das in dem Ölabscheider 104 abgeschiedene Öl wird durch eine hier nicht veranschaulichte Ölrückführleitung zu einer Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und einer Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors rückgeführt.
Ein Vierwegeventil 105 befindet sich abströmseits bzw. stromabwärts des Ölabscheiders 104. Das Vierwegeventil 105 dient dazu, einen Kältekreislauf zwischen einen Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb umzuschalten. Es ist anzumerken, dass in 1 ein Heizbetrieb erzielt wird, wenn die Kältemittelströmung entlang einer durchgehenden Linie verläuft, und ein Kühlbetrieb erzielt wird, wenn die Kältemittelströmung entlang einer gestrichelten Linie verläuft.
Die Abgabe-Zusammenflussleitung 123 ist mit einem Ende eines Innen-Wärmetauschers bzw. innenliegenden Wärmetauscher 201 in dem Innengerät 200 verbunden. Das Innengerät 200 umfasst den bzw. den Innen-Wärmetauscher bzw. innenliegenden Wärmetauscher 201, einen Innen-Gebläselüfter 202 und eine Innen-Dekompressionseinrichtung 203.
Eine Kältemittelleitung 130, die mit dem anderen Ende des Innen-Wärmetauschers 201 verbunden ist, ist über die Innen-Dekompressionseinrichtung 203 und eine Außen-Dekompressionseinrichtung 108 mit einem Ende eines Außen-Wärmetauschers bzw. außenliegenden Wärmetauschers 106 in dem Außengerät 100 verbunden.
In der Kältemittelleitung 130 ist die Leitung zwischen der Innen-Dekompressionseinrichtung 203 und der Außen-Dekompressionseinrichtung 108 als eine Flüssigkeitskältemittelleitung bzw. Kältemittelflüssigkeitsleitung 115 definiert.
Ein Radiator 111 ist auf der windabgewandten Seite des außenliegenden Wärmetauschers 106 vorgesehen, und eine Wärmestrahlung des Kraftstoffmotor-Kühlwassers erfolgt durch einen Außenlüfter 107.
Eine Ansaugleitung 133, die mit dem anderen Ende des Außen-Wärmetauschers 106 verbunden ist, zweigt über das Vierwegeventil 105 in die Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und in die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors ein. Die Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors ist über einen Akkumulator 109 mit einer Ansaugöffnung des ersten Kompressors 101 verbunden. Die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors ist über einen Akkumulator 110 mit einer Ansaugöffnung des zweiten Kompressors 102 verbunden.
Das Klimagerät 300 umfasst eine Neben- bzw. Bypassleitung 114, welche die Flüssigkeitskältemittelleitung 115, die Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors verbindet.
Die Nebenleitung 114 umfasst eine Dekompressionseinrichtung 113. Ein Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112, der Abwärme des Benzinmotors 103 auf das Kältemittel überträgt, ist abströmseits bzw. stromabwärts der Dekompressionseinrichtung 113 vorgesehen. Da die Dekompressionseinrichtung 113 und der Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 bereitgestellt werden, kann das Kältemittel in dem Klimagerät bzw. einer Klimatisierungsvorrichtung 300 in einer Zeit des Heizbetriebs auch Wärme von dem Kraftstoffmotor-Kühlwasser absorbieren.
Die Nebenleitung 114 zweigt an einem abströmseits des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers 112 gelegenen Nebenleitungs-Verzweigungsteilstück 116 in eine erste Zweigleitung 117 und eine zweite Zweigleitung 118 ein. Die erste Zweigleitung 117 ist mit der Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors verbunden. Die zweite Zweigleitung 118 ist mit der Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors verbunden. Die erste Zweigleitung 117 umfasst eine erste Auf/Zu-Einrichtung 119. Die zweite Zweigleitung 118 umfasst eine zweite Auf/Zu-Einrichtung 120.
Bei der ersten Auf/Zu-Einrichtung 119 kann beispielsweise ein Auf/Zu-Ventil verwendet werden.
Bei der zweiten Auf/Zu-Einrichtung 120 kann beispielsweise ein Auf/Zu-Ventil verwendet werden.
Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 stellen jeweils eine Umschalteinrichtung dar.
Durch Steuern des Öffnens und Schließens der ersten Auf/Zu-Einrichtung 119 und der zweiten Auf/Zu-Einrichtung 120 kann das Kältemittel, welches durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 strömt, selektiv dem ersten Kompressor 101 oder dem zweiten Kompressor 102 zugeführt werden.
Es ist anzumerken, dass an dem Nebenleitungs-Verzweigungsteilstück 116 als Umschalteinrichtung zum Beispiel ein Umschaltventil wie etwa ein Dreiwegeventil verwendet werden kann.
Die Umschalteinrichtung kann darüber hinaus auch nur eine von der ersten Auf/Zu-Einrichtung 119 und der zweiten Auf/Zu-Einrichtung 120 umfassen.
Ein erstes Rückschlagventil 121 ist zuströmseits bzw. stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks 136 der Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und der ersten Zweigleitung 117 angeordnet. Ein zweites Rückschlagventil 122 ist zuströmseits eines Verbindungsteilstücks 137 der Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors und der zweiten Zweigleitung 118 angeordnet.
Das erste Rückschlagventil 121 und das zweite Rückschlagventil 122 stellen jeweils eine Zustromsperreinrichtung bzw. Zuflussverhinderungsmittel dar.
Durch dieses erste Rückschlagventil 121 und das zweite Rückschlagventil 122 kann das von dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 kommend zugeführte Kältemittel, welches einen höheren Druck als das von dem Außen-Wärmetauscher 106 kommend zugeführte Kältemittel aufweist, daran gehindert werden, auf eine Seite des von dem Außen-Wärmetauscher 106 kommend zugeführten Kältemittels mit geringerem Druck zurückzuströmen.
Es kann dabei jede beliebige Zustromsperreinrichtung verwendet werden, solange verhindert werden kann, dass das Kältemittel, welches von der ersten Zweigleitung 117 zu der Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors strömt, zurück in die Ansaugleitung 133 strömt. Darüber hinaus kann jede beliebige Zustromsperreinrichtung verwendet werden, solange verhindert werden kann, dass das Kältemittel, welches von der zweiten Zweigleitung 118 zu der Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors strömt, zurück in die Ansaugleitung 133 strömt.
Bei der Zustromsperreinrichtung kann beispielsweise ein erstes Auf/Zu-Ventil anstelle des ersten Rückschlagventils 121 verwendet werden und kann ein zweites Auf/Zu-Ventil anstelle des zweiten Rückschlagventils 122 verwendet werden.
Darüber hinaus kann beispielsweise ein Schaltventil wie etwa ein Dreiwegeventil in einem Bereich als Zustromsperreinrichtung zum Einsatz kommen, in welchem drei Leitungen, nämlich die Ansaugleitung 133, die Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors miteinander verbunden sind.
Als Nächstes werden unter Heranziehung von 1 Betriebsweisen des Außengeräts 100 und des Innengeräts 200 in Übereinstimmung mit Lastgrößen getrennt beschrieben, die im Kühlbetrieb, im Heizbetrieb und in den betreffenden Betriebszuständen erforderlich sind.
(Kühlbetrieb Niederlastzeit)
Zu einer Niederlastzeit in dem Kühlbetrieb wird nur der zweite Kompressor 102 mit dem Elektromotor als Antriebsquelle betrieben. Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 sind geschlossen. Das Vierwegeventil 105 ist so eingestellt, dass die Kältemittelströmung entlang einer gestrichelten Linie verläuft.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, welches durch den zweiten Kompressor 102 komprimiert wird, strömt in den Ölabscheider 104. Ein Gaskältemittel mit hohem Reinheitsgrad, aus dem in dem Ölabscheider 104 Öl abgeschieden wird, strömt durch das Vierwegeventil 105 und tritt in den Außen-Wärmetauscher 106 ein. Das Gaskältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, strahlt Wärme ab, kondensiert daraufhin in dem Außen-Wärmetauscher 106 und wird zu einem Hochdruck-Flüssigkeitskältemittel, um durch die Außen-Dekompressionseinrichtung 108 hindurchzuströmen und dem Innengerät 200 zugeführt zu werden.
Das Hochdruck-Flüssigkeitskältemittel, welches in das Innengerät 200 eintritt, wird in der Innen-Dekompressionseinrichtung 203 dekomprimiert, so dass es sich in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindet, und strömt so in den Innen-Wärmetauscher 201. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel tauscht in einem Raum, der ein Klimatisierungsziel darstellt, Wärme mit der Luft aus, um Wärme zu absorbieren und anschließend in dem Innen-Wärmetauscher bzw. einem innen liegenden Wärmetauscher 201 zu verdampfen, und wird zu einem Gaskältemittel, als welches es aus dem Innengerät 200 ausströmt.
Das Gaskältemittel, welches aus dem Innengerät 200 ausströmt, strömt wieder zu dem Außengerät 100 zurück. Das Gaskältemittel, das in das Außengerät 100 strömt, strömt durch das Vierwegeventil 105 und durch den Akkumulator 110 zurück in den zweiten Kompressor 102 und wiederholt den oben beschriebenen Prozess.
(Kühlbetrieb Mittellastzeit)
Zu einer Mittellastzeit in dem Kühlbetrieb wird der erste Kompressor 101 mit dem Benzinmotor 103 als Antriebsquelle betrieben. Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 sind geschlossen. Das Vierwegeventil 105 ist so eingestellt, dass die Kältemittelströmung entlang der gestrichelten Linie verläuft.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, welches durch den ersten Kompressor 101 komprimiert wird, strömt in den Ölabscheider 104. Das Gaskältemittel mit hohem Reinheitsgrad, aus dem in dem Ölabscheider 104 Öl abgeschieden wird, strömt durch das Vierwegeventil 105 und tritt in den Außen-Wärmetauscher 106 ein. Das Gaskältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, strahlt Wärme ab, kondensiert daraufhin in dem Außen-Wärmetauscher 106 und wird zu einem Hochdruck-Flüssigkeitskältemittel, um durch die Außen-Dekompressionseinrichtung 108 hindurchzuströmen und dem Innengerät 200 zugeführt zu werden.
Das Hochdruck-Flüssigkeitskältemittel, welches in das Innengerät 200 eintritt, wird in der Innen-Dekompressionseinrichtung 203 dekomprimiert, so dass es sich in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindet, und strömt so in den Innen-Wärmetauscher 201. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel tauscht in einem Raum, der ein Klimatisierungsziel darstellt, Wärme mit der Luft aus, um Wärme zu absorbieren und anschließend in dem Innen-Wärmetauscher bzw. einem innen liegenden Wärmetauscher 201 zu verdampfen, und wird zu einem Gaskältemittel, als welches es aus dem Innengerät 200 ausströmt.
Das Gaskältemittel, welches aus dem Innengerät 200 ausströmt, strömt wieder zu dem Außengerät 100 zurück. Das Gaskältemittel, das in das Außengerät 100 strömt, strömt durch das Vierwegeventil 105 und durch den Akkumulator 109 zurück in den ersten Kompressor 101 und wiederholt den oben beschriebenen Prozess.
Es ist anzumerken, dass Abwärme, welche in dem Benzinmotor 103 generiert wird, durch eine hier nicht veranschaulichte Pumpe über das Kraftstoff- oder Gas bzw. Benzinmotor-Kühlwasser zu dem Radiator 111 befördert wird, welches dort Wärme mit der Außenluft austauscht und wieder zu dem Benzinmotor 103 zurückströmt.
(Kühlbetrieb Hochlastzeit)
Zu einer Hochlastzeit in dem Kühlbetrieb werden sowohl der erste Kompressor 101 mit dem Benzinmotor 103 als Antriebsquelle als auch der zweite Kompressor 102 mit dem Elektromotor als Antriebsquelle gleichermaßen betrieben. Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 sind geschlossen. Das Vierwegeventil 105 ist so eingestellt, dass die Kältemittelströmung entlang der gestrichelten Linie verläuft.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, welches durch den ersten Kompressor 101 und durch den zweiten Kompressor 102 komprimiert wird, strömt in den Ölabscheider 104. Das Kältemittel, welches in den Ölabscheider 104 strömt, wird zu einem Gaskältemittel mit hohem Reinheitsgrad, aus dem Öl abgeschieden wird, strömt durch das Vierwegeventil 105 und tritt in den Außen-Wärmetauscher 106 ein. Das Gaskältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, strahlt Wärme ab, kondensiert daraufhin in dem Außen-Wärmetauscher 106 und wird zu einem Hochdruck-Flüssigkeitskältemittel, um durch die Außen-Dekompressionseinrichtung 108 hindurchzuströmen und dem Innengerät 200 zugeführt zu werden.
Das Hochdruck-Flüssigkeitskältemittel, welches in das Innengerät 200 eintritt, wird in der Innen-Dekompressionseinrichtung 203 dekomprimiert, so dass es sich in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindet, und strömt so in den Innen-Wärmetauscher 201. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel tauscht in einem Raum, der ein Klimatisierungsziel darstellt, Wärme mit der Luft aus, um Wärme zu absorbieren und anschließend in dem Innen-Wärmetauscher bzw. einem innen liegenden Wärmetauscher 201 zu verdampfen, und wird zu einem Gaskältemittel, als welches es aus dem Innengerät 200 ausströmt.
Das Gaskältemittel, welches aus dem Innengerät 200 ausströmt, strömt wieder zu dem Außengerät 100 zurück. Das Gaskältemittel, welches in das Außengerät 100 strömt, strömt durch das Vierwegeventil 105 und durch die Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors oder durch die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors. Das Gaskältemittel, das durch die Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors strömt, strömt durch den Akkumulator 109 zurück in den ersten Kompressor 101 und wiederholt den oben beschriebenen Prozess. Das Gaskältemittel, das durch die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors strömt, strömt durch den Akkumulator 110 zurück in den zweiten Kompressor 102 und wiederholt den oben beschriebenen Prozess.
Es ist anzumerken, dass Abwärme, welche in dem Benzinmotor 103 generiert wird, durch die hier nicht veranschaulichte Pumpe über das Kraftstoffmotor-Kühlwasser zu dem Radiator 111 befördert wird, welches dort Wärme mit der Außenluft austauscht und wieder zu dem Benzinmotor 103 zurückströmt.
(Heizbetrieb Niederlastzeit)
Zu einer Niederlastzeit in dem Heizbetrieb wird nur der zweite Kompressor 102 mit dem Elektromotor als Antriebsquelle betrieben. Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 sind geschlossen. Das Vierwegeventil 105 ist so eingestellt, dass die Kältemittelströmung entlang der durchgehenden Linie verläuft.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, welches durch den zweiten Kompressor 102 komprimiert wird, strömt in den Ölabscheider 104. Ein Gaskältemittel mit hohem Reinheitsgrad, aus dem in dem Ölabscheider 104 Öl abgeschieden wird, strömt durch das Vierwegeventil 105 und wird dem Innengerät 200 zugeführt.
Das Hochtemperatur- und Hochdruck-Gaskältemittel, welches in das Innengerät 200 eintritt, strömt in den Innen-Wärmetauscher 201, tauscht in einem Raum, der ein Klimatisierungsziel darstellt, Wärme mit der Luft aus, um Wärme abzustrahlen, kondensiert anschließend und wird zu einem Flüssigkeitskältemittel, als welches es durch die Innen-Dekompressionseinrichtung 203 aus dem Innengerät 200 ausströmt.
Das Flüssigkeitskältemittel, welches aus dem Innengerät 200 ausströmt, strömt wieder zu dem Außengerät 100 zurück. Das Flüssigkeitskältemittel, welches in das Außengerät 100 einströmt, wird in der Außen-Dekompressionseinrichtung 108 dekomprimiert, so dass es sich in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindet, und strömt so in den Außen-Wärmetauscher 106. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, um Wärme zu absorbieren und anschließend in dem Außen-Wärmetauscher 106 zu verdampfen, wird dabei zu einem Gaskältemittel, als welches es durch das Vierwegeventil 105 und durch den Akkumulator 110 zurück in den zweiten Kompressor 102 strömt, und wiederholt den oben beschriebenen Prozess.
(Heizbetrieb Mittellastzeit)
Zu einer Mittellastzeit in dem Heizbetrieb wird der erste Kompressor 101 mit dem Benzinmotor 103 als Antriebsquelle betrieben. Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 sind geschlossen. Das Vierwegeventil 105 ist so eingestellt, dass die Kältemittelströmung entlang der durchgehenden Linie verläuft.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, welches durch den ersten Kompressor 101 komprimiert wird, strömt in den Ölabscheider 104. Ein Gaskältemittel mit hohem Reinheitsgrad, aus dem in dem Ölabscheider 104 Öl abgeschieden wird, wird durch das Vierwegeventil 105 dem Innengerät 200 zugeführt.
Das Hochtemperatur- und Hochdruck-Gaskältemittel, welches in das Innengerät 200 eintritt, strömt in den Innen-Wärmetauscher bzw. einem innen liegenden Wärmetauscher 201, tauscht in einem Raum, der ein Klimatisierungsziel darstellt, Wärme mit der Luft aus, um Wärme abzustrahlen und anschließend zu kondensieren, und wird zu einem Flüssigkeitskältemittel, als welches es durch die Innen-Dekompressionseinrichtung 203 aus dem Innengerät 200 ausströmt.
Das Flüssigkeitskältemittel, welches aus dem Innengerät 200 ausströmt, strömt wieder zu dem Außengerät 100 zurück. Das Flüssigkeitskältemittel, welches in das Außengerät 100 einströmt, wird in der Außen-Dekompressionseinrichtung 108 dekomprimiert, so dass es sich in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindet, und strömt so in den Außen-Wärmetauscher 106. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, um Wärme zu absorbieren und anschließend zu verdampfen, und wird dabei zu einem Gaskältemittel. Anschließend strömt das Gaskältemittel durch das Vierwegeventil 105 und durch den Akkumulator 109, strömt zurück in den ersten Kompressor 101 und wiederholt den oben beschriebenen Prozess.
(Heizbetrieb Extremniedertemperaturzeit)
Zu einer Extremniedertemperaturzeit in dem Heizbetrieb werden der erste Kompressor 101 mit dem Benzinmotor 103 als Antriebsquelle und der zweite Kompressor 102 mit dem Elektromotor als Antriebsquelle betrieben. Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 werden geöffnet und die Außen-Dekompressionseinrichtung 108 wird geschlossen. Das Vierwegeventil 105 ist so eingestellt, dass die Kältemittelströmung entlang der durchgehenden Linie verläuft.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, welches durch den ersten Kompressor 101 und durch den zweiten Kompressor 102 komprimiert wird, strömt in den Ölabscheider 104. Ein Gaskältemittel mit hohem Reinheitsgrad, aus dem in dem Ölabscheider 104 Öl abgeschieden wird, wird durch das Vierwegeventil 105 dem Innengerät 200 zugeführt.
Das Hochtemperatur- und Hochdruck-Gaskältemittel, welches in das Innengerät 200 eintritt, strömt in den Innen-Wärmetauscher 201, tauscht in einem Raum, der ein Klimatisierungsziel darstellt, Wärme mit der Luft aus, um Wärme abzustrahlen und anschließend zu kondensieren, und wird zu einem Flüssigkeitskältemittel, als welches es durch die Innen-Dekompressionseinrichtung 203 aus dem Innengerät 200 ausströmt.
Das Flüssigkeitskältemittel, welches aus dem Innengerät 200 ausströmt, strömt wieder zu dem Außengerät 100 zurück. Das Flüssigkeitskältemittel, welches in das Außengerät 100 einströmt, strömt durch die Neben- bzw. Bypassleitung 114 und wird in der Dekompressionseinrichtung 113 dekomprimiert, so dass es sich in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindet, und strömt so in den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel tauscht Wärme mit dem Kraftstoff- oder Gas- bzw. Benzinmotor-Kühlwasser aus, um Wärme zu absorbieren und anschließend zu verdampfen, und wird dabei zu einem Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel. Anschließend verzweigt sich das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel in dem Nebenleitungs-Verzweigungsteilstück 116 und strömt das Kältemittel zum Teil durch die erste Zweigleitung 117 über die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und den ersten Akkumulator 109 zurück in den ersten Kompressor 101 und wiederholt den oben beschriebenen Prozess. Das übrige Kältemittel strömt durch die zweite Zweigleitung 118 über die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 und den zweiten Akkumulator 110 zurück in den zweiten Kompressor 102 und wiederholt den oben beschriebenen Prozess.
Dabei ist die Außen-Dekompressionseinrichtung 108 geschlossen, so dass das Kältemittel nicht in den Außen-Wärmetauscher 106 einströmt. Dadurch wird eine Frostbildung an dem Außen-Wärmetauscher 106 verhindert, zu welcher es ansonsten aufgrund einer niedrigen Außenlufttemperatur kommen würde.
(Heizbetrieb Hochlastzeit)
Zu einer Hochlastzeit in dem Heizbetrieb werden der erste Kompressor 101 mit dem Benzinmotor 103 als Antriebsquelle und der zweite Kompressor 102 mit dem Elektromotor als Antriebsquelle betrieben. Die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 ist geschlossen und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120 ist geöffnet. Das Vierwegeventil 105 ist so eingestellt, dass die Kältemittelströmung entlang der durchgehenden Linie verläuft.
Das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, welches durch den ersten Kompressor 101 und durch den zweiten Kompressor 102 komprimiert wird, strömt in den Ölabscheider 104. Das Kältemittel, welches in den Ölabscheider 104 einströmt, wird zu einem Gaskältemittel mit hohem Reinheitsgrad, aus dem Öl abgeschieden wird, strömt durch das Vierwegeventil 105 und wird dem Innengerät 200 zugeführt.
Das Hochtemperatur- und Hochdruck-Gaskältemittel, welches in das Innengerät 200 eintritt, strömt in den Innen-Wärmetauscher bzw. einem innen liegenden Wärmetauscher 201, tauscht in einem Raum, der ein Klimatisierungsziel darstellt, Wärme mit der Luft aus, um Wärme abzustrahlen und anschließend zu kondensieren, und wird zu einem Flüssigkeitskältemittel, als welches es durch die Innen-Dekompressionseinrichtung 203 aus dem Innengerät 200 ausströmt.
Das Flüssigkeitskältemittel, welches aus dem Innengerät 200 ausströmt, strömt wieder zu dem Außengerät 100 zurück. Das Flüssigkeitskältemittel, welches in das Außengerät 100 einströmt, strömt zum Teil in die Nebenleitung 114. Das übrige Flüssigkeitskältemittel, welches nicht in die Nebenleitung 114 einströmt, wird in der Außen-Dekompressionseinrichtung 108 dekomprimiert, so dass es sich in einem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindet, und strömt so in den Außen-Wärmetauscher 106. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, um Wärme zu absorbieren und anschließend zu verdampfen, und wird dabei zu einem Niedertemperatur- und Niederdruck-Gaskältemittel. Anschließend strömt das Gaskältemittel durch das Vierwegeventil 105 und durch den Akkumulator 109 und strömt zurück in den ersten Kompressor 101.
Das Flüssigkeitskältemittel, welches in die Nebenleitung 114 einströmt, wird in der Dekompressionseinrichtung 113 dekomprimiert, befindet sich in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand und strömt so in den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112. Das in dem gasförmig-flüssigen Zweiphasenzustand befindliche Kältemittel, welches in den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 einströmt, absorbiert Wärme aus dem hier nicht veranschaulichten Kraftstoffmotor-Kühlwasser, verdampft anschließend und wird dabei zu einem Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel. Das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel strömt durch das Nebenleitungs-Verzweigungsteilstück 116 und durch die zweite Zweigleitung 118 und strömt zu dem zweiten Kompressor 102 zurück. Hierbei ist die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 geschlossen, so dass das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel durch die zweite Zweigleitung 118 und durch die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors strömt, und ist das zweite Rückschlagventil 122 in der Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors vorgesehen, so dass das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel nicht von dem ersten Kompressor 101 angesaugt wird.
Demzufolge strömt das Niedertemperatur- und Niederdruck-Gaskältemittel, welches in dem Außen-Wärmetauscher 106 verdampft, zu dem ersten Kompressor 101 zurück und wird dort zu einem Hochtemperatur- und Hochdruck-Gaskältemittel komprimiert.
Das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel, welches in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, strömt zu dem zweiten Kompressor 102 zurück und wird dort zu dem Hochtemperatur- und Hochdruck-Gaskältemittel komprimiert und der oben beschriebene Prozess wird wiederholt.
Die Betriebsarten im Heizbetrieb zu Extremniedertemperaturzeit und im Heizbetrieb zu Hochlastzeit werden je nach Außenlufttemperatur aufgeteilt. So besteht etwa in einem Fall, in dem die Außenlufttemperatur unter 0°C liegt, eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Frostbildung an dem Außen-Wärmetauscher 106, so dass als Betriebsmuster ein Heizbetrieb bei Extremniedertemperaturzeit ausgewählt wird und eine Frostbildung vermieden wird, indem die Wärmeabsorption nur in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 erfolgt, ohne dass eine Wärmeabsorption in dem Außen-Wärmetauscher 106 durchgeführt wird. Wenn die Außenlufttemperatur 0°C oder mehr beträgt, wird als Betriebsmuster ein Heizbetrieb bei Hochlastzeit ausgewählt und es kommen eine Wärmeabsorption in dem Außen-Wärmetauscher 106 sowie eine Wärmeabsorption in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 kombiniert zur Anwendung.
Wie in 2 veranschaulicht, lässt sich feststellen, dass bei dem oben beschriebenen Klimagerät 300 bei geringer Klimatisierungslast nur der durch den Elektromotor angetriebene, zweite Kompressor 102 betrieben wird, bei etwa mittlerer Klimatisierungslast nur der durch den Benzinmotor angetriebene, erste Kompressor 101 betrieben wird, und bei hoher Klimatisierungslast der durch den Benzinmotor angetriebene, erste Kompressor 101 mit maximaler Leistungsabgabe betrieben wird und eine fehlende Leistungsmenge mit dem durch den Elektromotor angetriebenen, zweiten Kompressor 102 ergänzt wird, wodurch sowohl gemäß Prüfberechnungsergebnis als auch gemäß konkretem Maschinenbewertungsergebnis seitens der Erfinder ein höchstmöglicher energetischer Wirkungsgrad erzielt wird.
Eine ähnliche Beschreibung wurde mit einem herkömmlichen Klimagerät bzw. einer Klimatisierungsvorrichtung durchgeführt und es erfolgt in dem Fall einer hohen Klimatisierungslast im Heizbetrieb bei dem herkömmlichen Klimagerät die Erwärmung des Kältemittels durch die Verwendung von Abwärme des Benzinmotors, während Wärme aus der Außenluft in dem Außen-Wärmetauscher aufgepumpt wird. Ein Druck des von zwei Kompressoren anzusaugenden Kältemittels wird dabei gleich einem Druck des Außen-Wärmetauschers, in welchem eine Temperatur einer Wärmeabsorptionsquelle geringer ist, wobei es sich bei der Wärmeabsorptionsquelle um Luft oder um Benzinmotor-Kühlwasser handelt, und eine Temperaturdifferenz des Kältemittels in einem abwärmenutzenden Wärmetauscher in Bezug auf die Temperatur des Kraftstoffmotor-Kühlwassers, das die Wärmeabsorptionsquelle darstellt, erhöht sich.
Im Allgemeinen liegt eine Außenlufttemperatur in einer Zeit des Heizbetriebs in einem Bereich von ungefähr 0 bis 10°C, so dass ein Verdampfungsdruck des Kältemittels auf einen Sättigungsdampfdruck von ungefähr -5 bis 5 C eingestellt werden muss, um die Wärme aus der Luft in den Außen-Wärmetauscher zu pumpen. Andererseits liegt die Kraftstoffmotor-Kühlwassertemperatur bei ungefähr 60 bis 70 C, so dass es möglich ist, die Wärme in den abwärmenutzenden Wärmetauscher zu pumpen, selbst wenn der Verdampfungsdruck des Kältemittels in Bezug auf den Druck in dem Außen-Wärmetauscher ausreichend erhöht ist. In einer Konfiguration jedoch, in welcher ein Kältemittelauslass des Außen-Wärmetauschers und ein Auslass des abwärmenutzenden Wärmetauschers in einer Ansaugleitung des Kompressors zusammenlaufen, kann der Verdampfungsdruck des Kältemittels in dem Außen-Wärmetauscher und in dem abwärmenutzenden Wärmetauscher nicht individuell eingestellt werden. Folglich muss in der Konfiguration, in welcher der Kältemittelauslass des Außen-Wärmetauschers und der Auslass des abwärmenutzenden Wärmetauschers in der Ansaugleitung des Kompressors zusammenlaufen, der Verdampfungsdruck des Kältemittels des abwärmenutzenden Wärmetauschers ebenfalls auf den Sättigungsdampfdruck bei ungefähr -5 bis 5°C eingestellt werden. In dem abwärmenutzenden Wärmetauscher ist eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeabsorptionsquelle und dem Kältemittel groß, das heißt, der Verdampfungsdruck des Kältemittels wird bei der Temperatur der Wärmeabsorptionsquelle nicht zu einem geeigneten Druck und die Verdampfung erfolgt durch ein verschwenderisches Absenken des Drucks, so dass das Problem aufgetreten ist, dass wiederum eine übermäßige Kompressionskraft zur Druckerhöhung durch den Kompressor erforderlich ist und ein effizienter Betrieb dadurch nicht ermöglicht wird.
Bei dem Klimagerät 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bei hoher Klimatisierungslast in der Heizbetriebszeit ein Niedertemperatur- und Niederdruck-Gaskältemittel mit dem durch den Benzinmotor betriebenen, ersten Kompressor 101 auf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck komprimiert, und wird ein Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel mit dem durch den Elektromotor betriebenen, zweiten Kompressor 102 auf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck komprimiert. Folglich ist, wie in einem Mollier-Diagramm der vorliegenden Ausführungsform in 3 veranschaulicht, ein Ansaugdruck des durch den Elektromotor angetriebenen, zweiten Kompressors 102 höher als ein Ansaugdruck in einem Fall eines herkömmlichen Beispiels und wird ein Kompressionsverhältnis (Hochdruck/Niederdruck) des durch den Elektromotor angetriebenen, zweiten Kompressors 102 niedrig, so dass die Energie, die von dem durch den Elektromotor angetriebenen, zweiten Kompressor 102 verbraucht wird, im Vergleich zu einem herkömmlichen Beispiel verringert werden kann.
Es ist anzumerken, dass bei der vorliegenden Ausführungsform zu der Hochlastzeit im Heizbetrieb das Niedertemperatur- und Niederdruck-Gaskältemittel von dem durch den Benzinmotor betriebenen, ersten Kompressor 101 angesaugt wird und das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel von dem durch den Elektromotor betriebenen, zweiten Kompressor 102 angesaugt wird, es kann jedoch auch das Niedertemperatur- und Niederdruck-Gaskältemittel von dem durch den Elektromotor betriebenen, zweiten Kompressor 102 angesaugt werden und das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel von dem durch den Benzinmotor betriebenen, ersten Kompressor 101 angesaugt werden. Darüber hinaus können der erste und der zweite Kompressor gleichermaßen durch den Benzinmotor angetrieben werden.
In Bezug auf die erste bzw. vorliegende Ausführungsform weist die Flüssigkeitskältemittelleitung 115 zwei Nebenleitungen auf, sind zwei zueinander parallele Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher vorgesehen, ist einer der Wärmetauscher mit einer Ansaugleitung eines durch einen Benzinmotor angetriebenen Kompressors verbunden, ist der andere Wärmetauscher mit einer Ansaugleitung eines durch einen Elektromotor angetriebenen Kompressors verbunden, und befindet sich zuströmseits bzw. stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks der Neben- bzw. Bypassleitung in jeder der Ansaugleitungen der Kompressoren ein Auf/Zu-Ventil, und ist es bei dieser Konfiguration ähnlich wie bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Ansaugdruck eines Kältemittels in dem ersten Kompressor und einen Ansaugdruck eines Kältemittels in dem zweiten Kompressor individuell einzustellen.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel sind die Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher jedoch parallel zueinander vorgesehen, so dass es notwendig ist, zwei Kraftstoffmotorkühlwasser-Kreislaufsysteme bereitzustellen, die jeweils eine Wärmeabsorptionsquelle darstellen, wodurch sich die Kühlwasserkreisläufe verkomplizieren. Darüber hinaus ist, wenn beide Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher gleichzeitig verwendet werden (in dem Fall eines Heizbetriebs zu einer Extremniedertemperaturzeit bei der vorliegenden Ausführungsform) und wenn es zu einem Überschuss oder zu einer Verknappung einer Menge des Kühlwassers in dem einen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher kommt, somit auch der andere Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher davon beeinflusst und tritt der Überschuss oder die Verknappung der Menge des Kühlwassers auch in dem anderen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher auf.
Wenn beispielsweise das überschüssige Kühlwasser dem einen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher zugeführt wird, wird die Menge des Kühlwassers für den anderen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher knapp und besteht für den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher, in welchem die Menge des Kühlwassers knapp wird, die Gefahr, dass eine Verdampfung des Kältemittels nicht in ausreichendem Maß erfolgt, es zu einer Flüssigkeitsrückbildung kommt und dies zu einem Versagen des Kompressors führt. Darüber hinaus kommt es in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher, dem eine übermäßige Menge an Kühlwasser zugeführt wird, wenn das Kältemittel übermäßig erwärmt wird und eine Abgabetemperatur des Kältemittels hoch wird, zu einer Qualitätsverschlechterung des der Schmierung des Kompressors dienenden Öls, und wird dadurch, wenn der Elektromotor eine Antriebsquelle ist, beispielsweise der Motor beschädigt, was Probleme mit der Betriebszuverlässigkeit mit sich bringen kann.
Folglich ist es vorzuziehen, wenn der Ansaugdruck des Kältemittels in dem ersten Kompressor 101 und der Ansaugdruck des Kältemittels in dem zweiten Kompressor 102 individuell eingestellt werden, dass wie bei der vorliegenden Ausführungsform ein Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 vorgesehen ist und dass ein Strömungspfad des Kältemittels, das durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 strömt, jeweils mit dem ersten Kompressor 101 und mit dem zweiten Kompressor 102 verzweigt und verbunden ist.
Wie weiter oben beschrieben, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform darin umfasst: der erste Kompressor 101, der durch den Benzinmotor 103 angetrieben wird, der zweite Kompressor 102, der mit dem ersten Kompressor 101 parallel geschaltet ist und sich in der Leistungsfähigkeit von dem ersten Kompressor 101 unterscheidet, die Kältemittelflüssigkeitsleitung 115, die zwischen dem Innen-Wärmetauscher 201 und dem Außen-Wärmetauscher 106 vorgesehen ist, die Nebenleitung 114, welche die Kältemittelflüssigkeitsleitung 115, die Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und die Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors verbindet, der Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112, der in der Nebenleitung 114 vorgesehen ist und der Abwärme des Benzinmotors 103 auf ein Kältemittel überträgt, die Umschalteinrichtung mit der ersten Auf/Zu-Einrichtung 119 und der zweiten Auf/Zu-Einrichtung 120, die sich abströmseits bzw. stromabwärts des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers 112 befinden und dazu dienen, das Kältemittel selektiv dem ersten Kompressor 101 oder dem zweiten Kompressor 102 zuzuführen, und die Zustromsperreinrichtung mit dem ersten Rückschlagventil 121, das sich zuströmseits des Verbindungsteilstücks 136 der Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors und der Nebenleitung 114 befindet, und mit dem zweiten Rückschlagventil 122, das sich zuströmseits bzw. stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks 137 des zweiten Kompressors 102 und der Nebenleitung 114 befindet.
Folglich wird bei hoher Klimatisierungslast in der Heizbetriebszeit das Niedertemperatur- und Niederdruck-Gaskältemittel mit dem durch den Benzinmotor 103 betriebenen, ersten Kompressor 101 auf die hohe Temperatur und den hohen Druck komprimiert, und wird das Mitteltemperatur- und Mitteldruck-Gaskältemittel mit dem durch den Elektromotor betriebenen, zweiten Kompressor 102 auf die hohe Temperatur und den hohen Druck komprimiert, so dass es möglich ist, die Drücke eines Kältemittels, das in dem Außen-Wärmetauscher 106 verdampft, und eines Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, in angemessener Weise entsprechend den Temperaturen der entsprechenden Wärmeabsorptionsquellen einzustellen.
Der Druck des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, kann nämlich höher eingestellt werden als der Druck des Kältemittels, das in dem Außen-Wärmetauscher verdampft, so dass sich die Leistung des Kompressors, der das Kältemittel ansaugt, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, reduzieren lässt, das heißt, dass sich der Energieverbrauch des Klimageräts 300 in der Zeit eines Heizbetriebs verringern lässt.
Darüber hinaus zweigt gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Nebenleitung 114 abströmseits des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers 112 in die erste Zweigleitung 117 und die zweite Zweigleitung 118 ein, ist die erste Zweigleitung 117 mit der Ansaugleitung 134 des ersten Kompressors verbunden, ist die zweite Zweigleitung 118 mit der Ansaugleitung 135 des zweiten Kompressors verbunden und umfasst die Umschalteinrichtung die erste Auf/Zu-Einrichtung 119, die in der ersten Zweigleitung 117 vorgesehen ist, und die zweite Auf/Zu-Einrichtung 120, die in der zweiten Zweigleitung 118 vorgesehen ist.
Folglich wird es bei diesem Aspekt der Erfindung möglich, die Drücke des Kältemittels, das in dem Außen-Wärmetauscher 106 verdampft, und des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, in Übereinstimmung mit den Temperaturen der entsprechenden Wärmeabsorptionsquellen angemessen einzustellen.
Der Druck des Kältemittels, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, kann höher eingestellt werden als der Druck des Kältemittels, das in dem Außen-Wärmetauscher 106 verdampft, so dass sich die Leistung des Kompressors, der das Kältemittel ansaugt, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, reduzieren lässt, das heißt, dass sich der Energieverbrauch des Klimageräts 300 in der Zeit des Heizbetriebs verringern lässt.
Überdies werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das erste Rückschlagventil 121 und das zweite Rückschlagventil 122 jeweils als Zustromsperreinrichtung verwendet.
Demgemäß können, wenn das Kältemittel, das in dem Außen-Wärmetauscher 106 verdampft, und das Kältemittel, das in dem Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 verdampft, nicht zusammenlaufen und von den getrennten Kompressoren bzw. Verdichtern angesaugt werden, die erste Auf/Zu-Einrichtung 119 und die zweiten Auf/Zu-Einrichtung 120 als Umschalteinrichtung nur so geschaltet werden, dass das Kältemittel, welches durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 strömt, dem ersten Kompressor 101 oder dem zweiten Kompressor 102 zugeführt wird.
In diesem Fall weist das Kältemittel, welches durch den Außen-Wärmetauscher 106 hindurchströmt, einen niedrigeren Druck auf als das Kältemittel, welches durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 hindurchströmt, so dass, wenn das erste Rückschlagventil 121 und das zweiten Rückschlagventil 122 vorgesehen sind, das Kältemittel, welches durch den Außen-Wärmetauscher 106 hindurchströmt, auf einer Seite in den Kompressor einströmt, in welche das Kältemittel, welches durch den Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 112 hindurchströmt, nicht einströmt.
Darüber hinaus kann durch die Verwendung des ersten Rückschlagventils 121 und des zweiten Rückschlagventils 122 eine größere Kostenreduktion erzielt werden als durch die Verwendung eines Auf/Zu-Ventils.
Die vorliegende Erfindung wurde bislang zwar basierend auf den vorliegenden Ausführungsformen beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsform veranschaulicht lediglich die Umsetzungsarten der vorliegenden Erfindung, so dass beliebige Modifikationen und Anwendungen innerhalb des Umfangs derselben vorgenommen werden können, ohne dass dadurch von dem Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Klimagerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise als Klimaanlage verwendet werden, welche unabhängig von einer Klimatisierungslast zu einem stets hocheffizienten Betrieb fähig ist, indem Antriebsquellen von Kompressoren in Übereinstimmung mit der jeweiligen Klimatisierungslast ausgewählt werden.
Bezugszeichenliste

100: Außengerät
101: erster Kompressor
102: zweiter Kompressor
103: Benzinmotor
108: Außen-Dekompressionseinrichtung
112: Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher
113: Dekompressionseinrichtung
115: Flüssigkeitskältemittelleitung
116: Nebenleitungs-Verzweigungsteilstück
117: erste Zweigleitung
118: zweite Zweigleitung
119: erstes Auf/Zu-Ventil (Umschalteinrichtung)
120: zweites Auf/Zu-Ventil (Umschalteinrichtung)
121: erstes Rückschlagventil (Zustromsperreinrichtung)
122: zweites Rückschlagventil (Zustromsperreinrichtung)
134: Ansaugleitung des ersten Kompressors
135: Ansaugleitung des zweiten Kompressors
200: Innengerät
203: Innen-Dekompressionseinrichtung
300: Klimagerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200356931 [0003]
JP 2016228142 [0007]

Claims

Klimatisierungsvorrichtung umfassend: einen ersten Verdichter, der durch einen Kraftstoffmotor angetrieben wird, einen zweiten Verdichter, der mit dem ersten Verdichter parallel geschaltet ist und sich in der Leistungsfähigkeit von dem ersten Verdichter unterscheidet, eine Kältemitteilflüssigkeitsleitung, welche zwischen einem Innen-Wärmetauscher und einem Außen-Wärmetauscher vorgesehen ist, eine Bypassleitung, welche die Kältemittelflüssigkeitsleitung, eine Ansaugleitung des ersten Verdichters und eine Ansaugleitung des zweiten Verdichters verbindet, einen Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauscher, der in der Bypassleitung vorgesehen ist und der Abwärme des Kraftstoffmotors auf ein Kältemittel überträgt, eine Umschalteinrichtung, die sich stromabwärts des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers befindet und in der Lage ist, das Kältemittel selektiv dem ersten Verdichter oder dem zweiten Verdichter zuzuführen, und eine Zustromsperreinrichtung, die sich stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks der Ansaugleitung des ersten Verdichters und der Bypassleitung und/oder stromaufwärts eines Verbindungsteilstücks des zweiten Verdichters und der Bypassleitung befindet und welche einen Durchgang des von der Bypassleitung kommend zuströmenden Kältemittels verhindert.
Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Bypassleitung stromabwärts des Abwärmerückgewinnungs-Wärmetauschers in eine erste Zweigleitung und eine zweite Zweigleitung teilt, die erste Zweigleitung mit der Ansaugleitung des ersten Verdichters verbunden ist, die zweite Zweigleitung mit der Ansaugleitung des zweiten Verdichters verbunden ist, und die Umschalteinrichtung eine in der ersten Zweigleitung vorgesehene, erste Auf/Zu-Einrichtung und eine in der zweiten Zweigleitung vorgesehene, zweite Auf/Zu-Einrichtung umfasst.
Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Zustromsperreinrichtung um ein Rückschlagventil handelt.