DE112018006981T5

DE112018006981T5 - Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018006981T5
Application number: DE112018006981.8T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Ishizeki; Takefumi Tomiya; Yoshiyuki Okamoto
Original assignee: Sanden Automotive Climate Systems Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-10-08
Also published as: JP6925288B2; US20200346520A1; WO2019150830A1; CN111615464B; US11577579B2; JP2019130981A; CN111615464A

Abstract

Es wird eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Realisierung einer effizienten Klimatisierungsbetriebs ermöglicht, ohne durch eine Temperatur einer an einem Fahrzeug befestigten Wärmeerzeugungsvorrichtung beeinflusst zu werden. Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung umfasst einen Kompressor 2, einen Radiator 4, einen Außenwärmetauscher 7, eine erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61, um ein erste Wärmemedium in einer Wärmemediumheizheizung 66 zirkulieren zu lassen, und eine zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62, um ein zweites Wärmemedium in einer Batterie 55 zirkulieren zu lassen. Die erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung weist eine erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A auf, die Wärme zwischen einem Kältemittel und dem ersten Wärmemedium austauscht. Die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung weist eine zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B auf, die Wärme zwischen dem ersten Wärmemedium und dem zweiten Wärmemedium austauscht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage eines Wärmepumpensystems, das die Luft eines Fahrzeuginnenraums eines Fahrzeugs klimatisiert, und insbesondere eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung, die für ein Hybridauto und ein Elektrofahrzeug, die jeweils eine Batterie aufweisen, geeignet ist.
Durch die Aktualisierung von Umweltproblemen in den letzten Jahren haben sich Hybridautos und Elektrofahrzeuge, die jeweils einen Motor zum Betrieb durch von einer Batterie zugeführtem Strom antreiben, verbreitet. Zudem wurde als eine Klimatisierungsvorrichtung, die für ein solches Fahrzeug anwendbar ist, eine Klimatisierungsvorrichtung entwickelt, die einen Kältekreislauf umfasst, mit dem ein Kompressor, um ein Kältemittel zu komprimieren und abzuführen, ein auf einer Fahrzeuginnenraumseite angeordneter Radiator, um das Kältemittel Wärme abstrahlen zu lassen, ein auf der Fahrzeuginnenraumseite angeordneter Wärmeabsorber, um das Kältemittel Wärme aufnehmen zu lassen, und ein außerhalb des Fahrzeuginnenraum angeordneter Außenwärmetauscher, um Außenluft strömen zu lassen und das Kältemittel Wärme aufnehmen oder abstrahlen zu lassen, verbunden sind, und der einen Heizmodus (einen Heizbetrieb), um das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Radiator Wärme abstrahlen zu lassen und das Kältemittel, von dem die Wärme im Radiator abgestrahlt wurde, im Außenwärmetauscher Wärme aufnehmen zu lassen, und einen Kühlmodus (einen Kühlbetrieb), um das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Außenwärmetauscher Wärme abstrahlen zu lassen und das Kältemittel im Wärmeabsorber Wärme aufnehmen zu lassen, wechselt und ausführt (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Andererseits wird die Lade-/Entladeleistung der an dem Fahrzeug befestigten Batterie unter einer Niedrigtemperaturumgebung verringert. Zudem besteht ein Risiko, dass, wenn das Aufladen/Entladen der Batterie unter einer Umgebung, in der die Temperatur durch Eigenwärmeerzeugung oder dergleichen hoch ist, durchgeführt wird, ihre Degradation voranschreitet und die Batterie bald einen Betriebsausfall verursacht, der zu einem Bruch führt. Daher wurde auch eine Batterie entwickelt, bei der eine Schleife mit niedriger Wassertemperatur (Wärmemediumzirkulationsvorrichtung), die Kühlwasser (Wärmemedium) durch die Batterie zirkuliert, bereitgestellt wird, um Wärme zwischen einem Kältemittel und Kühlwasser (Wärmemedium), die im Kältemittelkreislauf zirkuliert werden, durch eine Kälteanlage (Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher) auszutauschen, und bei der das Kühlwasser (Wärmemedium) mit einer Warmwasserheizung (Heizvorrichtung) erwärmt wird, um die Temperatur der Batterie anzupassen, und weitere Heizunterstützung kann mit Abwärme von der Batterie oder Heizen mit der Warmwasserheizung (Heizvorrichtung) durchgeführt werden (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
Zitierungsliste
Patentdokumente

Patendokument 1: Veröffentlichung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2014 - 213765
Patendokument 2: Japanisches Patent Nr. 5860360

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Es besteht jedoch ein Nachteil, dass, wenn ein Heizunterstützungsbetrieb, in dem die Heizunterstützung durch Heizen mit einer Heizvorrichtung (Warmwasserheizung) geleistet wird, wie in Patentdokument 2 gezeigt, ausgeführt wird, die Temperatur der Batterie gleich oder höher als eine untere Gebrauchsgrenztemperatur ist, aber in einer Situation, in der die Temperatur der Batterie geringer als die Temperatur des Wärmemediums (Kühlwasser), die für die Erwärmung des Kältemittels im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher (Kälteanlage) erforderlich ist, ist, wird die Menge der Wärmeerzeugung der Heizvorrichtung (Warmwasserheizung), die zu der Heizkapazität der Batterie korrespondiert, entzogen, bis die Batterie aufgewärmt ist, so dass sinnlose Energie verbraucht wird.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um solche üblichen technischen Problem zu lösen, und ein Ziel davon ist, eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen effizienten Klimatisierungsbetrieb zu realisieren, ohne durch die Temperatur einer an einem Fahrzeug befestigten Wärmeerzeugungsvorrichtung, wie einer Batterie, beeinflusst zu werden.
Mittel zur Lösung der Probleme
Eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung klimatisiert Luft eines Fahrzeuginnenraums, umfassend einen Kompressor, um ein Kältemittel zu komprimieren, einen Luftströmungskanal, durch den die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft strömt, einen Radiator, um das Kältemittel Wärme abstrahlen zu lassen, wodurch die dem Fahrzeuginnenraum aus dem Luftströmungskanal zuzuführende Luft erwärmt wird, einen Außenwärmetauscher, der außerhalb des Fahrzeuginnenraums vorgesehen ist, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen, und eine Steuerungsvorrichtung. Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung, um ein erstes Wärmemedium in einer Heizvorrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmemediums zirkulieren zu lassen, und eine zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung, um ein zweites Wärmemedium in einer an einem Fahrzeug befestigten Wärmeerzeugungsvorrichtung zirkulieren zu lassen, umfasst, und dadurch, dass die erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung eine erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit aufweist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem ersten Wärmemedium zu ermöglichen, und die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung eine zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit aufweist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmemedium und dem zweiten Wärmemedium zu ermöglichen.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der vorstehenden Erfindung die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung einen Drei-Medien-Wärmetauscher umfasst, in dem die erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit und die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit integriert sind.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweils vorstehenden Erfindungen, die Steuerungsvorrichtung die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen auf der Basis der Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung steuert.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweils vorstehenden Erfindungen, die Steuerungsvorrichtung das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel Wärme im Radiator abstrahlen lässt, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, dekomprimiert, und anschließend das Kältemittel im Außenwärmetauscher und der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren lässt, und das erste Wärmemedium durch die Heizvorrichtung erwärmt, um das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren, und dadurch, dass die Steuerungsvorrichtung die Zirkulation des zweiten Wärmemediums in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung anhält, wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung nicht geheizt werden muss.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der vorstehenden Erfindung die Steuerungsvorrichtung bestimmt, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung nicht geheizt werden muss, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung größer als oder gleich einer vorbestimmten unteren Betriebsgrenztemperatur.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen vorstehenden Erfindungen, wenn es möglich ist, Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung zurückzugewinnen, die Steuerungsvorrichtung das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Radiator Wärme abstrahlen lässt, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, dekomprimiert, und anschließend das Kältemittel im Außenwärmetauscher und der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren lässt, und dadurch, dass die Steuerungsvorrichtung das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der vorstehenden Erfindung, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung höher als ein vorbestimmter Wert der Temperatur des ersten Wärmemediums auf der Auslassseite der erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit ist, was zu einem Kriterium für die Bestimmung wird, ob die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung rückgewinnbar ist oder nicht, die Steuerungsvorrichtung die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung als rückgewinnbar bestimmt.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen vorstehenden Erfindungen, wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung geheizt werden muss, die Steuerungsvorrichtung das erste Wärmemedium durch die Heizvorrichtung erwärmt, um das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der vorstehenden Erfindung, die Steuerungsvorrichtung bestimmt, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung geheizt werden muss, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung niedriger als eine vorbestimmte untere Betriebsgrenztemperatur ist.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der vorstehenden Erfindung, wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung gekühlt werden muss, die Steuerungsvorrichtung das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Radiator Wärme abstrahlen lässt, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, dekomprimiert, und anschließend das Kältemittel in der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren lässt, und dadurch, dass die Steuerungsvorrichtung in einem Zustand, in dem die Erwärmung des ersten Wärmemediums durch die Heizvorrichtung angehalten wird, das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der Erfindung des Anspruchs 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass in der vorstehenden Erfindung die Steuerungsvorrichtung bestimmt, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung gekühlt werden muss, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung höher als eine vorbestimmte obere Betriebsgrenztemperatur ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In einer Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung, die Luft eines Fahrzeuginnenraums klimatisiert, umfassend einen Kompressor, um ein Kältemittel zu komprimieren, einen Luftströmungskanal, durch den die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft strömt, einen Radiator, um das Kältemittel Wärme abstrahlen zu lassen, wodurch die dem Fahrzeuginnenraum aus dem Luftströmungskanal zuzuführende Luft erwärmt wird, einen Außenwärmetauscher, der außerhalb des Fahrzeuginnenraums vorgesehen ist, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen, und eine Steuerungsvorrichtung, umfasst die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung, um ein erstes Wärmemedium in einer Heizvorrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmemediums zirkulieren zu lassen, und eine zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung, um ein zweites Wärmemedium in einer an einem Fahrzeug befestigten Wärmeerzeugungsvorrichtung zirkulieren zu lassen, und weist eine erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem ersten Wärmemedium zu ermöglichen, das in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung bereitgestellt wird, und eine zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit, um einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmemedium und dem zweiten Wärmemedium zu ermöglichen, das in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung bereitgestellt wird, auf. Daher kann ein effizienter Klimatisierungsbetrieb realisiert werden, ohne durch die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung beeinflusst zu werden, indem ein Zustand, in dem das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren kann, und ein Zustand, in dem das zweite Wärmemedium darin nicht zirkulieren kann, gewechselt werden.
Da der Austausch der Wärme zwischen dem zweiten in der Wärmeerzeugungsvorrichtung zirkulierten Wärmemedium und dem Kältemittel durch das durch die Heizvorrichtung erwärmte erste Wärmemedium erfolgt, ist es insbesondere möglich, einen Einfluss aufgrund der Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung akkurat zu verhindern oder zu steuern.
Wie in der Erfindung des Anspruchs 2, kann die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung sogar auch in einem begrenzten Installationsraum eines Fahrzeugs ungehindert durch Bereitstellung eines Drei-Medien-Wärmetauschers, in dem die erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit und die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit integriert sind, angeordnet werden.
Wenn die Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen auf der Basis der Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung zu steuern, wie in der Erfindung des Anspruchs 3, können die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen darüber hinaus gemäß dem Zustand der Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung geeignet gesteuert werden.
Wenn die Steuerungsvorrichtung, wie in der Erfindung des Anspruchs 4, eine Heizunterstützung, bei der das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel Wärme im Radiator abstrahlen kann, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, dekomprimiert wird und anschließend das Kältemittel im Außenwärmetauscher und der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren kann, und das erste Wärmemedium durch die Heizvorrichtung erwärmt wird, um das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren, hält die Steuerungsvorrichtung beispielsweise die Zirkulation des zweiten Wärmemediums in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung in einer Situation an, in der die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung niedrig ist, obwohl es nicht erforderlich ist, die Wärmeerzeugungsvorrichtung zu heizen, wodurch es möglich wird, einen Nachteil, dass die Temperatur des in der Heizvorrichtung erwärmten ersten Wärmemediums durch Wärmeaustausch mit dem zweiten Wärmemedium, das durch die Wärmeerzeugungseinheit in der Temperatur gesenkt wurde, verringert wird, zu verhindern. Das heißt, in einer Situation, in der bei Durchführung der Heizunterstützung durch die Heizvorrichtung die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung niedrig ist, aber ein Heizen nicht benötigt wird, ist es möglich, im Voraus einen Nachteil, dass sinnlose Energie korrespondierend zu einer thermischen Kapazität der Wärmeerzeugungsvorrichtung in der Heizvorrichtung verbraucht wird, zu vermeiden und einen effizienten Klimatisierungsbetrieb durch die Heizunterstützung zu realisieren.
In diesem Fall, beispielsweise wie in der Erfindung des Anspruchs 5, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung größer als oder gleich einer vorbestimmten unteren Betriebsgrenztemperatur ist, bestimmt die Steuerungsvorrichtung, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung nicht geheizt werden muss. Folglich ist es möglich, akkurat zu bestimmen, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung nicht geheizt werden muss, und die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen zu steuern.
Wenn es möglich ist, Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung zurückzugewinnen, lässt die Steuerungsvorrichtung zudem, wie in der Erfindung des Anspruchs 6, das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Radiator Wärme abstrahlen, dekomprimiert das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, und lässt anschließend das Kältemittel im Außenwärmetauscher und in der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren, und die Steuerungsvorrichtung lässt das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren und lässt das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren. Es ist somit möglich, das Kältemittel zu veranlassen, die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung sequentiell durch das zweite Wärmemedium und das erste Wärmemedium zu fördern und durch effektive Nutzung der Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung eine Heizklimatisierung des Fahrzeuginnenraums effizient durchzuführen. Zudem ist es sowohl möglich, einen Temperaturanstieg der Wärmeerzeugungsvorrichtung zu unterdrücken, als auch möglich, eine Frostbildung am Außenwärmetauscher zu unterdrücken.
In diesem Fall, beispielsweise wie in der Erfindung des Anspruchs 7, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung höher als ein vorbestimmter Wert der Temperatur des ersten Wärmemediums an einer Auslassseite der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit ist, was zu einem Kriterium zur Bestimmung, ob die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung rückgewinnbar ist oder nicht, wird, bestimmt die Steuerungsvorrichtung die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung als rückgewinnbar. Es ist somit möglich, akkurat zu bestimmen, dass die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung rückgewonnen werden kann, und dadurch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen zu steuern.
Wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung geheizt werden muss, erwärmt im Übrigen , wie in der Erfindung des Anspruchs 8, die Steuerungsvorrichtung das erste Wärmemedium durch die Heizvorrichtung, um das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren. Folglich ist es möglich, das zweite Wärmemedium durch das durch die Heizvorrichtung erwärmte erste Wärmemedium zu erwärmen und die Wärmeerzeugungsvorrichtung mit dem erwärmten zweiten Wärmemedium ungehindert zu heizen.
Selbst in diesem Fall, beispielsweise wie in der Erfindung des Anspruchs 9, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung geringer als eine vorbestimmte untere Betriebsgrenztemperatur ist, bestimmt die Steuerungsvorrichtung, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung geheizt werden muss. Es ist somit möglich, akkurat zu bestimmen, dass es erforderlich ist, die Wärmeerzeugungsvorrichtung zu heizen, und dadurch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen zu steuern.
Wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung gekühlt werden muss, ist die Steuerungsvorrichtung zudem, wie in der Erfindung des Anspruchs 10, dazu konfiguriert, das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Radiator Wärme abstrahlen zu lassen, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, zu dekomprimieren, und anschließend das Kältemittel in der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren zu lassen, und in einem Zustand, in dem die Erwärmung des ersten Wärmemediums durch die Heizvorrichtung angehalten wird, ist die Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert, das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren zu lassen und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren zu lassen. Es ist daher möglich, die Wärmeerzeugungsvorrichtung ungehindert durch das zweite Wärmemedium, das mit dem Wärmeaustausch mit dem durch das Kältemittel gekühlten ersten Wärmemedium gekühlt wurde, zu kühlen.
Sogar in diesem Fall, beispielsweise wie in der Erfindung des Anspruchs 11, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung höher als eine vorbestimmte obere Betriebsgrenztemperatur ist, bestimmt die Steuerungsvorrichtung, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung gekühlt werden muss. Es ist somit möglich, akkurat zu bestimmen, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung gekühlt werden muss, und dadurch die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen zu steuern.
Figurenliste

1 ist eine grundsätzliche Ansicht einer Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung einer Ausführungsform, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird;
2 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung einer Steuerung in der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung der 1;
3 ist ein Diagramm, das einen Heizbetrieb durch die Steuerung der 2 beschreibt;
4 ist ein Diagramm, das einen Entfeuchtungs- und Heizbetrieb durch die Steuerung der 2 beschreibt;
5 ist ein Diagramm, das einen internen Zyklusbetrieb durch die Steuerung der 2 beschreibt;
6 ist ein Diagramm, das einen Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb durch die Steuerung der 2 beschreibt;
7 ist ein Diagramm, das einen Kühlbetrieb durch die Steuerung der 2 beschreibt;
8 ist ein Diagramm, das einen durch die Steuerung der 2 im Heizbetrieb der 3 auszuführenden Heizunterstützungsbetrieb beschreibt;
9 ist ein Diagramm, das einen Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb und einen Batterieheizbetrieb, der durch die Steuerung der 2 im Heizbetrieb der 3 und dem Heizunterstützungsbetrieb der 8 auszuführen ist, beschreibt; und
10 ist ein Diagramm, das einen Batteriekühlbetrieb, der durch Steuerung der 2 auszuführen ist, beschreibt.

Form zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 veranschaulicht eine grundsätzliche Ansicht einer Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Fahrzeug der Ausführungsform, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist ein Elektrofahrzeug (EV), in dem kein Motor (Verbrennungsmotor) verbaut ist, und mit einer Batterie 55 ausgerüstet ist und läuft mit einem Elektromotor zum Betrieb (in der Zeichnung nicht gezeigt), der durch die Versorgung mit der in der Batterie geladenen Energie angetrieben wird. Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls durch die Energie der Batterie 55 angetrieben.
Das heißt, in dem Elektrofahrzeug, das kein Heizen durch Abwärme des Motors durchführen kann, führt die Klimatisierungsvorrichtung 1 der Ausführungsform einen Heizbetrieb durch einen Wärmepumpenbetrieb aus, in dem ein Kältemittelkreislauf R genutzt wird. Zudem führt die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 selektiv die jeweiligen Klimatisierungsbetriebe eines Entfeuchtungs- und Heizbetriebs, eines internen Zyklusbetriebs, eines Entfeuchtungs- und Kühlbetriebs und eines Kühlbetriebs aus, um die Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums durchzuführen.
Im Übrigen ist das Fahrzeug nicht auf ein Elektrofahrzeug beschränkt, und die vorliegende Erfindung ist auch für sogenannte Hybridautos, in denen zum Betrieb der Motor zusammen mit dem Elektromotor genutzt wird, wirksam. Darüber hinaus ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung auch auf ein übliches Auto, das mit dem Motor läuft, anwendbar ist. Darüber hinaus wird die Batterie 55 in der vorliegenden Anmeldung als eine am Fahrzeug angebrachte Wärmeerzeugungsvorrichtung veranschaulicht, aber ist nicht darauf beschränkt. Die Wärmeerzeugungsvorrichtung umfasst den vorstehend beschriebenen Elektromotor zum Betrieb, einen Steuerungsinverter des Elektromotors, etc.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 der Ausführungsform führt die Klimatisierung (Heizen, Kühlen, Entfeuchten und Belüftung) des Fahrzeuginnenraums des Elektrofahrzeugs aus.
Ein Typ eines elektrischen Kompressors 2, um ein Kältemittel zu komprimieren, ein Radiator 4, der in einem Luftströmungskanal 3 einer HVAC-Einheit 10, in der Luft im Fahrzeuginnenraum ventiliert und zirkuliert wird, vorgesehen ist, um das aus dem Kompressor 2 abgeführte Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel über eine Kältemittelleitung 13G darin strömen zu lassen und das Kältemittel zum Fahrzeuginnenraum abstrahlen zu lassen, ein Außenexpansionsventil 6, gebildet aus einem Elektroventil (ein elektronisches Expansionsventil), das das Kältemittel während des Heizens dekomprimiert und ausdehnt, ein Außenwärmetauscher 7, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft ausführt, um während des Kühlens als ein Radiator zu fungieren, um das Kältemittel Wärmeabstrahlen zu lassen, und um während des Heizens als ein Verdampfer zu fungieren, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen, ein Innenexpansionsventil 8, gebildet aus einem Elektroventil (ein elektrisches Expansionsventil), um das Kältemittel zu dekomprimieren und auszudehnen, ein in dem Luftströmungskanal 3 vorgesehener Wärmeabsorber 9, um das Kältemittel während des Kühlens und Entfeuchtens aus dem Inneren und Äußeren des Fahrzeugs Wärme aufnehmen zu lassen, einen Akkumulator 12, und anderes sind nacheinander durch eine Kältemittelleitung 13 verbunden, wodurch ein Kältemittelkreislauf R gebildet wird.
Das Außenexpansionsventil 6 dekomprimiert und dehnt das Kältemittel aus, das aus dem Radiator 4 ausströmt und in den Außenwärmetauscher 7 einströmt, und kann auch vollständig geschlossen werden. Zudem dekomprimiert und dehnt das Innenexpansionsventil 8 das Kältemittel aus, das in den Wärmeabsorber 9 strömt, und kann ebenfalls vollständig geschlossen werden.
Im Übrigen ist im Außenwärmetauscher 7 ein Außengebläse 15 vorgesehen. Das Außengebläse 15 leitet die Außenluft zwangsweise durch den Außenwärmetauscher 7, um dadurch den Wärmetausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel durchzuführen, wobei die Außenluft auch während des Anhaltens des Fahrzeugs (d.h., seine Geschwindigkeit ist 0 km/h) dazu veranlasst wird, durch den Außenwärmetauscher 7 zu passieren.
Des Weiteren ist eine Kältemittelleitung 13A, die mit einer Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 7 verbunden ist, mit einer Kältemittelleitung 13B über ein Sperrventil 18 verbunden. Im Übrigen weist das Sperrventil 18 eine Seite zur Kältemittelleitung 13B auf, die als Vorwärtsrichtung dient. Anschließen wird die Kältemittelleitung 13B mit dem Innenexpansionsventil 8 verbunden.
Außerdem verzweigt sich die Kältemittelleitung 13A, die von dem Außenwärmetauscher 7 ausgeht, vor dem Sperrventil 18 (auf einer kältemittelstromaufwärtigen Seite), und diese abzweigende Kältemittelleitung 13D steht im Austausch und verbindet sich mit einer Kältemittelleitung 13C, die auf einer Auslassseite des Wärmeabsorbers 9 angeordnet ist, über ein Magnetventil 21, das während des Heizens geöffnet wird. Die Kältemittelleitung 13C auf einer kältemittelstromabwärtigen Seite ist von einer Stelle, an die Kältemittelleitung 13D verbunden ist, über ein Sperrventil 20 mit dem Akkumulator 12 verbunden. Der Akkumulator ist mit einer Kältemittelansaugseite des Kompressors 2 verbunden. Im Übrigen weist das Sperrventil 20 eine Seite zum Akkumulator 12 auf, die als eine Vorwärtsrichtung dient.
Darüber hinaus verzweigt sich eine Kältemittelleitung 13E auf einer Auslassseite des Radiators 4 zu einer Kältemittelleitung 13J und einer Kältemittelleitung 13F vor dem Außenexpansionsventil 6 (auf einer kältemittelstromaufwärtigen Seite). Eine abzweigende Kältemittelleitung 13J ist über das Außenexpansionsventil 6 mit einer Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers 7 verbunden. Zudem steht die andere abzweigende Kältemittelleitung 13F im Austausch und verbindet sich mit einem Verbindungsabschnitt der Kältemittelleitung 13A und der Kältemittelleitung 13B, die auf einer kältemittelstromabwärtigen Seite des Sperrventils 18 angeordnet sind, über ein Magnetventil 22, das während des Entfeuchtens geöffnet wird. Folglich ist die Kältemittelleitung 13F parallel mit einer Serienschaltung des Außenexpansionsventils 6, des Außenwärmetauschers 7 und des Sperrventils 18 verbunden. Die Kältemittelleitung 13F umgeht das Außenexpansionsventil 6, den Außenwärmetauscher 7 und das Sperrventil 18.
Zudem werden im Luftströmungskanal 3 auf einer luftstromaufwärtigen Seite des Wärmeabsorbers 9 entsprechende Ansaugöffnungen, wie eine Außenluftansaugöffnung und eine Innenluftansaugöffnung, gebildet (dargestellt durch eine Ansaugöffnung 25 in 1), und in der Ansaugöffnung 25 ist eine Ansaugwechselklappe 26 angeordnet, um die in den Luftströmungskanal 3 einzuführende Luft zwischen Innenluft, die Luft des Fahrzeuginnenraums (Innenluftzirkulation) ist, und Außenluft, die Luft außerhalb des Fahrzeuginnenraums (Außenlufteinführung) ist, zu wechseln. Darüber hinaus ist auf einer luftstromabwärtigen Seite der Ansaugwechselklappe 26 ein Innengebläse (ein Gebläselüfter) 27 angeordnet, um dem Luftströmungskanal 3 die eingeführte Innen- oder Außenluft zuzuführen.
Des Weiteren ist im Luftströmungskanal 3 auf einer luftstromaufwärtigen Seite des Radiators 4 eine Luftmischklappe 28 vorgesehen, um das Verhältnis, zu dem Luft im Luftströmungskanal 3 (die Innen- oder Außenluft), die in den Luftströmungskanal 3 strömt und durch den Wärmeabsorber 9 geleitet wird, durch den Radiator 4 zu leiten ist, anzupassen. Darüber hinaus ist im Luftströmungskanal 3 auf einer luftstromabwärtigen Seite des Radiators 4 jeder Auslass (dargestellt durch einen Auslass 29 in 1) eines FOOT (Füße), VENT (Belüftung) und DEF (Enteiser) gebildet, und in dem Auslass 29 ist eine Auslasswechselklappe 31 angeordnet, um eine Wechselsteuerung des Blasens der Luft aus jedem vorgenannten Auslass auszuführen.
Ferner ist die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung mit unabhängigen ersten und zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 versehen, um die Batterie 55 (eine Wärmeerzeugungsvorrichtung) zu heizen oder Abwärme der Batterie 55 rückzugewinnen oder die Batterie 55 zu kühlen. Die erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 der Ausführungsform ist mit einer Zirkulationspumpe 63 (einer ersten Zirkulationspumpe) als eine Zirkulationsvorrichtung zur Zirkulation eines ersten Wärmemediums, einer Wärmemediumheizheizung 66 als eine Heizvorrichtung und einem ersten Wärmemediumströmungskanal 64B, der eine erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A eines Drei-Medien-Wärmetauschers 64 bildet, versehen. Sie sind ringförmig durch eine Wärmemediumleitung 67 verbunden.
Außerdem ist die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 der Ausführungsform mit einer Zirkulationspumpe 68 (einer zweiten Zirkulationspumpe) als eine Zirkulationsvorrichtung zur Zirkulation eines zweiten Wärmemediums zur Batterie 55 und einem zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C, der eine zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 bildet, versehen. Diese und die Batterie 55 sind ringförmig durch eine Wärmemediumleitung 69 verbunden.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform ist ein Einlass des ersten Wärmemediumströmungskanals 64B mit einer Abführungsseite der Zirkulationspumpe 63 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 verbunden. Die Wärmemediumheizheizung 66 ist mit einem Auslass des ersten Wärmemediumströmungskanal 64B verbunden. Ein Auslass der Wärmemediumheizheizung 66 ist mit einer Ansaugseite der Zirkulationspumpe 63 verbunden. Darüber hinaus ist ein Einlass des zweiten Wärmemediumströmungskanals 64C mit einer Abführungsseite der Zirkulationspumpe 68 der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 verbunden. Ein Einlass der Batterie 55 ist mit einem Auslass des zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C verbunden, und ein Auslass der Batterie 55 ist mit einer Ansaugseite der Zirkulationspumpe 68 verbunden.
Als die in diesen ersten und zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 verwendeten ersten und zweiten Wärmemedien kann beispielsweise Wasser, ein Kältemittel, wie HFO-1234f, eine Flüssigkeit, wie ein Kühlmittel oder dergleichen, oder Gas, wie Luft oder dergleichen, eingesetzt werden. Im Übrigen wird in der Ausführungsform Wasser als erstes und zweites Wärmemedium eingesetzt. Auch wird die Wärmemediumheizheizung 66 aus einem Elektroerhitzer, wie einer PTC-Heizung oder dergleichen, gebildet. Zudem ist beispielsweise eine Mantelstruktur, die in der Lage ist, das zweite Wärmemedium in einer Wärmeaustauschbeziehung mit der Batterie 55 zu zirkulieren, um die Batterie 55 herum vorgesehen.
Dann, wenn die Zirkulationspumpe 63 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 betrieben wird, strömt das von der Zirkulationspumpe 63 abgeführte Wärmemedium in den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64. Wenn das aus dem ersten Wärmemediumströmungskanal 64B ausströmende Wärmemedium die Wärmemediumheizheizung 66 erreicht und die Wärmemediumheizheizung 66 Wärme erzeugt, wird das erste Wärmemedium daraufhin erwärmt und anschließend in die Zirkulationspumpe 63 gesaugt. Somit wird das erste Wärmemedium in der Wärmemediumleitung 67 zirkuliert.
Wenn die Zirkulationspumpe 68 der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 betrieben wird, strömt zudem das von der Zirkulationspumpe 68 abgeführte zweite Wärmemedium in den zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C des Drei-Medien-Wärmetauschers 64. Das aus dem zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C ausströmende zweite Wärmemedium erreicht die Batterie 55 und führt daraufhin einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55 aus und wird anschließend in die Zirkulationspumpe 68 gesaugt. Somit wird das zweite Wärmemedium in der Wärmemediumleitung 69 zirkuliert.
Andererseits ist ein Ende einer Abzweigleitung 72 mit einer kältemittelstromabwärtigen Seite des Magnetventils 22 der Kältemittelleitung 13F des Kältemittelkreislaufs R verbunden. Die Abzweigleitung 72 ist mit einem Hilfsexpansionsventil 73 versehen, das aus einem elektrischen Ventil (einem elektrischen Expansionsventil) gebildet wird. Das Hilfsexpansionsventil 73 ist in der Lage, das in einen später zu beschreibenden Kältemittelströmungskanal 64A des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 strömende Kältemittel zu dekomprimieren und auszudehnen und ein vollständiges Schließen auszuführen. Das andere Ende der Abzweigleitung 72 ist dann mit dem Kältemittelströmungskanal 64A des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 verbunden. Ein Ende einer Kältemittelleitung 74 ist mit einem Auslass des Kältemittelströmungskanals 64A verbunden, und das andere Ende der Kältemittelleitung 74 ist mit der Kältemittelleitung 13C vor dem Akkumulator 12 (einer kältemittelstromaufwärtigen Seite) verbunden und befindet sich auf einer kältemittelstromabwärtigen Seite des Sperrventils 20.
Es ist anzumerken, dass dieses Hilfsexpansionsventil 73 und andere ebenfalls einen Teil des Kältemittelkreislaufs R bilden und gleichzeitig sogar Teile der ersten und zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 bilden. Des Weiteren ist der Drei-Medien-Wärmetauscher 64 ein Wärmetauscher, in dem der vorstehend beschriebene Kältemittelströmungskanal 64A, erste Wärmemediumströmungskanal B und zweite Wärmemediumströmungskanal 64C integriert sind. Der Kältemittelströmungskanal 64A und der erste Wärmemediumströmungskanal 64B weisen eine Wärmeaustauschbeziehung mit einander auf, und der erste Wärmemediumströmungskanal 64B und der zweite Wärmemediumströmungskanal weisen eine Wärmeaustauschbeziehung mit einander auf.
Da dieser Kältemittelströmungskanal 64A und dieser erste Wärmemediumströmungskanal 64B die erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 bilden bzw. der Kältemittelströmungskanal 64A und der erste Wärmemediumströmungskanal 64B einen Teil der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A bilden, weist die erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 die erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A auf. Da ferner der erste Wärmemediumströmungskanal 64B und der zweite Wärmemediumströmungskanal 64C die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 bilden bzw. der erste Wärmemediumströmungskanal 64B und der zweite Wärmemediumströmungskanal 64C einen Teil der zweiten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B bilden, weist die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B auf.
Da der Drei-Medien-Wärmetauscher 64 der Ausführungsform ein Wärmetauscher ist, in dem der Kältemittelströmungskanal 64A, der erste Wärmemediumströmungskanal B und der zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C wie vorstehend beschrieben integriert sind, nimmt der Drei-Medien-Wärmetauscher 64 insbesondere eine kompakte Konfiguration ein, in der die vorstehend beschrieben erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A und die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B integriert sind. Wenn das Hilfsexpansionsventil 73 und das Magnetventil 22 auf der Seite des Kältemittelkreislaufs R geöffnet werden, wird das in der Kältemittelleitung 13F strömende Kältemittel im Hilfsexpansionsventil 73 dekomprimiert und strömt dann in den Kältemittelströmungskanal 64A des Drei-Medien-Wärmetauschers 64, um dort zu verdampfen. Das Kältemittel führt einen Wärmeaustausch mit dem durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B strömenden ersten Wärmemedium während des Durchströmens des Kältemittelströmungskanals 64A aus und nimmt Wärme vom ersten Wärmemedium auf, um anschließend durch den Akkumulator 12 in den Kompressor 2 gesaugt zu werden. Außerdem führt das erste Wärmemedium einen Wärmeaustausch mit dem durch den zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C strömenden zweiten Wärmemedium während des Durchströmens des ersten Wärmemediumströmungskanal 64B aus.
Folgend ist 32 in 2 eine Steuerung (ECU) als eine Steuerungsvorrichtung. Die Steuerung 32 wird aus einem Mikrocomputer, der ein Beispiel eines einen Prozessor umfassenden Computers ist, gebildet, und ein Eingang der Steuerung ist mit jeweiligen Ausgängen eines Außenlufttemperatursensors 33, der eine Außenlufttemperatur (Tam) des Fahrzeugs detektiert, eines Außenluftfeuchtigkeitssensors 34, der einen Außenluftfeuchtigkeit detektiert, eines HVAC-Ansaugtemperatursensors 36, der eine Temperatur der von der Ansaugöffnung 25 zum Luftströmungskanal 3 anzusaugenden Luft detektiert, eines Innenlufttemperatursensors 37, der eine Temperatur der Luft des Fahrzeuginnenraums (der Innenluft) detektiert, eines Innenluftfeuchtigkeitssensors 38, der eine Feuchtigkeit der Luft des Fahrzeuginnenraums detektiert, eines Innenluft-CO₂-Konzentrationssensors 39, der eine Kohlendioxidkonzentration des Fahrzeuginnenrums detektiert, eines Auslasstemperatursensors 41, der eine Temperatur der von dem Auslass 29 zum Fahrzeuginnenraum auszublasenden Luft detektiert, eines Abgabedrucksensors 42, der einen Druck (einen Abgabedruck Pd) des aus dem Kompressor 2 abgeführten Kältemittels detektiert, eines Abgabetemperatursensors 43, der eine Temperatur des aus dem Kompressor 2 abgeführten Kältemittels detektiert, eines Ansaugtemperatursensors 44, der eine Temperatur des in den Kompressor 2 zu saugenden Kältemittels detektiert, eines Abstrahlungstemperatursensors 46, der eine Temperatur des Radiators 4 (die Temperatur der durch den Radiator 4 geleiteten Luft oder die Temperatur des Radiators selbst: eine Radiatortemperatur TCI) detektiert, eines Radiatordrucksensors 47, der einen Kältemitteldruck des Radiators 4 (der Druck des Kältemittels im Radiator 4 oder unmittelbar nachdem das Kältemittel aus dem Radiator 4 strömt: ein Radiatordruck PCI) detektiert, eines Wärmeabsorbertemperatursensors 48, der eine Temperatur des Wärmeabsorbers 9 (die Temperatur der durch den Wärmeabsorber 9 geleiteten Temperatur oder die Temperatur des Wärmeabsorbers 9 selbst: eine Wärmeabsorbertemperatur Te) detektiert, eines Wärmeabsorberdrucksensors 49, der einen Kältemitteldruck des Wärmeabsorbers 9 (den Druck des Kältemittels im Wärmeabsorber 9 oder unmittelbar nachdem das Kältemittel aus dem Wärmeabsorber 9 strömt) detektiert, eines Sonneneinstrahlungssensors 51 eines beispielsweise Fotosensorsystems, um eine Sonneneinstrahlungsmenge in den Fahrzeuginnenraum zu detektieren, eines Geschwindigkeitssensors 52, um eine Bewegungsgeschwindigkeit (eine Geschwindigkeit) des Fahrzeugs zu detektieren, eines Klimatisierungsbetriebsabschnitt 53 (Aircon-Betriebsabschnitt), um die Änderung einer vorbestimmten Temperatur oder des Betriebsmodus einzustellen, eines Außenwärmetauschertemperatursensors 54, der eine Temperatur des Außenwärmetauscher 7 (die Temperatur des Kältemittels unmittelbar nachdem das Kältemittel aus dem Außenwärmetauscher 7 strömt oder die Temperatur des Außenwärmetauschers 7 selbst: eine Außenwärmetauschertemperatur TXO. Wenn der Außenwärmetauscher 7 als ein Verdampfer fungiert, wird die Außenwärmetauschertemperatur TXO eine Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem Außenwärmetauscher 7) detektiert, und eines Außenwärmetauscherdrucksensors 56, der einen Kältemitteldruck des Außenwärmetauschers 7 (den Druck des Kältemittels im Außenwärmetauscher 7 oder unmittelbar nachdem das Kältemittel aus dem Außenwärmetauscher 7 strömt) detektiert, verbunden.
Darüber hinaus ist der Eingang der Steuerung 32 des Weiteren auch mit jeweiligen Ausgängen eines Batterietemperatursensors 76, der eine Temperatur der Batterie 55 detektiert (eine Temperatur der Batterie selbst oder eine Temperatur des aus der Batterie 55 strömenden Wärmemediums oder eine Temperatur des in die Batterie 55 strömenden Wärmemediums: eine Batterietemperatur Tb), eines Wärmemediumheizheizungstemperatursensors 77, der eine Temperatur der Wärmemediumheizheizung 66 detektiert (eine Temperatur der Wärmemediumheizheizung 66 selbst und eine Temperatur des aus der Wärmemediumheizheizung 66 strömenden Wärmemediums), eines ersten Auslasstemperatursensors 78, der eine Temperatur (eine Auslasswärmemediumtemperatur Tout) des ersten Wärmemediums auf einer Auslassseite des ersten Wärmemediumströmungskanals 64B (der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A) des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 detektiert, und eines zweiten Auslasstemperatursensors 79, der eine Temperatur des aus dem Kältemittelströmungskanal 64A strömenden Kältemittels detektiert, verbunden.
Andererseits ist ein Ausgang der Steuerung mit dem Kompressor 2, dem Außengebläse 15, dem Innengebläse (dem Gebläselüfter) 27, der Ansaugwechselklappe 26, der Luftmischklappe 28, der Auslasswechselklappe 31, dem Außenexpansionsventil 6, dem Innenexpansionsventil 8, den jeweiligen Magnetventilen des Magnetventils 22 (Entfeuchtung), des Magnetventils 21 (Heizen) und des Magnetventils 20 (Bypass), den jeweiligen Zirkulationspumpen 63 und 68, der Wärmemediumheizheizung 66 und dem Hilfsexpansionsventil 73 verbunden. Die Steuerung 32 steuert dann diese Komponenten auf der Basis des Ausgangs der jeweiligen Sensoren und des Einstellungseingangs des Klimatisierungsbetriebsabschnitts 53.
Als Nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Betriebs der Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 der Ausführungsform in der vorstehenden Ausgestaltung. Die Steuerung 32 ändert und führt in der Ausführungsform die jeweiligen Klimatisierungsbetriebe des Heizbetriebs, des Entfeuchtungs- und Heizbetriebs, des internen Zyklusbetriebs, des Entfeuchtungs- und Kühlbetriebs und des Kühlbetriebs aus und führt einen Heizunterstützungsbetrieb unter Verwendung der Wärmemediumheizheizung 66 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 durch. Zudem heizt die Steuerung 32 die Batterie 55 unter Verwendung der Wärmemediumheizheizung 66 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 und der der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 und gewinnt die Abwärme der Batterie 55 zurück oder kühlt die Batterie, um die Temperatur der Batterie 55 anzupassen. Es wird jedoch zunächst eine Beschreibung der einzelnen Klimatisierungsbetriebe des Kältemittelkreislaufs R vorgenommen.
Heizbetrieb
Zunächst wird der Heizbetrieb unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 zeigt die Strömung (durchgezogene Linienpfeile) des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs R im Heizbetrieb. Wenn der Heizbetrieb durch die Steuerung 32 (ein Automatikmodus) oder eine manuelle Betätigung am Klimatisierungsbetriebsabschnitt 53 (ein manueller Modus) ausgewählt wird, öffnet die Steuerung 32 das Magnetventil 21 (zum Heizen) und schließt das Innenexpansionsventil 8 vollständig (eine vollständig geschlossene Stellung). Darüber hinaus öffnet die Steuerung das Außenexpansionsventil 6, um das Kältemittel auf seinen dekompressionsgesteuerten Zustand einzustellen, und schließt das Magnetventil 22 (für die Entfeuchtung). Im Übrigen wird die Steuerung des Hilfsexpansionsventils 73 während des Heizbetriebs später ausführlich beschrieben.
Anschließend betreibt die Steuerung den Kompressor 2 und die jeweiligen Gebläse 15 und 27, und die Luftmischklappe 28 weist einen Zustand zur Anpassung eines Verhältnisses auf, zu dem die von dem Innengebläse 27 ausgeblasene Luft durch den Radiator 4 zu leiten ist. Infolgedessen strömt ein aus dem Kompressor 2 abgeführtes Hochtemperatur-Hochdruck-Gaskältemittel in den Radiator 4. Die Luft in dem Luftströmungskanal 3 durchläuft den Radiator 4 und somit wird die Luft in dem Luftströmungskanal 3 durch das Hochtemperatur-Kältemittel im Radiator 4 erwärmt. Auf der anderen Seite weist das Kältemittel im Radiator 4 die durch die Luft aufgenommene Wärme auf und wird gekühlt, um zu kondensieren und zu verflüssigen.
Das im Radiator 4 verflüssigte Kältemittel strömt aus dem Radiator 4 und strömt dann durch die Kältemittelleitungen 13E und 13J, um zum Außenexpansionsventil 6 zu gelangen. Das in das Außenexpansionsventil 6 strömende Kältemittel wird darin dekomprimiert und strömt anschließend in den Außenwärmetauscher 7. Das in den Außenwärmetauscher 7 strömende Kältemittel verdampft, und die Wärme wird von der während des Betriebs passierenden Außenluft oder dem Außengebläse 15 abgepumpt (Wärmeaufnahme). Mit anderen Worten fungiert der Kältemittelkreislauf R als eine Wärmepumpe.
Danach erreicht das aus dem Außenwärmetauscher 7 strömende Niedertemperatur-Kältemittel die Kältemittelleitung 13C durch die Kältemittelleitung 13A und die Kältemittelleitung 13D und das Magnetventil 21 und strömt über das Sperrventil 20 in den Akkumulator 12, um darin eine Gas-Flüssigkeitstrennung durchzuführen, und das Gaskältemittel wird in den Kompressor 2 gesaugt, wodurch sich diese Zirkulation wiederholt. Die im Radiator 4 erwärmte Luft wird aus dem Auslass 29 ausgeblasen, wodurch das Heizen des Fahrzeuginnenraums ausgeführt wird.
Die Steuerung 32 berechnet einen Sollradiatordruck PCO (einen Sollwert des Drucks PCI des Radiators 4) aus einer Sollheizungstemperatur TCO (ein Sollwert einer Temperatur TH der Luft durch den Radiator 4), berechnet aus einer später genannten Sollauslasstemperatur TAO, und steuert die Drehzahl des Kompressors 2 auf der Basis des Sollradiatordrucks PCO und des Kältemitteldrucks des Radiators 4, der durch den Radiatordrucksensor 47 detektiert wird (des Radiatordrucks PCI, der ein hoher Druck des Kältemittelkreislaufs R ist). Zudem steuert die Steuerung 32 eine Ventilstellung des Außenexpansionsventils 6 auf der Basis der Temperatur (der Radiatortemperatur TCI) des Radiators 4, die durch den Radiatortemperatursensor 46 detektiert wird, und des Radiatordrucks PCI, der durch den Radiatordrucksensor 47 detektiert wird, und steuert einen Unterkühlungsgrad des Kältemittels in einem Auslass des Radiators 4. Die Sollheizungstemperatur TCO ist im Grunde TCO = TAO, aber es ist eine vorgegebene Grenze der Steuerung vorgesehen.
Entfeuchtungs- und Heizbetrieb
Als nächstes wird der Entfeuchtungs- und Heizbetrieb unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 zeigt die Strömung (durchgezogene Linienpfeile) des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs R im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb. Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb öffnet die Steuerung 32 das Magnetventil 22 in vorstehenden Zustand des Heizbetriebs. Das Hilfsexpansionsventil 73 wird jedoch vollständig geschlossen (vollständig geschlossene Stellung). Des Weiteren öffnet die Steuerung auch das Innenexpansionsventil 8, um das Kältemittel auf seinen dekompressionsgesteuerten Zustand einzustellen. Infolgedessen wird ein Teil des kondensierten Kältemittels, das durch den Radiator 4 in die Kältemittelleitung 13E strömt, verteilt, das verteilte Kältemittel strömt durch das Magnetventil 22 in die Kältemittelleitung 13F und strömt von der Kältemittelleitung 13B in das Innenexpansionsventil 8, und das restliche Kältemittel strömt durch das Außenexpansionsventil 6. Das heißt, der verteilte Teil des Kältemittels wird im Innenexpansionsventil 8 dekomprimiert und strömt dann in den Wärmeabsorber 9, um zu verdampfen.
Die Steuerung 32 steuert eine Ventilstellung des Innenexpansionsventils 8, um einen Überhitzungsgrad (SH) des Kältemittels in einem Auslass des Wärmeabsorbers 9 auf einem vorbestimmten Wert zu halten, aber das Wasser in der von dem Innengebläse 27 ausgeblasenen Luft koaguliert, um durch einen Wärmeabsorptionsbetrieb des Kältemittels, der in den Wärmeabsorber 9 zu dieser Zeit auftritt, an dem Wärmeabsorber 9 zu haften, und somit wird die Luft gekühlt und entfeuchtet. Das in die Kältemittelleitung 13J strömende verteilte restliche Kältemittel wird im Außenexpansionsventil 6 dekomprimiert und verdampft dann im Außenwärmetauscher 7.
Das im Wärmeabsorber 9 verdampfte Kältemittel strömt zur Kältemittelleitung 13C aus, um sich mit dem Kältemittel (dem Kältemittel vom Außenwärmetauscher 7) aus der Kältemittelleitung 13D zu verbinden, und strömt dann durch das Sperrventil 20 und den Akkumulator 12, um in den Kompressor 2 gesaugt zu werden, wodurch diese Zirkulation wiederholt wird. Die im Wärmeabsorber 9 entfeuchtete Luft wird in dem Prozess des Durchlaufens des Radiators 4, wodurch das Entfeuchten und Heizen des Fahrzeuginnenraums durchgeführt wird.
Die Steuerung 32 steuert die Drehzahl des Kompressors 2 auf der Basis des Sollradiatordrucks PCO, berechnet aus der Sollheizungstemperatur TCO, und des Radiatordrucks PCI (des hohen Drucks des Kältemittelkreislaufs R), detektiert durch den Radiatordrucksensor 47, und die Steuerung steuert die Ventilstellung des Außenexpansionsventils 6 auf der Basis der Temperatur (der Wärmeabsorbertemperatur Te) des Wärmeabsorbers 9, die durch den Wärmeabsorbertemperatursensor 48 detektiert wird.
Interner Zyklusbetrieb
Als nächstes wird der interne Zyklusbetrieb unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 zeigt die Strömung (durchgezogene Linienpfeile) des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs R im internen Zyklusbetrieb. Im internen Zyklusbetrieb schließt die Steuerung 32 das Außenexpansionsventil 6 in dem vorstehenden Zustand des Entfeuchtungs- und Heizbetriebs vollständig (eine vollständig geschlossene Stellung). Das Magnetventil 21 wird jedoch in einem geöffneten Zustand gehalten, und der Kältemittelauslass des Außenwärmetauschers 7 wird mit der Kältemittelansaugseite des Kompressors 2 in Verbindung gebracht. Das heißt, dieser interne Zyklusbetrieb ist ein Zustand, beidem das Außenexpansionsventil 6 unter der Steuerung des Außenexpansionsventils 6 im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb vollständig geschlossen ist, und daher kann dieser interne Zyklusbetrieb auch als ein Teil des Entfeuchtungs- und Heizbetriebs aufgefasst werden.
Das Außenexpansionsventil 6 ist jedoch geschlossen, wodurch das Einströmen des Kältemittels in den Außenwärmetauscher 7 gehemmt wird, und somit all das durch den Radiator 4 in die Kältemittelleitung 13E strömende kondensierte Kältemittel durch das Magnetventil 22 zur Kältemittelleitung 13F strömt. Anschließend strömt das durch die Kältemittelleitung 13F strömende Kältemittel von der Kältemittelleitung 13B, um zum Innenexpansionsventil 8 zu gelangen. Das Kältemittel wird im Innenexpansionsventil 8 dekomprimiert und strömt dann in den Wärmeabsorber 9, um zu verdampfen. Das Wasser in der von dem Innengebläse 27 ausgeblasenen Luft koaguliert, um durch den Wärmeabsorptionsbetrieb zu dieser Zeit am Wärmeabsorber 9 zu haften, und somit wird die Luft gekühlt und entfeuchtet.
Das im Wärmeabsorber 9 verdampfte Kältemittel strömt in die Kältemittelleitung 13C und strömt durch das Sperrventil 20 und den Akkumulator 12, um in den Kompressor 2 gesaugt zu werden, wodurch sich diese Zirkulation wiederholt. Die im Wärmeabsorber 9 entfeuchtete Luft wird in dem Prozess des Durchlaufens des Radiators 4 wiedererwärmt, wodurch das Entfeuchten und Heizen des Fahrzeuginnenraums durchgeführt wird, aber in diesem internen Zyklusbetrieb zirkuliert das Kältemittel zwischen dem Radiator 4 (Wärmeabstrahlung) und dem Wärmeabsorber 9 (Wärmeaufnahme), die in dem Luftströmungskanal 3 auf einer Innenseite vorhanden sind, und somit wird die Wärme nicht von der Außenluft heraufgepumpt, sondern die Heizfähigkeit wird für einen Leistungsverbrauch des Kompressors 2 aufgeboten. Die gesamte Menge des Kältemittels strömt durch den Wärmeabsorber 9, der einen Entfeuchtungsbetrieb ausübt, und somit wird im Vergleich mit dem obigen Entfeuchtungs- und Heizbetrieb eine Entfeuchtungsfähigkeit höher, aber die Heizfähigkeit geringer.
Außerdem wird das Außenexpansionsventil 6 geschlossen, aber das Magnetventil 21 wird geöffnet, und der Kältemittelauslass des Außenwärmetauschers 7 steht im Austausch mit der Kältemittelansaugseite des Kompressors 2. Daher strömt das flüssige Kältemittel im Außenwärmetauscher 7 durch die Kältemittelleitung 13D und das Magnetventil 21 zur Kältemittelleitung 13C und wird zum Akkumulator 12 zurückgewonnen, so dass der Außenwärmetauscher 7 einem Zustand des Gaskältemittels darin ausgesetzt wird. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Magnetventil 21 geschlossen ist, wird somit die Menge des im Kältemittelkreislauf R zirkulierten Kältemittels erhöht, wodurch es möglich wird, die Heizfähigkeit des Radiators 4 und die Entfeuchtungsfähigkeit des Wärmeabsorbers zu erhöhen.
Die Steuerung 32 steuert die Drehzahl des Kompressors 2 auf der Basis der Temperatur des Wärmeabsorbers 9 oder des zuvor erwähnten Radiatordrucks PCI (der hohe Druck des Kältemittelkreislaufs R). Gleichzeitig wählt die Steuerung 32 eine kleinere Kompressor-Solldrehzahl aus den Kompressor-Solldrehzahlen, die aus jeweils den Berechnungen aus der Temperatur des Wärmeabsorbers 9 und aus dem Radiatordruck PCI gewonnen werden können, aus, um den Kompressor 2 zu steuern.
Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb
Als nächstes wird der Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 zeigt die Strömung (durchgezogene Linienpfeile) des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs R in Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb. Im Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb öffnet die Steuerung 32 das Außenexpansionsventil 6 und das Innenexpansionsventil 8, um jeweils einen Zustand der Dekompressionssteuerung des Kältemittels auszuführen, und schließt das Magnetventil 21.
Außerdem schließt die Steuerung das Magnetventil 22. Dann betreibt die Steuerung den Kompressor 2 und die jeweiligen Gebläse 15 und 27, und die Luftmischklappe 28 weist einen Zustand des Anpassens eines Verhältnisses, zu dem die von dem Innengebläse 27 ausgeblasene Luft durch den Radiator 4 zu leiten ist, auf. Infolgedessen strömt das von dem Kompressor 2 abgeführte Hochtemperatur-Hochdruck-Gaskältemittel in den Radiator 4. Die Luft im Luftströmungskanal 3 durchläuft den Radiator 4, und somit wird die Luft im Luftströmungskanal 3 durch das Hochtemperatur-Kältemittel im Radiator 4 erwärmt. Andererseits weist das Kältemittel im Radiator 4 die durch die Luft aufgenommene Wärme auf und wird gekühlt, um zu kondensieren und zu verflüssigen.
Das aus dem Radiator 4 strömende Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 13E, um zum Außenexpansionsventil 6 zu gelangen, und strömt durch das Außenexpansionsventil 6, das gesteuert ist, um leicht zu öffnen, um in den Außenwärmetauscher 7 zu strömen. Das in den Außenwärmetauscher 7 strömende Kältemittel wird durch das Laufen darin oder die durch das Außengebläse 15 geleitete Außenluft gekühlt, um zu kondensieren. Das aus dem Außenwärmetauscher 7 strömende Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 13A und das Sperrventil 18, um in die Kältemittelleitung 13B einzutreten und das Innenexpansionsventil 8 zu erreichen. Das Kältemittel wird im Innenexpansionsventil 8 dekomprimiert und strömt anschließend in den Wärmeabsorber 9, um zu verdampfen. Das Wasser in der von dem Innengebläse 27 ausgeblasenen Luft koaguliert, um durch den Wärmeabsorptionsbetrieb zu dieser Zeit an dem Wärmeabsorber 9 zu haften, und somit wird die Luft gekühlt und entfeuchtet.
Das im Wärmeabsorber 9 verdampfte Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 13C, um das Sperrventil 20 zu erreichen, und strömt dann durch den Akkumulator 12, um in den Kompressor 2 gesaugt zu werden, wodurch diese Zirkulation wiederholt wird. Die im Wärmeabsorber 9 gekühlte und entfeuchtete Luft wird im Prozess des Durchlaufens des Radiators 4 (Wiedererwärmung: eine Abstrahlungsfähigkeit ist geringer als die während des Heizens) wiedererwärmt, wodurch das Entfeuchten und Kühlen des Fahrzeuginnenraums ausgeführt wird.
Die Steuerung 32 steuert basierend auf der Temperatur (der Wärmeabsorbertemperatur Te) des Wärmeabsorbers 9, die durch den Wärmeabsorbertemperatursensor 48 detektiert wird, und einer Sollwärmeabsorbertemperatur TEO, die ihr Sollwert ist, die Drehzahl des Kompressors 2, um die Wärmeabsorbertemperatur Te auf die Sollwärmeabsorbertemperatur TEO einzustellen, und steuert basierend auf dem Radiatordruck PCI (der hohe Druck des Kältemittelkreislaufs R), der durch den Radiatordrucksensor 47 detektiert wird, und dem Sollradiatordruck PCO (der Sollwert des Radiatordrucks PCI), berechnet aus der Sollheizungstemperatur TCO, die Ventilstellung des Außenexpansionsventils 6, um den Radiatordruck PCI auf den Sollradiatordruck PCO einzustellen, wodurch eine erforderliches Maß an Wiedererwärmung durch den Radiator 4 erreicht wird.
Kühlbetrieb
Als nächstes der Kühlbetrieb unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 zeigt die Strömung (durchgezogene Linienpfeile) des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs R im Kühlbetrieb.
Im Kühlbetrieb öffnet die Steuerung 32 im Kühlmodus das das Außenexpansionsventil 6 in dem obigen Zustand des Entfeuchtungs- und Kühlbetriebs vollständig (vollständig geöffnete Stellung). Es ist anzumerken, dass die Luftmischklappe 28 einen Zustand des Anpassens des Verhältnisses, zu dem die Luft durch den Radiator 4 zu leiten ist, aufweist.
Infolgedessen strömt das von dem Kompressor 2 abgeführte Hochtemperatur-Hochdruck-Gaskältemittel in den Radiator 4. Die Luft im Luftströmungskanal 3 durchläuft den Radiator 4, aber ihr Anteil wird klein (wegen des lediglichen Wiedererwärmens während des Kühlens). Das Kältemittel durchläuft daher nur den Radiator 4, und das aus dem Radiator 4 strömende Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 13E, um zum Außenexpansionsventil 6 zu gelangen. Zu dieser Zeit ist das Außenexpansionsventil 6 vollständig geöffnet, und das Kältemittel durchläuft somit die Kältemittelleitung 13J und strömt unverändert in den Außenwärmetauscher 7, in dem das Kältemittel durch das Laufen darin oder durch die durch das Außengebläse 15 geleitete Außenluft gekühlt wird, um zu kondensieren und zu verflüssigen. Das aus dem Außenwärmetauscher 7 strömende Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 13A und das Sperrventil 18, um in die Kältemittelleitung 13B einzutreten und das Innenexpansionsventil 8 zu erreichen. Das Kältemittel wird im Innenexpansionsventil 8 dekomprimiert und strömt anschließend in den Wärmeabsorber 9, um zu verdampfen. Das Wasser in der vom Innengebläse 27 ausgeblasenen Luft koaguliert, um durch den Wärmeabsorptionsbetrieb zu dieser Zeit am Wärmeabsorber 9 zu haften, und somit wird die Luft gekühlt.
Das im Wärmeabsorber 9 verdampfte Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 13C, um durch das Sperrventil 20 den Akkumulator 12 zu erreichen, und strömt hindurch, um in den Kompressor 2 gesaugt zu werden, wodurch diese Zirkulation wiederholt wird. Die im Wärmeabsorber 9 gekühlte und entfeuchtete Luft wird aus dem Auslass 29 zum Fahrzeuginnenraum ausgeblasen, wodurch das Kühlen des Fahrzeuginnenraums ausgeführt wird. In diesem Kühlbetrieb steuert die Steuerung 32 die Drehzahl des Kompressors 2 auf der Basis der Temperatur (der Wärmeabsorbertemperatur Te) des Wärmeabsorbers 9, die durch den Wärmeabsorbertemperatursensor 48 detektiert wird.
Ändern des Klimatisierungsbetriebs
Die Steuerung 32 berechnet die vorgenannte Sollauslasstemperatur TAO aus der folgenden Formel (I). Die Sollauslasstemperatur TAO ist ein Sollwert der Temperatur der aus dem Auslass 29 zum Fahrzeuginnenraum auszublasenden Luft. $TAO = (Tset - Tin) \times K + Tbal (f (Tset, SUN, Tam))$
wobei Tset eine vorbestimmte Temperatur des Fahrzeuginnenraums ist, die durch den Klimatisierungsbetriebsabschnitt 53 gesetzt wird, Tin eine Temperatur der Fahrzeuginnenraumluft ist, die durch einen Innenlufttemperatursensor 37 detektiert wird, K ein Koeffizient ist und Tbal ein Ausgleichswert ist, berechnet aus der vorbestimmten Temperatur Tset, der Sonneneinstrahlungsmenge SUN, detektiert durch den Sonneneinstrahlungssensor 51, und der Außenlufttemperatur Tam, detektiert durch den Außenlufttemperatursensor 33. Zudem wird die Sollauslasstemperatur TAO generell umso höher je geringer die Außenlufttemperatur Tam ist, und je höher die Außenlufttemperatur Tam ist, desto geringer wird die Sollauslasstemperatur TAO.
Die Steuerung 32 wählt dann einen Klimatisierungsbetrieb der obigen jeweiligen Klimatisierungsbetriebe auf der Basis der Außenlufttemperatur Tam, detektiert durch den Außenlufttemperatursensor 33, und der Sollauslasstemperatur TAO zu Beginn. Nach dem Beginn wählt und ändert die Steuerung 32 zudem die obigen jeweiligen Klimatisierungsbetrieb gemäß der Änderungen der Umgebung und Einstellungsbedingungen, wie der Außenlufttemperatur Tam und der Sollauslasstemperatur TAO.
Steuerung der ersten und zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62
Als nächstes wird die Steuerung der ersten und zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62, die durch die Steuerung 32 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 beschrieben. Wie vorstehend beschrieben, wird die Lade-/Entladeleistung der Batterie 55 unter einer Niedrigtemperaturumgebung reduziert. Wenn die Batterie 55 ein Laden/Entladen unter einer Umgebung, in der die Temperatur der Batterie aufgrund ihrer Eigenwärmeerzeugung oder dergleichen hoch wird, durchführt, schreitet zudem ihre Verschlechterung voran.
Somit steuert die Steuerung 32 im Wesentlichen basierend auf der Temperatur (der Batterietemperatur Tb) der Batterie 55 (der Wärmeerzeugungsvorrichtung), die durch den Batterietemperatursensor 76 detektiert wird, die ersten und zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62, wie später beschrieben wird, um die Batterietemperatur Tb anzupassen, um in einem Betriebstemperaturbereich zu sein, der größer als oder gleich einer vorbestimmten unteren Betriebsgrenztemperatur BL (beispielsweise 0°C) und kleiner als oder gleich einer oberen Betriebsgrenztemperatur BH (beispielsweise +40°C) ist. Da jedoch die erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 mit einer Wärmemediumheizheizung 66 versehen ist, wird die Heizunterstützung des Fahrzeuginnenraums unter Verwendung der Wärmemediumheizheizung 66 in einer Situation durchgeführt, in der die Heizfähigkeit durch den Radiator 4 bei einer geringen Außenlufttemperatur oder dergleichen knapp wird.
Heizunterstützungsbetrieb
Zunächst wird der durch die Steuerung 32 im Heizbetrieb der 3 ausgeführte Heizunterstützungsbetrieb unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Im Heizbetrieb (3) berechnet die Steuerung 32 eine erforderliche Heizfähigkeit Qtgt, die die erforderliche Heizfähigkeit des Fahrzeuginnenraums für den Radiator 4 ist, und eine Heizfähigkeit Qhp, die durch den Radiator 4 beispielsweise unter Verwendung der folgenden Gleichungen (II) und (III) erzeugbar ist. $Qtgt = (TCO - Te) \times Cpa \times ρ \times Qair$
$Qhp = f (Tam, NC, BLV, VSP, FANVout, Te)$
wobei Te eine Temperatur des Wärmeabsorbers 9 ist, die durch den Wärmeabsorbertemperatursensor 48 detektiert wird, Cpa eine spezifische Wärme der Luftströmung in den Radiator 4 [kj/kg K] ist, ρ eine Dichte der Luftströmung in den Radiator 4 (spezifisches Volumen) [kg/m³] ist, Qair eine Menge der den Radiator 4 durchlaufenden Luft [m³/h] ist (abgeschätzt aus der Gebläsespannung BLV des Innengebläses 27, etc.), VSP eine von dem Geschwindigkeitssensor 52 gewonnen Geschwindigkeit ist und FANVout eine Spannung des Außengebläses 15 ist.
Dann, wenn eine Situation, unter der die berechnete erforderliche Heizfähigkeit Qtgt größer als die durch den Radiator 4 erzeugbare Heizfähigkeit Qhp wird (Qhp<Qtgt) und die Heizfähigkeit des Radiators 4 knapp wird, aufgetreten ist, öffnet die Steuerung 32 das Magnetventil 22 und gibt das Hilfsexpansionsventil 73 frei, um das Kältemittel auf seinen dekompressionsgesteuerten Zustand einzustellen. Infolgedessen wird ein Teil des Kältemittels, das aus dem Radiator 4 strömt und durch den Kältemittelkreislauf 13E fließt, zur Kältemittelleitung 13F verteilt, wie durch die durchgezogenen Linienpfeile in 8 angezeigt, und das restliche Kältemittel wird im Außenexpansionsventil 6 dekomprimiert und strömt dass in den Außenwärmetauscher 7, um zu verdampfen und Wärme aus der Außenluft aufzunehmen. Andererseits wird das zur Kältemittelleitung verteilte Kältemittel im Hilfsexpansionsventil 73 dekomprimiert und strömt anschließend in den Kältemittelströmungskanal 64A des Drei-Medien-Wärmetauschers 64, um darin zu verdampfen. Dieses Kältemittel absorbiert Wärme von dem ersten Wärmemedium, das während Vorgangs des Strömens durch den Kältemittelströmungskanal 64A durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B strömt, und strömt dann durch den Akkumulator 12, um in den Kompressor 2 gesaugt zu werden.
In Bezug auf die Steuerung 32 betreibt andererseits die Steuerung 32 die Zirkulationspumpe 63 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 (AN) und stoppt die Zirkulationspumpe 68 der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 (AUS), wenn die durch den Batterietemperatursensor 76 detektierte Batterietemperatur Tb größer als oder gleich der unteren Betriebsgrenztemperatur TL (TL<Tb) ist, aber kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Wert Tout1 (beispielsweise etwa +10°C) der Temperatur (Auslasswärmemediumtemperatur Tout) des ersten Wärmemediums auf der Auslassseite des ersten Wärmemediumströmungskanals 64B (der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A) des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 ist, was ein Kriterium zur Bestimmung wird, ob die Abwärme der Batterie 55 zur Seite des Kältemittelkreislaufs R zurückgewonnen werden kann (Tb<Tout1).
Somit wird das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 in der Wärmemediumleitung 67 zirkuliert, wie durch die gestrichelten Linien in 8 angezeigt, und die Zirkulation des zweiten Wärmemediums in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 wird angehalten. Zudem aktiviert die Steuerung 32 die Wärmemediumheizheizung 66, um Wärme zu erzeugen (AN). Das in der Wärmemediumheizheizung 66 erwärmte erste Wärmemedium wird in die Zirkulationspumpe 63 gesaugt, und das von der Zirkulationspumpe 63 abgeführte Wärmemedium strömt in den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64, wodurch ein Wärmeaustausch mit dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs R, das durch den Kältemittelströmungskanal 64A strömt, durchgeführt wird.
Das im Kältemittelströmungskanal 64A des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 verdampfte Kältemittel pumpt die Wärme des durch die Wärmemediumheizheizung 66 erwärmten ersten Wärmemediums hoch. Infolgedessen wird die Menge der Wärmeerzeugung der Wärmemediumheizheizung 66 auf den Radiator 4 übertragen und der Menge der von der Außenluft in den Außenwärmetauscher hochgepumpten Wärme hinzugefügt, um die Heizfähigkeit des Fahrzeuginnenraums zu ergänzen. Beispielsweise steuert die Steuerung 32 die Aktivierung der Wärmemediumheizheizung 66 auf der Basis der Differenz (Qtgt-Qhp) zwischen der erforderlichen Heizfähigkeit Qtgt und der Heizfähigkeit Qhp unter Verwendung der folgenden Gleichung (IV). $Qech = Qtgt - Qhp$
Im Übrigen ist das vorstehende Qech eine erforderliche Leistung (die Menge der Wärmeerzeugung) der Wärmemediumheizheizung 66. Somit wird eine Mindermenge der Heizfähigkeit Qhp im Hinblick auf die erforderliche Heizfähigkeit Qtgt unterstützt (ergänzt). Der Fahrzeuginnenraum wird komfortabel geheizt, und eine Vereisung des Außenwärmetauschers 7 wird zudem unterdrückt.
Da zu diesem Zeitpunkt die Zirkulationspumpe 68 der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung gestoppt wird und das zweite Wärmemedium nicht zur Batterie 55 zirkuliert wird, absorbiert das erste Wärmemedium, das durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 strömt, Wärme von der Batterie 55 durch das zweite Wärmemedium, und es wird auch vermieden, dass die Temperatur des ersten Wärmemediums abgesenkt wird.
Das heißt, bei Ausführung des Heizunterstützungsbetriebs durch die Wärmemediumheizheizung 66, wenn die Batterietemperatur Tb niedrig, aber größer als oder gleich der unteren Betriebsgrenztemperatur TL (TL<Tb) ist und die Batterie 55 nicht geheizt werden muss, wird die Zirkulationspumpe 63 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 betrieben und die Zirkulationspumpe 68 der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 wird angehalten, wodurch es möglich wird, einen Nachteil, dass das durch die Wärmemediumheizheizung 66 erwärmte erste Wärmemedium durch einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55 über das zweite Wärmemedium in seiner Temperatur gesenkt wird, zu verhindern und im Voraus einen Nachteil zu vermeiden, dass eine zur Wärmeleistung der Batterie 55 korrespondierende sinnlose Leistung in der Wärmemediumheizheizung 66 verbraucht wird, wodurch ein effizienter Heizunterstützungsbetrieb realisiert werden kann.
Da die Steuerung 32 bestimmt, dass es nicht erforderlich ist, die Batterie zu heizen, wenn die Temperatur (die Batterietemperatur Tb) der Batterie 55 größer als oder gleich der unteren Betriebsgrenztemperatur TL ist, ist es in der Ausführungsform insbesondere möglich, akkurat zu bestimmen, dass kein Erfordernis besteht, die Batterie 55 zu heizen, und dadurch den Betrieb der jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 zu steuern.
Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb
Anderseits, beispielsweise wenn die Batterietemperatur Tb durch Laden/Entladen ansteigt (es wird angenommen, dass sie höher als die untere Betriebsgrenztemperatur TL ist) und höher wird als der vorbestimmte Wert Tout1 der Temperatur (der Auslasswärmemediumtemperatur Tout) des ersten Wärmemediums auf der Auslassseite des ersten Wärmemediumströmungskanals 64B (der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A) des vorstehend beschriebenen Drei-Medien-Wärmetauschers 64 (Tout1 <Tb) in einem Zustand, in dem beispielsweise der vorgenannte Heizbetrieb der 3 und der vorstehend beschriebene Heizunterstützungsbetrieb der 8 ausgeführt werden, bestimmt die Steuerung 32 die Abwärme der Batterie 55 als rückgewinnbar und geht zum Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb über. 9 ist ein Diagramm, das diesen Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb beschreibt. Im Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb betreibt die Steuerung 32 die Zirkulationspumpe 63 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 und die Zirkulationspumpe 68 der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 (AN) und aktiviert die Wärmemediumheizheizung 66, um Wärme zu erzeugen (AN). Wenn der Heizbetrieb durchgeführt wird, öffnet die Steuerung 32 zudem das Magnetventil 22 wie im vorgenannten Fall des Heizunterstützungsbetriebs und gibt das Hilfsexpansionsventil 73 frei, um das Kältemittel auf seinen dekompressionsgesteuerten Zustand einzustellen.
Infolgedessen wird ein Teil des Kältemittels, dass aus dem Radiator 4 strömt und durch den Kältemittelkreislauf 13E fließt, zur Kältemittelleitung 13F verteilt, wie durch durchgezogene Linienpfeile in 9 angezeigt, und das restliche Kältemittel wird im Hilfsexpansionsventil 73 dekomprimiert und strömt dann in den Kältemittelströmungskanal 64A des Der-Medien-Wärmetauschers 64, um darin zu verdampfen. Dieses Kältemittel absorbiert während des Durchströmens des Kältemittelströmungskanals 64A Wärme von dem durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B strömenden ersten Wärmemedium und strömt dann durch den Akkumulator 12, um in den Kompressor 2 gesaugt zu werden.
Andererseits strömt das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64, wie durch gestrichelte Linienpfeile in 9 angezeigt, und wird anschließend in der Wärmemediumheizheizung 66 erwärmt, gefolgt davon, in die Zirkulationspumpe 63 gesaugt zu werden. Das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 strömt außerdem durch den zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C des Drei-Medien-Wärmetauschers 64, wie durch gestrichelte Linienpfeile in derselben Figur angezeigt, und strömt dann durch die Batterie 55, um in die Zirkulationspumpe 68 gesaugt zu werden.
In dem Drei-Medien-Wärmetauscher 64 nimmt das durch den Kältemittelströmungskanal 64A strömende Kältemittel Wärme vom durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B strömenden ersten Wärmemedium auf. Das durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B strömende Wärmemedium nimmt Wärme von dem durch den zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C strömenden zweiten Wärmemedium auf. Anschließend strömt das aus dem zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C strömende zweite Wärmemedium durch die Batterie 55, um einen Wärmetausch durchzuführen, wodurch Wärme von der Batterie 55 absorbiert wird, wobei die Batterie im Gegenzug durch das zweite Wärmemedium gekühlt wird.
Im Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb steuert zum Zeitpunkt, zu dem der vorstehende Heizunterstützungsbetrieb der 8 ausgeführt wird, die Steuerung 32 die Energieversorgung der Wärmemediumheizheizung 66 beispielsweise unter Verwendung der folgenden Gleichung (V). $Qech = (Qtgt - Qhp) - (Tb - Tout 1) \times k 1 \times 2$
wobei k1 eine spezifische Wärme des in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 zirkulierten ersten Wärmemediums ist [kj/kg K] und k2 eine Durchflussmenge des ersten Wärmemediums ist [m³/h]. Es wird angenommen, dass diese auch in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 ähnlich sind. Im Übrigen ist anzumerken, dass die Wärmeaustauscheffizienz und andere Faktoren in den jeweiligen Wärmemediumwärmeaustauscheinheiten 65A und 65B sogar auch berücksichtigt werden.
Im Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb steuert somit die Steuerung 32 die Energieversorgung der Wärmemediumheizheizung 66 so, dass eine Wärmemenge erzeugt wird, die durch Subtraktion einer Wärmemenge, die zur Erwärmung des ersten Wärmemediums durch die Batterie 55 durch das zweite Wärmemedium korrespondiert, von der Wärmemenge, die durch das in dem ersten Wärmemediumströmungskanal 64B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 verdampfte Kältemittel hochgepumpt wird. Das heißt, die Abwärme der Batterie 55 wird auch durch die durch das Kältemittel gepumpten ersten und zweiten Wärmemedien an den Drei-Medien-Wärmetauscher 64 übertragen und trägt zur Heizung des Fahrzeuginnenraums bei. Die Menge der Wärmeerzeugung der Wärmemediumheizheizung 66 wird durch die Abwärme der Batterie 5 reduziert, um eine Energieeinsparung zu erreichen.
Im Batterieabwärmerückgewinnungsbetrieb während der Ausführung des Heizbetriebs der 3, bei dem die durch den Radiator 4 erzeugbare Heizfähigkeit Qhp der erforderlichen Heizfähigkeit Qtgt (Qtgt≤Qhp) erfüllt, stoppt die Steuerung 32 im Übrigen die Energieversorgung der Wärmemediumheizheizung 66 ungeachtet der vorstehenden Gleichung (V) während des Betriebs der Zirkulationspumpen 63 und 68 (AUS). Das heißt, nur die Abwärme der Batterie 55 wird genutzt, um die Heizunterstützung durch den Radiator 4 durchzuführen, wodurch der energiesparendste Zustand erreicht wird.
Wenn die Abwärme der Batterie 55 zurückgewonnen werden kann, lässt die Steuerung 32, wie vorstehend beschrieben, das von dem Kompressor 2 abgeführte Kältemittel Wärme im Radiator 4 abstrahlen, dekomprimiert das abgestrahlte Kältemittel und lässt dann das Kältemittel im Außenwärmetauscher 7 und Kältemittelströmungskanal 64A (der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A) Wärme absorbieren. Des Weiteren zirkuliert die Steuerung das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 und zirkuliert das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62. Es ist daher möglich, das Kältemittel zu veranlassen, die Abwärme der Batterie 55 durch das zweite Wärmemedium und das erste Wärmemedium nacheinander hochzupumpen, und die Heizklimatisierung des Fahrzeuginnenraums durch effektive Nutzung der Abwärme der Batterie 55 effizient durchzuführen. Außerdem kann der Temperaturanstieg der Batterie 55 ebenfalls unterdrückt werden, und die Vereisung des Außenwärmetauschers 7 kann auch unterdrückt werden.
Auch in diesem Fall bestimmt die Steuerung 32 in der Ausführungsform, wenn die Batterietemperatur Tb höher als der vorbestimmte Wert Tout1 der Temperatur (der Auslasswärmemediumtemperatur Tout) des ersten Wärmemediums an der Auslassseite des ersten Wärmemediumströmungskanals 64B (der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A) ist, was ein Kriterium zur Bestimmung wird, ob die Abwärme von der Batterie 55 zurückgewonnen werden kann oder nicht, die Abwärme der Batterie 55 als rückgewinnbar. Es ist daher möglich, akkurat zu bestimmen, dass die Abwärme der Batterie 55 rückgewonnen werden kann, und dadurch den Betrieb jeder der Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 zu steuern. Wenn die Batterietemperatur Tb kleiner als der vorbestimmte Wert Tout1 wird, führt die Steuerung 32 im Übrigen den Heizunterstützungsbetrieb aus, bei dem die Wärmemediumheizheizung 66 nach der vorstehenden Gleichung (IV) wieder mit Energie versorgt wird, oder wird auf den Heizbetrieb der 3 zurückgesetzt.
Batterieheizbetrieb
Als nächstes wird der durch die Steuerung 32 ausgeführte Batterieheizbetrieb beschrieben. Wenn die durch den Batterietemperatursensor 76 detektierte Batterietemperatur Tb geringer als die untere Betriebsgrenztemperatur TL ist (Tb<TL), bestimmt die Steuerung 32, dass die Batterie 55 geheizt werden muss und betreibt dadurch die Zirkulationspumpen 63 und 68 der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 und der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 (AN) und aktiviert die Wärmemediumheizheizung 66, um Wärme zu erzeugen (AN).
Folglich strömt das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64, wie durch die gestrichelten Linienpfeile in 9 angezeigt, wie im Falle des vorstehend beschriebenen Batterieabwärmerückgewinnungsbetriebs, und wird anschließend durch die Wärmemediumheizheizung 66 erwärmt, gefolgt davon, in die Zirkulationspumpe 63 gesaugt zu werden. Zudem strömt auch das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 durch den zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C des Drei-Medien-Wärmetauschers 64, wie durch die gestrichelten Linienpfeile in derselben Figur angezeigt, und strömt dann durch die Batterie, um in die Zirkulationspumpe 68 gesaugt zu werden.
In dem Drei-Medien-Wärmetauscher 64 absorbiert das durch den Kältemittelströmungskanal strömende Kältemittel Wärme von dem durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B strömenden ersten Wärmemedium, und das durch den zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C strömende zweite Wärmemedium absorbiert ebenfalls Wärme von dem durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B strömenden ersten Wärmemedium, anschließend strömt das aus dem zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C strömende zweite Wärmemedium in die Batterie 55, um Wärme auszutauschen, wodurch die Batterie 55 geheizt wird.
Im Batterieheizbetrieb steuert die Steuerung 32, wenn der vorstehend beschriebene Heizunterstützungsbetrieb der 8 ausgeführt wird, die Bestromung der Wärmemediumheizheizung 66 beispielsweise unter Verwendung der folgenden Gleichung (VI). $Qech = (Qtgt - Qhp) - (TL - Tb) \times k 1 \times k 2$
wobei entsprechend k1 eine spezifische Wärme [kj/kg K] des in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 zirkulierten ersten Wärmemediums ist und k2 eine Durchflussmenge des ersten Wärmemediums ist [m³/h]. Es wird angenommen, dass diese auch in Bezug auf die zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 ähnlich sind. Übrigens wird auch in diesem Fall davon ausgegangen, dass die Wärmeaustauscheffizienz und andere Faktoren in den jeweiligen Wärmemediumwärmeaustauscheinheiten 65A und 65B auch tatsächlich berücksichtigt werden. Mit anderen Worten, steuert die Steuerung 32 im Batterieheizbetrieb die Energieversorgung der Wärmemediumheizheizung 66 so, dass die Wärmemenge zum Anstieg der Temperatur der Batterie 55 auf die untere Betriebsgrenztemperatur TL zusätzlich zu der Wärmemenge erzeugt wird, die durch das im Kältemittelströmungskanal 64A verdampfte Kältemittel hochgepumpt wird, wenn das erste Wärmemedium durch den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 strömt.
Wenn der Heizbetrieb der 3 durchgeführt wird, bei dem die Heizfähigkeit Qhp, die durch den Radiator 4 erzeugt werden kann, die erforderliche Heizfähigkeit Qtgt erfüllt (Qtgt≤Qhp), und in dem anderen Betrieb als dem Heizunterstützungsbetrieb und dem Heizbetrieb oder dem Batterieheizbetrieb, wenn der Kompressor 2 angehalten wird, steuert die Steuerung 32 im Übrigen die Energieversorgung der Wärmemediumheizheizung 66 unter Verwendung der folgenden Gleichung (VII) ungeachtet der vorstehenden Gleichung (VI). $Qech = (TL - Tb) \times k 1 \times k 2$
wobei entsprechend k1 eine spezifische Wärme [kj/kg K] des in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 zirkulierten ersten Wärmemediums ist und k2 eine Durchflussmenge des ersten Wärmemediums ist [m³/h]. Dasselbe trifft auch auf die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 in Bezug auf diese zu. Auch in diesem Fall werden im Übrigen die Wärmeaustauscheffizienz und andere Faktoren in den jeweiligen Wärmemediumwärmeaustauscheinheiten 65A und 65B als tatsächlich berücksichtigt angenommen. Das heißt, die Wärmeerzeugungsmenge wird auf einen Zustand eingestellt, in dem sie nur zur Heizung der Batterie 55 erzeugt wird.
Wenn die Batterie 55 geheizt werden muss, erwärmt die Steuerung 32 somit das erste Wärmemedium durch die Wärmemediumheizheizung 66, um das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 zu zirkulieren und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 zu zirkulieren. Es ist daher möglich, das zweite Wärmemedium durch das durch die Wärmemediumheizheizung 66 erwärmte erste Wärmemedium zu erwärmen und die Batterie 55 durch das so erwärmte zweite Wärmemedium ungehindert zu heizen.
Auch in diesem Fall bestimmt die Steuerung 32 in der Ausführungsform, dass die Batterie 55 geheizt werden muss, wenn die Temperatur der Batterie 55 kleiner als die untere Betriebsgrenztemperatur TL ist. Es ist daher möglich, akkurat zu bestimmen, dass die Batterie 55 geheizt werden muss, und den Betrieb jeder der Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 zu steuern.
Wenn die Batterietemperatur Tb größer als oder gleich der unteren Betriebsgrenztemperatur TL wird, beendet die Steuerung 32 im Übrigen den Batterieheizbetrieb und kehrt zum anderen vorstehend beschrieben Betrieb (Heizbetrieb, Heizunterstützungsbetrieb, etc.) zurück oder stoppt die Bestromung der Wärmemediumheizheizung 66 und den Betrieb des Kompressors 2 und der Zirkulationspumpen 63 und 68.
Batteriekühlbetrieb
Wenn hier die Batterietemperatur Tb aufgrund des Ladens/Entladens der Batterie 55 plötzlich ansteigt oder höher als die obere Betriebsgrenztemperatur TH wird (TH<Tb), bestimmt die Steuerung 32, dass es erforderlich ist, die Batterie 55 zu kühlen, und führt den Batteriekühlbetrieb aus. Als nächstes wird der Batteriekühlbetrieb unter Verwendung von 10 beschrieben.
In diesem Batteriekühlbetrieb schließt die Steuerung 32 das Außenexpansionsventil 6 und das Innenexpansionsventil 8 vollständig (vollständig geschlossene Stellung), öffnet das Magnetventil 22 und öffnet das Hilfsexpansionsventil 73, um das Kältemittel auf seinen dekompressionsgesteuerten Zustand einzustellen. Die Steuerung 32 betreibt dann den Kompressor 2. Zudem betriebt die Steuerung 32 die Zirkulationspumpen 63 und 68 der Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 und 62 (AN) und stoppt die Erwärmung des Wärmemediums durch die Wärmemediumheizheizung 66 (AUS). Somit strahlt das von dem Kompressor 2 abgeführte Kältemittel Wärme im Radiator 4 ab, und das gesamte in den Radiator 4 abgestrahlte Kältemittel wird durch das Hilfsexpansionsventil 73 dekomprimiert und tritt in den Kältemittelströmungskanal 64A des Drei-Medien-Wärmetauschers 64 ein, um zu verdampfen. Außerdem strömt das von der Zirkulationspumpe 62 abgeführte erste Wärmemedium in den ersten Wärmemediumströmungskanal 64B, in dem es Wärme vom Kältemittel aufnimmt und gekühlt wird, und geht, ohne von der Wärmemediumheizheizung erwärmt zu werden, hindurch, um in die Zirkulationspumpe 63 gesaugt zu werden. Des Weiteren strömt das von der Zirkulationspumpe 68 abgeführte zweite Wärmemedium in den zweiten Wärmemediumströmungskanal 64C, in dem es Wärme von dem ersten Wärmemedium aufnimmt und gekühlt wird, und strömt dann in die Batterie 55. Das zweite Wärmemedium absorbiert Wärme von der Batterie 55 und wird gekühlt.
In diesem Batteriekühlbetrieb berechnet die Steuerung 32 basierend auf der durch den Batterietemperatursensor 76 detektierten Temperatur (der Batterietemperatur Tb) der Batterie 55 und der vorstehend beschriebenen oberen Betriebsgrenztemperatur TH eine erforderliche Batteriekühlfähigkeit Qbat, die die Kühlfähigkeit der Batterie 55 ist, die für die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 erforderlich ist, beispielsweise unter Verwendung der folgenden Gleichung (VIII). $Qbat = (Tb - TH) \times k 1 \times k 2$
wobei entsprechend k1 eine spezifische Wärme [kj/kg K] des in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 zirkulierten ersten Wärmemediums ist und k2 eine Durchflussmenge des ersten Wärmemediums ist [m³/h]. Dasselbe trifft auch auf die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 in Bezug auf diese zu. Auch in diesem Fall werden im Übrigen die Wärmeaustauscheffizienz und andere Faktoren in den jeweiligen Wärmemediumwärmeaustauscheinheiten 65A und 65B als tatsächlich berücksichtigt angenommen. Dann werden der Kompressor 2 und das Hilfsexpansionsventil 73 so gesteuert, dass die erforderliche Kühlfähigkeit Qbat erreicht wird.
Infolgedessen wird die Batterietemperatur Tb schnell gesenkt. In diesem Batteriekühlbetrieb beendet die Steuerung 32 im Übrigen den Batteriekühlbetrieb und kehrt zu einem anderen Betrieb (Heizbetrieb, Heizunterstützungsbetrieb, etc.) zurück, wenn die Batterietemperatur Tb auf die untere Betriebsgrenztemperatur oder unter diese verringert wird. Alternativ hält die Steuerung den Kompressor 2 und die Zirkulationspumpen 63 und 68 an.
Wenn die Batterie 55 gekühlt werden muss, wie vorstehend beschrieben, veranlasst die Steuerung 32 das von dem Kompressor 2 abgeführte Kältemittel dazu, Wärme im Radiator 4 abzustrahlen, und dekomprimiert das abgestrahlte Kältemittel und veranlasst anschließend das Kältemittel dazu, Wärme im Kältemittelströmungskanal 64A (der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A) zu absorbieren. In einem Zustand, in dem das Erwärmen des ersten Wärmemediums durch die Wärmemediumheizheizung 66 angehalten wird, zirkuliert die Steuerung darüber hinaus das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61 und zirkuliert das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62. Daher kann die Batterie 55 durch das durch Wärmeaustausch mit dem durch das Kältemittel gekühlten ersten Wärmemedium gekühlten zweite Wärmemedium ungehindert gekühlt werden.
Da die Steuerung 32 auch in diesem Fall in der Ausführungsform bestimmt, dass die Batterie 55 gekühlt werden muss, wenn die Batterietemperatur Tb höher als die obere Betriebsgrenztemperatur ist, ist es möglich, akkurat zu bestimmen, dass die Batterie 55 gekühlt werden muss und den Betrieb jeder der Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 zu steuern.
In der vorliegenden Erfindung werden, wie vorstehend ausführlich beschrieben, die ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 61, die das erste Wärmemedium in der Wärmemediumheizheizung 66 zur Erwärmung des ersten Wärmemediums zirkuliert, und die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62, die das zweite Wärmemedium in der Batterie 55 zirkuliert, bereitgestellt. Die erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A (der erste Wärmemediumströmungskanal 64B) zur Durchführung des Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und dem ersten Wärmemedium ist in der ersten Wärmezirkulationsvorrichtung 61 vorgesehen, und die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B (der zweite Wärmemediumströmungskanal 64C) zur Durchführung des Wärmeaustauschs zwischen dem ersten Wärmemedium und dem zweiten Wärmemedium ist in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 vorgesehen. Daher kann ein effizienter Klimatisierungsbetrieb durch Schalten zwischen dem Zustand, in dem das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung 62 zirkuliert wird, und dem Zustand, in dem das zweite Wärmemedium nicht zirkuliert wird, realisiert werden, ohne durch die Temperatur der Batterie 55 beeinflusst zu werden.
Da das zur Batterie 55 zirkulierte zweite Wärmemedium und Kältemittel über das durch die Wärmemediumheizheizung 66 erwärmte erste Wärmemedium Wärme austauschen, kann insbesondere der Einfluss der Temperatur der Batterie 55 akkurat verhindert oder gesteuert werden. Da Die Steuerung 32 darüber hinaus in dieser Ausführungsform die Betriebe der Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 basierend auf der Batterietemperatur Tb steuert, können die Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62 entsprechend gemäß dem Temperaturzustand der Batterie 55 gesteuert werden.
Außerdem wird in der Ausführungsform der Drei-Medien-Wärmetauscher 64 bereitgestellt, in den die erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65A und die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit 65B integriert sind. Daher kann die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 auch im begrenzten Einbauraum des Motorraums (auch wenn der Motor nicht montiert ist, wird der Raum, in dem die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung 1 und andere Ausstattung installiert werden, als Motorraum bezeichnet) des Fahrzeugs problemlos angeordnet werden.
Die in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen des Kältemittelkreislaufs R und der Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen 61 und 62, die numerischen Wert, wie die Temperaturen, und die Steuerungsfaktoren sind nicht darauf beschränkt und es versteht sich, dass diese in dem Umfang geändert werden können, der nicht vom Geist der vorliegenden Erfindung abweicht.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung
2: Kompressor
3: Luftströmungskanal
4: Radiator
6: Außenexpansionsventil
7: Außenwärmetauscher
8: Innenexpansionsventil
9: Wärmeabsorber
21, 22: Magnetventil
32: Steuerung (Steuerungsvorrichtung)
55: Batterie (Wärmeerzeugungsvorrichtung)
61: erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung
62: zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung
63,68: Zirkulationspumpe
64: Drei-Medien-Wärmetauscher
64A: Kältemittelströmungskanal
64B: erste Wärmemediumströmungskanal
64C: zweiter Wärmemediumströmungskanal
65A: erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit
65B: zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit
66: Wärmemediumheizheizung (Heizvorrichtung)
73: Hilfsexpansionsventil
R: Kältemittelkreislauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014 [0003]
JP 213765 [0003]
JP 5860360 [0003]

Claims

Eine Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung, die Luft eines Fahrzeuginnenraums klimatisiert, umfassend: einen Kompressor, um ein Kältemittel zu komprimieren; einen Luftströmungskanal, durch den die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft strömt; einen Radiator, um das Kältemittel Wärme abstrahlen zu lassen, wodurch die vom Luftströmungskanal dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft erwärmt wird; einen Außenwärmetauscher, der außerhalb des Fahrzeuginnenraums vorgesehen ist, um das Kältemittel Wärme absorbieren zu lassen; und eine Steuerungsvorrichtung, wobei die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung eine erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung umfasst, um ein erstes Wärmemedium in einer Heizvorrichtung zur Erwärmung des ersten Wärmemediums zirkulieren zu lassen, und eine zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung, um ein zweites Wärmemedium in einer an einem Fahrzeug befestigten Wärmeerzeugungsvorrichtung zirkulieren zu lassen, wobei die erste Wärmemediumzirkulationsvorrichtung eine erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit aufweist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem ersten Wärmemedium zu ermöglichen, und wobei die zweite Wärmemediumzirkulationsvorrichtung eine zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit aufweist, um einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Wärmemedium und dem zweiten Wärmemedium zu ermöglichen.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung einen Drei-Medien-Wärmetauscher umfasst, in dem die erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit und die zweite Wärmemediumwärmeaustauscheinheit integriert sind.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsvorrichtung die jeweiligen Wärmemediumzirkulationsvorrichtungen auf der Basis der Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung steuert.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerungsvorrichtung das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel Wärme im Radiator abstrahlen lässt, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, dekomprimiert, und anschließend das Kältemittel im Außenwärmetauscher und der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren lässt, und das erste Wärmemedium durch die Heizvorrichtung erwärmt, um das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren, und wobei die Steuerungsvorrichtung die Zirkulation des zweiten Wärmemediums in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung anhält, wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung nicht geheizt werden muss.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerungsvorrichtung bestimmt, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung nicht geheizt werden muss, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung größer als oder gleich einer vorbestimmten unteren Betriebsgrenztemperatur.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn es möglich ist, Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung zurückzugewinnen, die Steuerungsvorrichtung das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Radiator Wärme abstrahlen lässt, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, dekomprimiert, und anschließend das Kältemittel im Außenwärmetauscher und der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren lässt, und wobei die Steuerungsvorrichtung das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung höher als ein vorbestimmter Wert der Temperatur des ersten Wärmemediums auf der Auslassseite der erste Wärmemediumwärmeaustauscheinheit ist, was zu einem Kriterium für die Bestimmung wird, ob die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung rückgewinnbar ist oder nicht, die Steuerungsvorrichtung die Abwärme der Wärmeerzeugungsvorrichtung als rückgewinnbar bestimmt.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei, wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung geheizt werden muss, die Steuerungsvorrichtung das erste Wärmemedium durch die Heizvorrichtung erwärmt, um das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zu zirkulieren.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerungsvorrichtung bestimmt, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung geheizt werden muss, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung niedriger als eine vorbestimmte untere Betriebsgrenztemperatur ist.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei, wenn die Wärmeerzeugungsvorrichtung gekühlt werden muss, die Steuerungsvorrichtung das aus dem Kompressor abgeführte Kältemittel im Radiator Wärme abstrahlen lässt, das Kältemittel, von dem die Wärme abgestrahlt wurde, dekomprimiert, und anschließend das Kältemittel in der ersten Wärmemediumwärmeaustauscheinheit Wärme absorbieren lässt, und wobei die Steuerungsvorrichtung in einem Zustand, in dem die Erwärmung des ersten Wärmemediums durch die Heizvorrichtung angehalten wird, das erste Wärmemedium in der ersten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt und das zweite Wärmemedium in der zweiten Wärmemediumzirkulationsvorrichtung zirkulieren lässt.
Die Fahrzeugklimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuerungsvorrichtung bestimmt, dass die Wärmeerzeugungsvorrichtung gekühlt werden muss, wenn die Temperatur der Wärmeerzeugungsvorrichtung höher als eine vorbestimmte obere Betriebsgrenztemperatur ist.