DE112020002409T5 - Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

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heat exchanger
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heating
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DE112020002409.1T
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Takefumi Tomiya
Tetsuya Ishizeki
Takayuki Matsumura
Kentaro MORIYA
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Sanden Corp
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Sanden Automotive Climate Systems Corp
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Abstract

Die Bereitstellung einer Fahrzeugklimaanlage, die die Abwärmerückgewinnung von einem wärmeerzeugenden Gerät mit einer relativ einfachen Ausbildung steuern kann.
[Mittel zu Lösen]
Der Controller 32 der Fahrzeugklimaanlage 1 bewirkt, dass auf der Basis der Temperatur Tcell der Batterie 55 oder der Heizmitteltemperatur Tw, die die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts 55 anzeigt, und der Außenlufttemperatur Tam mindestens einer des externen Wärmetauschers 7 und des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 ausgewählt wird, und nach der Verringerung des Drucks des Kältemittels mit der im Wärmeableiter 4 abgeleiteten Wärme die Wärme in dem ausgewählten externen Wärmetauscher 7 und/oder Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 absorbiert wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage der Wärmepumpenart.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Die in den letzten Jahren immer offensichtlicher werdende Umweltproblematik führt dazu, dass Fahrzeuge wie Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge weit verbreitet sind, in denen ein zum Fahren dienender Motor angetrieben wird, der von einer im Fahrzeug installierten Batterie mit elektrischem Strom versorgt wird. Als Klimaanlage, die auf derartige Fahrzeuge angewendet werden kann, wurde eine Fahrzeugklimaanlage der Wärmepumpenart entwickelt, die mit einem Kältemittelkreislauf versehen ist, in dem ein Kompressor, ein Wärmeableiter, ein Wärmeabsorber und ein externer Wärmetauscher, die von einer Batterie mit Strom versorgt und angetrieben werden, verbunden sind, wobei die Wärme eines vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird und das Kältemittel mit der im Wärmeableiter abgeleiteten Wärme die Wärme im externen Wärmetauscher absorbiert, um die Fahrgastzelle zu heizen, und das vom Kompressor geförderte Kältemittel im externen Wärmetauscher abgeleitet und im Wärmeabsorber absorbiert wird, um die Fahrgastzelle abzukühlen.
  • Da in diesem Fall das Kältemittel während des Aufheizens im externen Wärmetauscher Wärme aus der Außenluft absorbiert, bildet sich Frost an dem externen Wärmetauscher, so dass sich die Effizienz des Wärmeaustauschs verschlechtert und die Heizleistung erheblich reduziert. Allgemein wird die Entfrostung des externen Wärmetauschers jedoch während des Aufladens der Batterie vorgenommen, so dass die Entfrostung relativ lange dauert. Daher wurden einige Klimaanlagen entwickelt, bei denen die Frostbildung am externen Wärmetauscher unterdrückt wird, indem die Abwärme von wärmeerzeugenden Geräten wie Batterien zum Beitragen zum Heizen zurückgewonnen wird, oder der externe Wärmetauscher mit der Abwärme von wärmeerzeugenden Geräten abgetaut wird (siehe z. B. Patentdokument 1 und Patentdokument 2).
  • ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument 1: JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2018-1 84108
    • Patentdokument 2: JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-260450
  • ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
  • ZU LÖSENDE AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Herkömmlicherweise wurde jedoch die Beurteilung, ob die Abwärme zurückgewonnen wird oder nicht, auf der Basis der erforderlichen Kühlleistung der Batterie bedingt durch die von der Batterie (wärmeerzeugendem Gerät) erzeugte Wärmemenge und der erforderlichen Heizleistung in der Fahrgastzelle getroffen, so dass eine komplizierte Berechnung erforderlich ist, um zu entscheiden, ob der Betriebsmodus gewechselt werden soll oder nicht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die herkömmliche technische Aufgabe zugrunde, und die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Fahrzeugklimaanlage bereitzustellen, die die Abwärmerückgewinnung von einem wärmeerzeugenden Gerät mit einer relativ einfachen Ausbildung steuern kann.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
  • Die Fahrzeugklimaanlage der vorliegenden Erfindung ist mit einem Kompressor zum Komprimieren eines Kältemittels, einem Wärmeableiter zum Erwärmen von der Fahrgastzelle zugeführter Luft durch Ableiten der Wärme des Kältemittels, einem außerhalb der Fahrgastzelle vorgesehenen externen Wärmetauscher und einer Steuervorrichtung versehen, wobei die Steuervorrichtung zumindest einen Heizbetrieb zum Heizen der Fahrgastzelle durch Ableiten der Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme, der zur Rückgewinnung der Abwärme von einem im Fahrzeug installierten wärmeerzeugenden Gerät mittels des Kältemittels dient, vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung im Heizbetrieb auf der Basis der Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder eines Indikatorwertes, der die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts anzeigt, und der Außenlufttemperatur mindestens einen des externen Wärmetauschers und des Wärmetauschers zur Rückgewinnung von Abwärme auswählt, und nach der Verringerung des Drucks des Kältemittels mit der im Wärmeableiter abgeleiteten Wärme die Wärme in dem ausgewählten externen Wärmetauscher und/oder Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird.
  • Die Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung bei der obigen Erfindung einen normalen Heizmodus, bei dem der Zufluss des Kältemittels in den Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme unterbunden wird, die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im externen Wärmetauscher absorbiert wird, und einen ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus aufweist, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im externen Wärmetauscher und im Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird, wobei, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des oben genannten Indikators niedriger als ein vorgegebener erster Schwellwert ist, der in einem Bereich oberhalb der Außenlufttemperatur festgelegt wird, der normale Heizmodus durchgeführt wird, und wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des oben genannten Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert ist, der erste Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt wird.
  • Die Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung bei der obigen Erfindung einen zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus aufweist, bei dem der Zufluss des Kältemittels in den externen Wärmetauscher unterbunden wird, die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird, wobei, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des oben genannten Indikators gleich oder höher als ein vorgegebener zweiter Schwellwert ist, der höher als der erste Schwellwert ist, der zweite Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt wird.
  • Die Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung bei der obigen Erfindung auf der Basis des Wertes des Indikators, der den Ansaugkältemitteldruck des Kompressors anzeigt, den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchführt, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert ist, selbst wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators niedriger als der zweite Schwellwert ist.
  • Die Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung bei der obigen Erfindung den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchführt, wenn der Zustand, in dem der Wert des Indikators, der den Ansaugkältemitteldruck des Kompressors anzeigt, niedriger als ein vorgegebener Wert ist und die Abnahmerate größer als eine vorgegebene Rate ist, für eine vorgegebene Zeit andauert, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert und niedriger als der zweite Schwellwert ist.
  • Die Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder der obigen Erfindungen eine Umwälzeinrichtung zum Umwälzen des Heizmittels zwischen dem wärmeerzeugenden Gerät und dem Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung Abwärme von dem wärmeerzeugenden Gerät zurückgewinnt, indem eine Temperatur des Heizmittels auf einen Wert des Indikators festgelegt wird und in dem Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme Wärme von dem Heizmittel durch das Kältemittel absorbiert wird.
  • Die Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder der obigen Erfindungen ein Wärmeabsorber zur Kühlung von der Fahrgastzelle zugeführter Luft durch Absorption der Wärme des Kältemittels vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung aufweist: einen Entfeuchtungs- und Heizbetrieb, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels durch den Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird und danach die Wärme im Wärmeabsorber und externen Wärmetauscher absorbiert wird, einen Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels durch den Wärmeableiter und den externen Wärmetauscher abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird und danach die Wärme im Wärmeabsorber absorbiert wird, einen Kühlbetrieb, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels durch den externen Wärmetauscher abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird und danach die Wärme im Wärmeabsorber absorbiert wird, und einen Entfrostungsbetrieb, bei dem das vom Kompressor geförderte Kältemittel in den externen Wärmetauscher eingelassen wird, um den externen Wärmetauscher zu entfrosten.
  • Die Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeerzeugende Gerät bei der obigen Erfindung eine im Fahrzeug installierte Batterie ist, der Kompressor von der Batterie mit Strom versorgt und angetrieben wird, und die Steuervorrichtung bei Aufladen der Batterie durch eine externe Stromquelle den Entfrostungsbetrieb durchführt.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Fahrzeugklimaanlage mit einem Kompressor zum Komprimieren eines Kältemittels, einem Wärmeableiter zum Erwärmen von der Fahrgastzelle zugeführter Luft durch Ableiten der Wärme des Kältemittels, einem außerhalb der Fahrgastzelle vorgesehenen externen Wärmetauscher und einer Steuervorrichtung versehen, wobei die Steuervorrichtung zumindest einen Heizbetrieb zum Heizen der Fahrgastzelle durch Ableiten der Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme, der zur Rückgewinnung der Abwärme von einem im Fahrzeug installierten wärmeerzeugenden Gerät mittels des Kältemittels dient, vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung im Heizbetrieb auf der Basis der Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder eines Indikatorwertes, der die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts anzeigt, und der Außenlufttemperatur mindestens einen des externen Wärmetauschers und des Wärmetauschers zur Rückgewinnung von Abwärme auswählt, und nach der Verringerung des Drucks des Kältemittels mit der im Wänneableiter abgeleiteten Wärme die Wärme in dem ausgewählten externen Wärmetauscher und/oder Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird, so dass es möglich ist, die Abwärmerückgewinnung von dem wärmeerzeugenden Gerät mit einer relativ einfachen Ausbildung zu steuern, und die Frostbildung am externen Wärmetauscher zu unterdrücken.
  • D. h. es ist möglich, anhand der Außenlufttemperatur zu beurteilen, ob sich Frost an dem externen Wärmetauscher leicht bildet oder nicht, jedoch ist es auch möglich, durch den Vergleich der Außenlufttemperatur mit der Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder dem Wert des die Temperatur anzeigenden Indikators zu beurteilen, ob die Abwärme von dem wärmeerzeugenden Gerät zurückgewonnen werden kann oder nicht.
  • Wie z. B. bei der Erfindung nach Anspruch 2 sind in der Steuervorrichtung ein normaler Heizmodus, bei dem der Zufluss des Kältemittels in den Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme unterbunden wird, die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im externen Wärmetauscher absorbiert wird, und ein erster Abwärmerückgewinnung-Heizmodus vorgesehen, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im externen Wärmetauscher und im Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird, wobei, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des oben genannten Indikators niedriger als ein vorgegebener erster Schwellwert ist, der in einem Bereich oberhalb der Außenlufttemperatur festgelegt wird, der normale Heizmodus durchgeführt wird, und wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des oben genannten Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert ist, der erste Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt wird, wodurch es möglich ist, die Umschaltung zwischen dem normalen Heizmodus und dem ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus mit einer relativ einfachen Ausbildung ungehindert zu steuern, und die Frostbildung am externen Wärmetauscher effektiv zu unterdrücken.
  • Wie z. B. bei der Erfindung nach Anspruch 3 ist in der Steuervorrichtung ferner ein zweiter Abwärmerückgewinnung-Heizmodus vorgesehen, bei dem der Zufluss des Kältemittels in den Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme unterbunden wird, die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird, wobei, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des oben genannten Indikators gleich oder höher als ein vorgegebener zweiter Schwellwert ist, der höher als der erste Schwellwert ist, der zweite Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt wird, wodurch in einem Zustand, in dem mehr Abwärme vom wärmeerzeugenden Gerät zurückgewonnen werden kann, die Wärmeabsorption im externen Wärmetauscher gestoppt wird und die Fahrgastzelle lediglich durch die Abwärme vom wärmeerzeugenden Gerät geheizt werden kann, so dass die Frostbildung am externen Wärmetauscher effektiver unterdrückt werden kann.
  • Wie bei der Erfindung nach Anspruch 4 führt die Steuervorrichtung hierbei auf der Basis des Wertes des Indikators, der den Ansaugkältemitteldruck des Kompressors anzeigt, den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durch, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert ist, selbst wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators niedriger als der zweite Schwellwert ist, wodurch es möglich ist, die Situation einer leichten Frostbildung am externen Wärmetauscher anhand des Ansaugkältemitteldrucks des Kompressors festzustellen, und die Wärmeabsorption im externen Wärmetauscher zu stoppen.
  • Wie z. B. bei der Erfindung nach Anspruch 5 führt die Steuervorrichtung den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durch, wenn der Zustand, in dem der Wert des Indikators, der den Ansaugkältemitteldruck des Kompressors anzeigt, niedriger als ein vorgegebener Wert ist und die Abnahmerate größer als eine vorgegebene Rate ist, für eine vorgegebene Zeit andauert, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert und niedriger als der zweite Schwellwert ist, wodurch es möglich ist, die Umschaltung zwischen dem normalen Heizmodus und dem ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus mit einer relativ einfachen Ausbildung ungehindert zu steuern, und die Frostbildung am externen Wärmetauscher effektiv zu unterdrücken.
  • In dem Fall, in dem eine Umwälzeinrichtung zum Umwälzen des Heizmittels zwischen dem wärmeerzeugenden Gerät und dem Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme vorgesehen ist, kann die Steuervorrichtung wie bei der Erfindung nach Anspruch 6 die Abwärme von dem wärmeerzeugenden Gerät zurückgewinnen, indem eine Temperatur des Heizmittels auf einen Wert des Indikators festgelegt wird und in dem Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme Wärme von dem Heizmittel durch das Kältemittel absorbiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist ferner, wie bei der Erfindung nach Anspruch 7, für die Fahrzeugklimaanlage ebenfalls wirksam, bei der der Entfeuchtungs- und Heizbetrieb, der Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb, der Kühlbetrieb und der Entfrostungsbetrieb vorgesehen ist, und ist insbesondere, wie bei der Erfindung nach Anspruch 8, für die Fahrzeugklimaanlage besonders wirksam, bei der die Steuervorrichtung bei Aufladen der Batterie durch eine externe Stromquelle den Entfrostungsbetrieb durchführt.
  • Figurenliste
  • Es zeigt:
    • 1 das Strukturbild einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel, auf das die vorliegende Erfindung angewendet ist.
    • 2 das Blockdiagramm eines Controllers als Steuervorrichtung der Fahrzeugklimaanlage in 1.
    • 3 die Ansicht zur Veranschaulichung eines normalen Heizmodus eines Heizbetriebs und eines Entfrostungsbetriebs durch den Controller in 2.
    • 4 die Ansicht zur Veranschaulichung eines Entfrostungs- und Kühlbetriebs und eines Kühlbetriebs durch den Controller in 2.
    • 5 die Ansicht zur Veranschaulichung eines Entfrostungs- und Heizbetriebs durch den Controller in 2.
    • 6 die Ansicht zur Veranschaulichung eines ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus des Heizbetriebs durch den Controller in 2.
    • 7 die Ansicht zur Veranschaulichung eines zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus des Heizbetriebs durch den Controller in 2.
    • 8 das Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Umschaltsteuerung der Betriebsmodi im Heizbetrieb durch den Controller in 2.
  • ERLÄUTERUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. 1 zeigt das Strukturbild einer Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel, auf das die vorliegende Erfindung angewendet ist. Das Fahrzeug im Ausführungsbeispiel, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist ein Elektrofahrzeug (EV) ohne Motor (Verbrennungsmotor), wobei eine Batterie 55 (z. B. eine Lithiumbatterie) im Fahrzeug installiert ist und das Fahrzeug durch die Zufuhr von elektrischem Strom, der in der Batterie 55 von einer externen Stromquelle geladen wird, zu einem Motor zur Fahrt (nicht dargestellt) antreibt und führt. Ein Kompressor 2 der Fahrzeugklimaanlage 1, der später beschrieben wird, wird ebenfalls von der Batterie 55 mit Strom versorgt und angetrieben.
  • D. h., die Fahrzeugklimaanlage 1 führt einen Heizbetrieb durch einen Wärmepumpenbetrieb unter Verwendung eines Kältemittelkreislaufs R in einem Elektrofahrzeug durch, das nicht mit der Abwärme des Motors geheizt werden kann, und führt außerdem durch eine selektive Durchführung jedes Klimatisierungsbetriebs, also des Entfeuchtungs- und Heizbetriebs, des Entfeuchtungs- und Kühlbetriebs und des Kühlbetriebs, eine Klimatisierung in der Fahrgastzelle durch.
  • Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht lediglich für Elektrofahrzeuge, sondern auch für so genannte Hybridfahrzeuge, die einen Motor und einen Elektromotor zur Fahrt gemeinsam benutzen, als Fahrzeug wirksam ist.
  • Die Fahrzeugklimaanlage 1 des Ausführungsbeispiels dient zur Klimatisierung (Heizen, Kühlen, Entfeuchten und Belüften) in der Fahrgastzelle des Elektrofahrzeugs, und der elektrische Kompressor 2 zum Komprimieren eines Kältemittels, ein Wärmeableiter 4, der in einem Luftkanal 3 in einer HVAC-Einheit 10 vorgesehen ist, in den die Fahrgastzellenluft geführt und umgewälzt wird, ein Kältemittel mit Hochtemperatur und Hochdruck, das von dem Kompressor 2 gefördert wird, über eine Kältemittelleitung 13G einströmt, und der zum Erwärmen der der Fahrgastzelle zugeführten Luft durch Ableiten der Wärme dieses Kältemittels dient, ein externes Expansionsventil 6, das aus einem elektrisch angetriebenen Ventil besteht, das beim Heizen eine Druckreduzierung und Expansion des Kältemittels bewirkt, ein externer Wärmetauscher 7, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft durchführt, beim Kühlen als Wärmeableiter (Kompressor) zum Ableiten der Wärme des Kältemittels dient, und beim Heizen als Verdampfer zum Absorbieren der Wärme des Kältemittels dient, ein internes Expansionsventil 8, das aus einem elektrisch angetriebenen Ventil besteht, das eine Druckreduzierung und Expansion des Kältemittels bewirkt, ein Wärmeabsorber 9, der im Luftkanal 3 vorgesehen ist und bewirkt, dass beim Kühlen (Entfeuchten) das Kältemittel von innerhalb und außerhalb der Fahrgastzelle Wärme absorbiert, um der Fahrgastzelle zugeführte Luft abzukühlen, sowie ein Akkumulator 12 usw. sind der Reihe nach durch eine Kältemittelleitung 13 verbunden, und somit ist ein Kältemittelkreislauf R ausgebildet.
  • Das externe Expansionsventil 6 und das interne Expansionsventil 8 bewirken eine Druckreduzierung und Expansion des Kältemittels und können vollständig geöffnet oder geschlossen werden. Außerdem zeigt die Bezugsnummer 30 in der Zeichnung ein Sieb.
  • Am externen Wärmetauscher 7 ist ferner ein externes Gebläse 15 vorgesehen. Indem das externe Gebläse 15 den externen Wärmetauscher 7 mit Außenluft zwangsweise belüftet, bewirkt es einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel, wodurch ein Aufbau vorliegt, bei dem der externe Wärmetauscher 7 bei angehaltenem Fahrzeug (also einer Fahrgeschwindigkeit von 0 km/h) mit Außenluft belüftet wird.
  • Die Kältemittelleitung 13A, die mit der Kältemittelauslassseite des externen Wärmetauschers 7 verbunden ist, ist über ein Rückschlagventil 18 mit der Kältemittelleitung 13B verbunden. Die Kältemittelleitung 13B ist mit dem internen Expansionsventil 8 verbunden, wobei die Richtung auf der Seite der Kältemittelleitung 13B als Vorwärtsrichtung des Rückschlagventils 18 betrachtet wird.
  • Die Kältemittelleitung 13A, die vom externen Wärmetauscher 7 wegführt, ist ferner verzweigt, und diese verzweigte Kältemittelleitung 13D ist über ein Magnetventil 21, das beim Heizen geöffnet wird, mit der Kältemittelleitung 13C kommunizierend verbunden, die an der Auslassseite des Wärmeabsorbers 9 positioniert ist. Ein Rückschlagventil 20 ist mit der Kältemittelleitung 13C stromabwärts des Verbindungspunkts der Kältemittelleitung 13D verbunden, und die Kältemittelleitung 13C stromabwärts des Rückschlagventils 20 ist mit dem Akkumulator 12 verbunden, der mit der Kältemittelsaugseite des Kompressors 2 verbunden ist. Die Richtung auf der Seite des Akkumulators 12 wird als Vorwärtsrichtung des Rückschlagventils 20 betrachtet.
  • Darüber hinaus verzweigt sich die Kältemittelleitung 13E an der Auslassseite des Wärmeableiters 4 vor dem externen Expansionsventil 6 (stromaufwärts des Kältemittels) in die Kältemittelleitung 13J und die Kältemittelleitung 13F, und die eine verzweigte Kältemittelleitung 13J ist über das externe Expansionsventil 6 mit der Kältemitteleinlassseite des externen Wärmetauschers 7 verbunden. Die andere verzweigte Kältemittelleitung 13F ist über ein Magnetventil 22, das bei der Entfeuchtung geöffnet wird, mit der Kältemittelleitung 13B kommunizierend verbunden, die kältemittelstromabwärts des Rückschlagventils 18 und kältemittelstromaufwärts des internen Expansionsventils 8 positioniert ist.
  • Hierdurch ist die Kältemittelleitung 13F parallel zur Reihenschaltung des externen Expansionsventils 6, des externen Wärmetauschers 7 und des Rückschlagventils 18 geschaltet und wird zu einem Kreislauf, der das externe Expansionsventil 6, den externen Wärmetauscher 7 und das Rückschlagventil 18 umgeht.
  • Außerdem ist im Luftkanal 3 luftstromaufwärts des Wärmeabsorbers 9 jeweils eine Außenluftansaugöffnung und eine Innenluftansaugöffnung gebildet (in 1 ist repräsentativ eine Ansaugöffnung 25 dargestellt), wobei in dieser Ansaugöffnung 25 eine Ansaugumschaltklappe 26 vorgesehen ist, die die in den Luftkanal 3 eingeleitete Luft auf die Innenluft (Innenluftumwälzung) und die Außenluft (Außenlufteinleitung) umschaltet. Darüber hinaus ist luftstromabwärts der Ansaugumschaltklappe 26 ein internes Gebläse (Lüftungsgebläse) 27 vorgesehen, das zur Zufuhr der eingeleiteten Innenluft oder Außenluft zum Luftkanal 3 dient.
  • In 1 stellt ferner die Bezugsnummer 23 eine Hilfsheizung als Hilfserwärmungsvorrichtung dar. Im Ausführungsbeispiel besteht diese Hilfsheizung 23 aus einer PTC-Heizung (elektrischer Heizung) und ist im Luftkanal 3 vorgesehen, der in Bezug auf den Luftstrom im Luftkanal 3 stromabwärts des Wärmeableiters 4 positioniert ist. Wenn die Hilfsheizung 23 bestromt wird und Wärme erzeugt, wird diese zum so genannten Heizkern und ergänzt die Beheizung der Fahrgastzelle.
  • Außerdem ist luftstromaufwärts des Wärmeableiters 4 im Luftkanal 3 eine Luftmischungsklappe 28 vorgesehen, die das Verhältnis einstellt, mit dem Luft (Innenluft oder Außenluft) im Luftkanal 3, die in den Luftkanal 3 und durch die Wärmeableiter 9 geströmt ist, den Wärmeableiter 4 und die Hilfsheizung 23 belüftet. Darüber hinaus sind luftstromabwärts des Wärmeableiters 4 im Luftkanal 3 jeweilige Ausblasöffnungen, FOOT (Fuß), VENT (Lüftung) und DEF (Defroster), gebildet (in 1 repräsentativ als Ausblasöffnung 29 gezeigt), und an den Ausblasöffnungen 29 ist eine Ausblasöffnungsumschaltklappe 31 vorgesehen, die eine Umschaltsteuerung des Ausblasens der Luft von den Ausblasöffnungen durchführt.
  • Darüber hinaus ist die Fahrzeugklimaanlage 1 mit einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 61 versehen, um die Temperatur der Batterie 55 einzustellen, während ein Heizmittel zur Batterie 55 als im Fahrzeug installiertes wärmeerzeugendes Gerät umgewälzt wird und die Abwärme der Batterie 55 zurückgewonnen wird.
  • Das wärmeerzeugende Gerät in dieser Erfindung, das im Fahrzeug installiert ist, ist nicht auf die Batterie 55 beschränkt, sondern umfasst auch elektrische Geräte wie einen Motor zur Fahrt oder eine Wechselrichterschaltung zum Antrieb des Motors. Im Ausführungsbeispiel wird die Batterie 55 als Beispiel für ein wärmeerzeugendes Gerät genommen und erläutert.
  • Die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 61 im Ausführungsbeispiel ist mit einer Umwälzpumpe 62 als Umwälzeinrichtung zum Umwälzen des Heizmittels in die Batterie 55, einer Heizmittelerwärmungsheizung 66 als Heizeinrichtung und einem Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 als Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme versehen, wobei diese mit der Batterie 55 durch Heizmittelleitungen 68 ringförmig verbunden sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der Einlass eines Heizmittelkanals 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 mit der Förderseite der Umwälzpumpe 62 verbunden, die Heizmittelerwärmungsheizung 66 ist mit dem Auslass des Heizmittelkanals 64A verbunden, der Einlass der Batterie 55 ist mit dem Auslass der Heizmittelerwärmungsheizung 66 verbunden, und der Auslass der Batterie 55 ist mit der Saugseite der Umwälzpumpe 62 verbunden.
  • Als Heizmittel, das in dieser Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 61 verwendet wird, können z. B. Wasser, Kältemittel wie HFO-1234f, Flüssigkeit wie Kühlflüssigkeit und Gas wie Luft angewendet werden. In dem Ausführungsbeispiel wird Wasser als Heizmittel angewendet. Die Heizmittelerwärmungsheizung 66 besteht ferner aus einer elektrischen Heizung, z. B. einer PTC-Heizung. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass die Batterie 55 von einer Mantelstruktur umgeben ist, in der das Heizmittel in einer Wärmeaustauschbeziehung mit der Batterie 55 umlaufen kann.
  • Wenn die Umwälzpumpe 62 betrieben wird, strömt das aus der Umwälzpumpe 62 geförderte Heizmittel in den Heizmittelkanal 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64. Das aus dem Heizmittelkanal 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 ausströmende Heizmittel gelangt in die Heizmittelerwärmungsheizung 66 und wird, falls die Heizmittelerwärmungsheizung 66 Wärme erzeugt, dort erwärmt und gelangt daraufhin zur Batterie 55. Dort erfährt das Heizmittel einen Wärmeaustausch mit der Batterie 55 und wird danach durch die Umwälzpumpe 62 angesaugt, wodurch das Heizmittel in der Heizmittelleitung 68 umgewälzt wird.
  • Demgegenüber ist am Auslass der Kältemittelleitung 13F des Kältemittelkreislaufs R, d. h. an der Verbindung zwischen der Kältemittelleitung 13F und der Kältemittelleitung 13B, ein Ende einer Abzweigleitung 72 als Abzweigkreislauf verbunden, die kältemittelstromabwärts (auf der Seite der Vorwärtsrichtung) des in der Kältemittelleitung 13A positionierten Rückschlagventils 18 und kältemittelstromaufwärts des internen Expansionsventils 8 positioniert ist. In dieser Abzweigleitung 72 ist ein Hilfsexpansionsventil 73 vorgesehen, das aus einem elektrischen Ventil besteht. Dieses Hilfsexpansionsventil 73 reduziert den Druck des in einen später beschriebenen Kältemittelkanal 64B des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 strömenden Kältemittels und expandiert das Kältemittel, und kann auch vollständig geschlossen sein.
  • Das andere Ende der Abzweigleitung 72 ist mit dem Kältemittelkanal 64B des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 verbunden, und ein Ende der Kältemittelleitung 74 ist mit dem Auslass des Kältemittelkanals 64B verbunden, und das andere Ende der Kältemittelleitung 74 ist mit der Kältemittelleitung 13C stromabwärts des Rückschlagventils 20 und vor dem Akkumulator 12 (kältemittelstromaufwärts) verbunden. Dieses Hilfsexpansionsventil 73 und dergleichen bilden ebenfalls einen Teil des Kältemittelkreislaufs R und auch einen Teil der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 61 aus.
  • Wenn das Hilfsexpansionsventil 73 geöffnet ist, strömt das Kältemittel (ein Teil oder das gesamte Kältemittel) von der Kältemittelleitung 13F und dem externen Wärmetauscher 7 in den Kältemittelkanal 64B des Kältemittel-Wärmetauschers 64, nachdem der Druck des Kältemittels durch dieses Hilfsexpansionsventil 73 verringert wird, und verdampft dort. Im Laufe der Strömung im Kältemittelkanal 64B absorbiert das Kältemittel Wärme aus dem im Heizmittelkanal 64A strömenden Heizmittel und wird dann über den Akkumulator 12 in den Kompressor 2 eingesaugt.
  • Als Nächstes stellt die Bezugsnummer 32 in 2 einen Controller 32 als Steuervorrichtung der Fahrzeugklimaanlage 1 dar. Dieser Controller 32 besteht aus einem Microcomputer als Beispiel eines Computers mit einem Prozessor. Mit dem Eingang des Controllers 32 ist jeder Ausgang der folgenden Elemente verbunden: ein Außenlufttemperatursensor 33, der eine Fahrzeugaußenlufttemperatur (Tam) erfasst, ein Außenluftfeuchtigkeitssensor 34, der die Außenluftfeuchtigkeit erfasst, ein HVAC-Ansaugtemperatursensor 36, der eine Temperatur von Luft erfasst, die durch die Ansaugöffnung 25 in den Luftkanal 3 gesaugt wird, ein Innentemperatursensor 37, der die Temperatur der Luft in der Fahrgastzelle (Innenluft) erfasst, ein Innenluftfeuchtigkeitssensor 38, der die Feuchtigkeit der Luft in der Fahrgastzelle erfasst, ein interner CO2-Konzentrationssensor 39, der die Konzentration von Kohlendioxid in der Fahrgastzelle erfasst, ein Anblastemperatursensor 41, der die Temperatur der von der Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle ausgeblasenen Luft erfasst, ein Förderdrucksensor 42 zur Erfassung des Drucks Pd des geförderten Kältemittels des Kompressors 2, ein Drucktemperatursensor 43 zur Erfassung der Kältemitteltemperatur des Kompressors 2, ein Saugtemperatursensor 44 zur Erfassung der Kältemittelsaugtemperatur Ts des Kompressors 2, ein Saugdrucksensor 45 zur Erfassung des Saugkältemitteldrucks Ps des Kompressors 2, ein Wärmeableiter-Temperatursensor 46 zur Erfassung der Temperatur des Wärmeableiters 4 (Temperatur der durch den Wärmeableiter 4 strömenden Luft oder Temperatur des Wärmeableiters 4 selbst: Wärmeableitertemperatur TCI), ein Wärmeableiterdrucksensor 47 zur Erfassung des Kältemitteldrucks des Wärmeableiters 4 (Druck des Kältemittels im Wärmeableiter 4 oder unmittelbar nach dem Verlassen des Wärmeableiters 4: Wärmeableiterdruck PCI), ein Wärmeabsorber-Temperatursensor 48 zur Erfassung der Temperatur des Wärmeabsorbers 9 (Temperatur der durch den Wärmeabsorber 9 strömenden Luft oder Temperatur des Wärmeabsorbers 9 selbst: Wärmeableitertemperatur Te), ein Wärmeabsorber-Drucksensor 49 zur Erfassung des Kältemitteldrucks des Wärmeabsorbers 9 (Druck des Kältemittels im Wärmeabsorber 9 oder unmittelbar nach dem Verlassen des Wärmeabsorbers 9), ein Lichteinfallsensor 51 etwa des Fotosensortyps, der die in die Fahrgastzelle einfallende Lichtmenge erfasst, ein Fahrgeschwindigkeitssensor 52, der zur Erfassung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (Fahrzeuggeschwindigkeit) dient, ein Klimatisierungsbetriebsabschnitt 53, der zum Einstellen der Einstelltemperatur oder der Umschaltung des Klimatisierungsbetriebs dient, ein Temperatursensor 54 des externen Wärmetauschers zur Erfassung der Temperatur des externen Wärmetauschers 7 (Temperatur des Kältemittels unmittelbar nach dem Verlassen des externen Wärmetauschers 7 oder Temperatur des externen Wärmetauschers 7 selbst: Temperatur TXO des externen Wärmetauschers. Wenn der externe Wärmetauscher 7 als Verdampfer fungiert, ist die Temperatur TXO des externen Wärmetauschers die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im externen Wärmetauscher 7), und ein Drucksensor 56 des externen Wärmetauschers zur Erfassung des Kältemitteldrucks im externen Wärmetauscher 7 (Druck des Kältemittels im externen Wärmetauscher 7 oder unmittelbar nach dem Verlassen des externen Wärmetauschers 7).
  • Außerdem ist mit dem Eingang des Controllers 32 ebenfalls jeder Ausgang eines Batterietemperatursensors 76 zur Erfassung der Temperatur der Batterie 55 (Batterietemperatur Tcell), eines Heizmitteltemperatursensors 77 zur Erfassung der Temperatur des Heizmittels, der von dem Heizmittelkanal 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 ausströmt (Heizmitteltemperatur Tw), und eines Hilfsheizungs-Temperatursensors 78 zur Erfassung der Temperatur der Hilfsheizung 23 verbunden. Im Fall des Ausführungsbeispiels ist die oben erwähnte Batterietemperatur Tcell die Temperatur der Batterie 55 (Heizvorrichtung), und die Heizmitteltemperatur Tw ist ein Indikatorwert, der die Temperatur der Batterie 55 (Heizvorrichtung) anzeigt.
  • Demgegenüber sind mit dem Ausgang des Controllers 32 der Kompressor 2, das externe Gebläse 15, das interne Gebläse (Lüftungsgebläse) 27, die Ansaugumschaltklappe 26, die Luftmischungsklappe 28, die Ausblasöffnungsumschaltklappe 31, das externe Expansionsventil 6, das interne Expansionsventil 8, jedes Magnetventil des Magnetventils 22 (Entfeuchtung) und des Magnetventils 21 (Heizung), die Hilfsheizung 23, die Umwälzpumpe 62, die Heizmittelerwärmungsheizung 66 und das Hilfsexpansionsventil 73 verbunden. Der Controller 32 steuert diese Elemente auf der Basis der Ausgabe jedes Sensors und der im Klimatisierungsbetriebsabschnitt 53 eingegebenen Einstellungen.
  • Mit der obigen Ausbildung wird nun der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 des Ausführungsbeispiels erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel schaltet der Controller 32 (Steuervorrichtung) jeden Klimatisierungsbetrieb des Heizbetriebs, des Entfeuchtungs- und Heizbetriebs, des Entfeuchtungs- und Kühlbetriebs und des Kühlbetriebs sowie den Entfrostungsbetrieb um und führt diese Betriebe durch, und gewinnt die Abwärme von der Batterie 55 (wärmeerzeugendes Gerät) zurück und stellt deren Temperatur ein. Zunächst wird jeder Klimatisierungsbetrieb des Kältemittelkreislaufs R der Fahrzeugklimaanlage 1 erläutert. Der Controller 32 betreibt die Umwälzpumpe 62 während des Betriebs der Fahrzeugklimaanlage 1. Hierdurch wird das Heizmittel in der Heizmittelleitung 68 umgewälzt, wie durch die gestrichelten Pfeile in jeder der Zeichnungen dargestellt.
  • (1) Heizbetrieb (normaler Heizmodus)
  • Zunächst wird der Heizbetrieb erläutert. Im Heizbetrieb schaltet der Controller 32 drei Betriebsarten um, also den normalen Heizmodus, einen ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus und einen zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus, und führt diese Modi durch, wie unten erläutert. Hierbei wird der normale Heizmodus erläutert und der erste und der zweite Abwärmerückgewinnung-Heizmodus werden später im Detail erläutert.
  • 3 zeigt den Fluss des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R (durchgezogene Pfeile) im normalen Heizmodus. Wenn der Klimaanlagenschalter des Klimatisierungsbetriebsabschnitts 53 im Winter usw. eingeschaltet ist und der Heizbetrieb durch den Controller 32 (Automatikmodus) oder durch manuelle Bedienung des Klimatisierungsbetriebsabschnitts 53 (manueller Modus) ausgewählt wird, öffnet der Controller 32 im normalen Heizmodus das Magnetventil 21 (für die Heizung) und schließt vollständig das interne Expansionsventil 8 und das Hilfsexpansionsventil 73. Hierdurch wird der Zufluss des Kältemittels in den Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 unterbunden. Das Magnetventil 22 (für die Entfeuchtung) ist ferner geschlossen.
  • Der Kompressor 2 und die jeweiligen Gebläse 15, 27 werden dann in Betrieb genommen und die Luftmischungsklappe 28 stellt das Verhältnis der Belüftung des Wärmeableiters 4 und der Hilfsheizung 23 mit der vom internen Gebläse 27 herausgeblasenen Luft ein. Hierdurch strömt das vom Kompressor 2 geförderte gasförmige Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Wärmeableiter 4. Da der Wärmeableiter 4 mit der Luft im Luftkanal 3 belüftet wird, wird die Luft im Luftkanal 3 durch das Hochtemperaturkältemittel im Wärmeableiter 4 erwärmt, während das Kältemittel im Wärmeableiter 4 durch die Luft abgekühlt und zu Flüssigkeit kondensiert wird.
  • Das Kältemittel, das sich im Wärmeableiter 4 verflüssigt hat, strömt aus dem Wärmeableiter 4 aus, strömt über die Kältemittelleitungen 13E, 13J und erreicht das externe Expansionsventil 6. Das in das externe Expansionsventil 6 geströmte Kältemittel erfährt dort eine Druckreduzierung und strömt in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 geströmte Kältemittel verdampft und nimmt von der durch Fahrt oder durch das externe Gebläse 15 geblasenen Außenluft Wärme auf (Wärmeabsorption). D. h., der Kältemittelkreislauf R dient als Wärmepumpe. Das Kältemittel mit niedriger Temperatur, das von dem externen Wärmetauscher 7 ausströmt, gelangt über die Kältemittelleitung 13A und die Kältemittelleitung 13D sowie das elektromagnetische Ventil 21 zur Kältemittelleitung 13C und durch das Rückschlagventil 20 der Kältemittelleitung 13C in den Akkumulator 12, wo nach einer Gas-Flüssigkeit-Trennung das gasförmige Kältemittel in den Kompressor 2 gesaugt wird, und dieser Kreislauf wiederholt sich. Die von dem Wärmeableiter 4 erwärmte Luft wird aus der Ausblasöffnung 29 ausgeblasen und heizt hiermit die Fahrgastzelle.
  • Der Controller 32 berechnet einen Soll-Wärmeableiterdruck PCO (einen Sollwert des Drucks PCI des Wärmeableiters 4) aus einer Soll-Wärmeableitertemperatur TCO (einem Sollwert der Lufttemperatur blasluftabwärts des Wärmeableiters 4), die aus einer später beschriebenen Soll-Anblastemperatur TAO berechnet wird, und auf der Basis dieses Soll-Wärmeableiterdrucks PCO und des vom Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Kältemitteldrucks des Wärmeableiters 4 (Wärmeableiterdruck PCI, der der Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R ist) wird die Drehzahl des Kompressors 2 gesteuert, und auf der Basis der vom Wärmeableiter-Temperatursensor 46 erfassten Temperatur des Wärmeableiters 4 (Wärmeableitertemperatur TCI) und des vom Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdrucks PCI wird der Ventilöffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 gesteuert, um den Grad der Unterkühlung des Kältemittels am Auslass des Wärmeableiters 4 zu steuern. Die oben erwähnte Soll-Heizungstemperatur TCO ist grundsätzlich auf TCO = TAO festgelegt, jedoch zu Kontrollzwecken wird eine vorgegebene Beschränkung festgelegt. Wenn die Heizleistung des Wärmeableiters 4 nicht ausreicht, wird die Hilfsheizung 23 bestromt, um Wärme zur Ergänzung der Heizleistung zu erzeugen.
  • (2) Entfeuchtungs- und Heizbetrieb
  • Als Nächstes wird der Entfeuchtungs- und Heizbetrieb anhand von 4 erläutert. 4 zeigt den Kältemittelfluss im Kältemittelkreislauf R (durchgezogener Pfeil) im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb. Im Entfeuchtungs- und Heizbetrieb öffnet der Controller 32 das Magnetventil 22 im obigen Heizbetriebszustand und öffnet das interne Expansionsventil 8, um den Druck zu verringern und das Kältemittel zu expandieren. Hierdurch wird ein Teil des kondensierten Kältemittels, das durch den Wärmeableiter 4 und die Kältemittelleitung 13E strömt, abgezweigt, und dieses abgezweigte Kältemittel strömt über das Magnetventil 22 in die Kältemittelleitung 13F und strömt von der Kältemittelleitung 13B zum internen Expansionsventil 8, und das restliche Kältemittel strömt zum externen Expansionsventil 6. D. h., nachdem ein Teil des abgezweigten Kältemittels durch das interne Expansionsventil 8 verringert wird, strömt das Kältemittel in den Wärmeabsorber 9 und verdampft.
  • Der Controller 32 steuert den Ventilöffnungsgrad des internen Expansionsventils 8, um den Überhitzungsgrad (SH) des Kältemittels am Auslass des Wärmeabsorbers 9 auf einem vorgegebenen Wert zu halten, hierbei bewirkt die Wärmeabsorptionswirkung des Kältemittels im Wärmeabsorber 9, dass die Feuchtigkeit in der vom internen Gebläse 27 eingeblasenen Luft kondensiert und am Wärmeabsorber 9 anhaftet, so dass die Luft gekühlt und entfeuchtet wird. Das restliche Kältemittel, das abgezweigt wird und in die Kältemittelleitung 13J einströmt, verdampft im externen Wärmetauscher 7, nachdem der Druck durch das externe Expansionsventil 6 verringert wird.
  • Das im Wärmeabsorber 9 verdampfte Kältemittel strömt in die Kältemittelleitung 13C ein, vereinigt sich mit dem Kältemittel aus der Kältemittelleitung 13D (Kältemittel aus dem externen Wärmetauscher 7) und wird danach durch das Rückschlagventil 20 und den Akkumulator 12 in den Kompressor 2 gesaugt, und der Kreislauf wiederholt sich. Die im Wärmeabsorber 9 entfeuchtete Luft wird beim Durchströmen des Wärmeabieiters 4 wieder erwärmt, wodurch die Fahrgastzelle entfeuchtet und beheizt wird.
  • Der Controller 32 steuert die Drehzahl des Kompressors 2 auf der Basis des Soll-Wärmeableiterdrucks PCO, der aus der Soll-Wärmeableitertemperatur TCO und dem vom Wärmeableiterdrucksensor 47 erfassten Wärmeableiterdruck PCI (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) berechnet wird, und steuert außerdem den Ventilöffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 auf der Basis der vom Wärmeabsorber-Temperatursensor 48 erfassten Temperatur des Wärmeabsorbers 9 (Wärmeabsorber-Temperatur Te).
  • (3) Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb
  • Als Nächstes wird der Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb anhand von 5 erläutert. 5 zeigt den Kältemittelfluss im Kältemittelkreislauf R (durchgezogene Pfeile) im Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb. Im Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb öffnet der Controller 32 das interne Expansionsventil 8, um den Druck des Kältemittels zu reduzieren und das Kältemittel zu expandieren, und schließt die Magnetventile 21 und 22. Das Hilfsexpansionsventil 73 ist ebenfalls vollständig geschlossen. Dann werden der Kompressor 2 und jedes der Gebläse 15, 27 in Betrieb genommen, und die Luftmischungsklappe 28 passt das Verhältnis der Belüftung des Wärmeableiters 4 und der Hilfsheizung 23 mit der vom internen Gebläse 27 geblasenen Luft an.
  • Hierdurch strömt das vom Kompressor 2 geförderte gasförmige Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Wärmeableiter 4 ein. Da der Wärmeableiter 4 mit der Luft im Luftkanal 3 belüftet wird, wird die Luft im Luftkanal 3 durch das Hochtemperaturkältemittel im Wärmeableiter 4 erwärmt, während das Kältemittel im Wärmeableiter 4 durch die Luft abgekühlt und zu Flüssigkeit kondensiert wird.
  • Das vom Wärmeableiter 4 ausströmende Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13E zum externen Expansionsventil 6, und über das externe Expansionsventil 6, das etwas geöffnet gesteuert wird, in den externen Wärmetauscher 7. Das in den externen Wärmetauscher 7 strömende Kältemittel wird dort durch Fahrt oder durch das externe Gebläse 15 geblasene Außenluft luftgekühlt und kondensiert. Das von dem externen Wärmetauscher 7 ausströmende Kältemittel strömt über die Kältemittelleitung 13A und das Rückschlagventil 18 in die Kältemittelleitung 13B ein, und gelangt zum internen Expansionsventil 8. Nachdem der Druck des Kältemittels durch das interne Expansionsventil 8 verringert wird, strömt dieses in den Wärmeabsorber 9 ein und verdampft. Die wärmeabsorbierende Wirkung bewirkt, dass die Feuchtigkeit in der vom internen Gebläse 27 ausgeblasenen Luft kondensiert und am Wärmeabsorber 9 anhaftet, so dass die Luft gekühlt und entfeuchtet wird.
  • Das im Wärmeabsorber 9 verdampfte Kältemittel gelangt über die Kältemittelleitung 13C und das Rückschlagventil 20 in den Akkumulator 12, durch den dieses wiederholt in den Kompressor 2 gesaugt wird. Die im Wärmeabsorber 9 abgekühlte und entfeuchtete Luft wird beim Durchströmen des Wärmeableiters 4 wieder erwärmt (Wiedererwärmung: die Ableitungsleistung ist geringer als beim Heizen), so dass eine Entfeuchtung und Kühlung der Fahrgastzelle erfolgt.
  • Auf der Basis der vom Wärmeabsorber-Temperatursensor 48 erfassten Temperatur des Wärmeabsorbers 9 (Wärmeabsorber-Temperatur Te) und deren Sollwerts, der Wärmeabsorber-Solltemperatur TEO, steuert der Controller 32 die Drehzahl des Kompressors 2, um die Wärmeabsorber-Temperatur Te auf die Wärmeabsorber-Solltemperatur TEO zu bringen, und steuert auf der Basis des vom Wärmeabsorber-Drucksensor 47 erfassten Wärmeabsorber-Drucks PCI (Hochdruck des Kältemittelkreislaufs R) und des Soll-Wärmeableiterdrucks PCO (Sollwert des Wärmeableiterdrucks PCI), der aus der Soll-Wärmeableitertemperatur TCO berechnet wird, den Ventilöffnungsgrad des externen Expansionsventils 6, um den Wärmeableiterdruck PCI auf den Soll-Wärmeableiterdruck PCO zu bringen, wodurch eine erforderliche Wiedererwärmungsmenge durch den Wärmeableiter 4 erhalten wird.
  • (4) Kühlbetrieb
  • Als Nächstes wird der Kühlbetrieb erläutert. Der Durchfluss des Kältemittelkreislaufs R ist derselbe wie bei dem in 5 dargestellten Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb. Bei diesem Kühlbetrieb, der im Sommer usw. durchgeführt wird, öffnet der Controller 32 den Ventilöffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 im Zustand des oben beschriebenen Entfeuchtungs- und Kühlbetriebs vollständig. Die Luftmischungsklappe 28 passt das Verhältnis der Belüftung des Wärmeableiters 4 und der Hilfsheizung 23 mit der Luft an.
  • Das von dem Kompressor 2 ausströmende gasförmige Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel strömt in den Wärmeableiter 4 ein. Obwohl der Wärmeableiter 4 mit der Luft im Luftkanal 3 belüftet wird, ist der Luftanteil im Wärmeableiter 4 gering (da lediglich die Wiedererwärmung erfolgt), so dass die Luft fast lediglich hier durchläuft, und das aus dem Wärmeableiter 4 ausströmende Kältemittel durch die Kältemittelleitung 13E zum externen Expansionsventil 6 gelangt. Zu diesem Zeitpunkt ist das externe Expansionsventil 6 vollständig geöffnet, so dass das Kältemittel durch das externe Expansionsventil 6 strömt, wie es ist, durch die Kältemittelleitung 13J strömt und in den externen Wärmetauscher 7 strömt, wo es durch den Betrieb oder durch die vom externen Gebläse 15 eingeblasene Außenluft abgekühlt und kondensiert und verflüssigt wird.
  • Das von dem externen Wärmetauscher 7 ausströmende Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 13A und das Rückschlagventil 18 in die Kältemittelleitung 13B ein und gelangt zum internen Expansionsventil 8. Nachdem der Druck des Kältemittels durch das interne Expansionsventil 8 verringert wird, strömt das Kältemittel in den Wärmeabsorber 9 und verdampft. Durch die Wärmeabsorptionswirkung kondensiert die Feuchtigkeit in der vom internen Gebläse 27 eingeblasenen Luft und haftet am Wärmeabsorber 9 an, wodurch die Luft abgekühlt wird.
  • Das im Wärmeabsorber 9 verdampfte Kältemittel gelangt durch die Kältemittelleitung 13C und das Rückschlagventil 20 in den Akkumulator 12, durch den dieses wiederholt in den Kompressor 2 gesaugt wird, und dieser Kreislauf wiederholt sich. Die durch den Wärmeabsorber 9 gekühlte und entfeuchtete Luft wird von der Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen und kühlt hiermit die Fahrgastzelle. Bei diesem Kühlbetrieb steuert der Controller 32 die Drehzahl des Kompressors 2 auf der Basis der Temperatur des Wärmeabsorbers 9 (Wärmeabsorber-Temperatur Te), die vom Wärmeabsorber-Temperatursensor 48 erfasst wird.
  • (5) Umschalten des Klimatisierungsbetriebs
  • Der Controller 32 berechnet anhand der nachstehenden Formel (1) die Soll-Anblastemperatur TAO. Die Soll-Anblastemperatur TAO ist ein Sollwert der Lufttemperatur, die von der Ausblasöffnung 29 in die Fahrgastzelle geblasen wird. TAO = ( Tset − Tin ) × K + Tbal ( f ( Tset , SUN , Tam ) )
    Figure DE112020002409T5_0001
  • Dabei ist Tset die durch den Klimatisierungsbetriebsabschnitt 53 festgelegte Einstelltemperatur der Fahrgastzelle, Tin die durch den Innenlufttemperatursensor 37 erfasste Temperatur der Fahrgastzelleninnenluft, K der Koeffizient und Tbal ein Ausgleichswert, der aus der Einstelltemperatur Tset, der durch den Lichteinfallsensor 51 erfassten Lichteinfallmenge SUN und der durch den Außenlufttemperatursensor 33 erfassten Außenlufttemperatur Tam berechnet wird. Allgemein ist die Soll-Anblastemperatur TAO umso höher, je niedriger die Außenlufttemperatur Tam ist, und sinkt mit ansteigender Außenlufttemperatur Tam.
  • Zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme wählt der Controller 32 auf der Basis der vom Außenlufttemperatursensor 33 erfassten Außenlufttemperatur Tam und der Soll-Anblastemperatur TAO einen der oben genannten Klimatisierungsvorgänge aus. Nach dem Einschalten wählt das System die oben genannten Klimatisierungsvorgänge aus und schaltet zwischen ihnen um, je nach den Veränderungen in der Umgebung und den Einstellbedingungen, wie z. B. der Außenlufttemperatur Tam und der Soll-Anblastemperatur TAO.
  • (6) Entfrostungsbetrieb
  • Als Nächstes wird der Entfrostungsbetrieb des externen Wärmetauschers 7 erläutert. Wie oben beschrieben, verdampft im Heizbetrieb das Kältemittel im externen Wärmetauscher 7 und absorbiert Wärme aus der Außenluft, sodass die Temperatur sinkt und der Wasseranteil der Außenluft als Frost am externen Wärmetauscher 7 anhaftet.
  • Der Controller 32 berechnet daher eine Differenz ΔTXO (=TXObase-TXO) zwischen der durch den externen Wärmetauscher-Temperatursensor 54 erfassten Temperatur TXO des externen Wärmetauschers (Kältemittelverdampfungstemperatur im externen Wärmetauscher 7) und einer Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase ohne Frostbildung am externen Wärmetauscher 7, und wenn die Temperatur TXO des externen Wärmetauschers unter die Kältemittelverdampfungstemperatur TXObase ohne Frostbildung sinkt, und ein Zustand, in dem sich die Differenz ΔTXO auf oder über einen festgelegten Wert vergrößert, für eine vorgegebene Zeit andauert, wird festgestellt, dass Frost am externen Wärmetauscher 7 anhaftet, und wird ein vorgegebenes Frostbildung-Flag gesetzt.
  • Wenn nun in einem Zustand, in dem das Frostbildung-Flag gesetzt ist und der Klimatisierungsschalter des Klimatisierungsbetriebsabschnitts 53 ausgeschaltet ist, ein Stecker zum Aufladen eines Schnellladegeräts verbunden und die Batterie 55 aufgeladen ist, führt der Controller 32 auf die nachstehende Weise den Entfrostungsbetrieb des externen Wärmetauschers 7 durch.
  • Bei diesem Entfrostungsbetrieb setzt der Controller 32 den Kältemittelkreislauf R in den Zustand des oben erwähnten Heizbetriebs und öffnet den Ventilöffnungsgrad des externen Expansionsventils 6 vollständig. Dann wird der Kompressor 2 in Betrieb genommen, und das vom Kompressor 2 geförderte Hochtemperaturkältemittel strömt durch den Wärmeableiter 4 und das externe Expansionsventil 6 in den externen Wärmetauscher 7, um die Wärme abzuleiten. Hierdurch wird der Frost an dem externen Wärmetauscher 7 geschmolzen. Wenn die vom externen Wärmetauscher-Temperatursensor 54 erfasste Temperatur TXO des externen Wärmetauschers höher ist als die vorgegebene Entfrostung-Endtemperatur (z. B. +3°C), beendet der Controller 32 den Entfrostungsbetrieb in der Annahme, dass die Entfrostung des externen Wärmetauschers 7 abgeschlossen ist.
  • (7) Erster Abwärmerückgewinnung-Heizmodus und zweiter Abwärmerückgewinnung-Heizmodus im Heizbetrieb sowie Umschaltsteuerung der Betriebsmodi
  • Nachstehend werden anhand der Zeichnungen 6 bis 8 ein erster Abwärmerückgewinnung-Heizmodus und ein zweiter Abwärmerückgewinnung-Heizmodus im Heizbetrieb sowie die Umschaltsteuerung zwischen diesen und dem normalen Heizmodus im Heizbetrieb erläutert. Hierbei steigt die Temperatur der Batterie 55 durch Selbsterhitzung an. Der Controller 32 weist im Heizbetrieb neben dem oben erwähnten normalen Heizbetrieb einen ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus und einen zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus, die derart umgeschaltet werden, dass diese die Abwärme der Batterie 55 zurückgewinnen und zur Beheizung der Fahrgastzelle durch den Wärmeableiter 4 nutzen.
  • (7-1) Erster Abwärmerückgewinnung-Heizmodus
  • 6 zeigt den Kältemittelfluss im Kältemittelkreislauf R (durchgezogene Pfeile) im ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus. In diesem ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus öffnet der Controller 32 das Magnetventil 22 und das Hilfsexpansionsventil 73, um den Ventilöffnungsgrad im normalen Heizmodus des in 3 dargestellten Kältemittelkreislaufs R zu steuern. Die Heizmittelerwärmungsheizung 66 wird je nach Bedarf erwärmt.
  • Hierdurch wird ein Teil des Kältemittels vom Wärmeableiter 4 stromaufwärts des externen Expansionsventils 6 abgezweigt und gelangt über die Kältemittelleitung 13F in die Kältemittelleitung 13B stromaufwärts des internen Expansionsventils 8. Das Kältemittel strömt danach in die Abzweigleitung 72 ein und strömt nach der Verringerung des Drucks durch das Hilfsexpansionsventil 73 über die Abzweigleitung 72 in den Kältemittelkanal 64B des Kältemittel-Wärmetauschers 64 ein und verdampft. Hierbei wird die Wärmeabsorptionswirkung entfaltet. Das im Kältemittelkanal 64B verdampfte Kältemittel strömt der Reihe nach über die Kältemittelleitung 74, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 und wird in den Kompressor 2 gesaugt (in 6 durch die durchgezogenen Pfeile dargestellt).
  • Demgegenüber strömt das von der Umwälzpumpe 62 geförderte Heizmittel in der Reihenfolge des Heizmittel-Strömungskanals 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64, der Heizmittelerwärmungsheizung 66 und der Batterie 55 durch die Heizmittel-Leitung 68 und wird in die Umwälzpumpe 62 gesaugt, und dieser Kreislauf wiederholt sich (dargestellt durch die gestrichelten Pfeile in 6).
  • Dementsprechend wird das Heizmittel, das vom Kältemittel im Heizmittelkanal 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 absorbiert und gekühlt wird, über die Heizmittelerwärmungsheizung 66 zur Batterie 55 umgewälzt, wo die Wärme mit der Batterie 55 austauscht wird, um Abwärme von der Batterie 55 zurückzugewinnen und die Batterie 55 abzukühlen. Die von der Batterie 55 zurückgewonnene Abwärme wird vom Kältemittel im Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 gepumpt und trägt zur Beheizung der Fahrgastzelle durch den Wärmeableiter 4 bei.
  • (7-2) Zweiter Abwärmerückgewinnung-Heizmodus
  • 7 zeigt den Kältemittelfluss im Kältemittelkreislauf R (durchgezogene Pfeile) im zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus. In diesem zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus schließt der Controller 32 das externe Expansionsventil 6 vollständig und schließt das Magnetventil 21. Hierdurch wird der Zufluss des Kältemittels in den externen Wärmetauscher 7 unterbunden. Demgegenüber wird das Magnetventil 22 geöffnet und das Hilfsexpansionsventil 73 wird ebenfalls geöffnet, um den Ventilöffnungsgrad zu steuern. Die Heizmittelerwärmungsheizung 66 wird bei Bedarf aufgeheizt.
  • Hierdurch strömt nicht das gesamte Kältemittel vom Wärmeableiter 4 in das externe Expansionsventil 6, sondern über die Kältemittelleitung 13F in die Kältemittelleitung 13B stromaufwärts des Kältemittels des internen Expansionsventils 8. Das Kältemittel strömt danach in die Abzweigleitung 72 ein und strömt nach der Verringerung des Drucks durch das Hilfsexpansionsventil 73 über die Abzweigleitung 72 in den Kältemittelkanal 64B des Kältemittel-Wärmetauschers 64 und verdampft. Hier wird die Wärmeabsorptionswirkung entfaltet. Das im Kältemittelkanal 64B verdampfte Kältemittel strömt der Reihe nach über die Kältemittelleitung 74, die Kältemittelleitung 13C und den Akkumulator 12 und wird in den Kompressor 2 gesaugt (in 7 durch die durchgezogenen Pfeile dargestellt).
  • Demgegenüber strömt das von der Umwälzpumpe 62 geförderte Heizmittel in der Reihenfolge des Heizmittel-Strömungskanals 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64, der Heizmittelerwärmungsheizung 66 und der Batterie 55 durch die Heizmittel-Rohrleitung 68 und wird in die Umwälzpumpe 62 gesaugt, und dieser Kreislauf wiederholt sich (in 7 durch gestrichelte Pfeile dargestellt).
  • Dementsprechend wird das Heizmittel, dessen Wärme vom Kältemittel im Heizmittelkanal 64A des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 absorbiert und gekühlt wird, über die Heizmittelerwärmungsheizung 66 zur Batterie 55 umgewälzt, wo es Wärme mit der Batterie 55 austauscht, um Abwärme von der Batterie 55 zurückzugewinnen und die Batterie 55 abzukühlen. Die von der Batterie 55 zurückgewonnene Abwärme wird vom Kältemittel im Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 gepumpt und zur Beheizung der Fahrgastzelle durch den Wärmeableiter 4 genutzt.
  • (7-3) Umschaltsteuerung von Betriebsmodi im Heizbetrieb
  • Nachstehend wird anhand von 8 die Umschaltsteuerung des oben erwähnten normalen Heizbetriebs, des ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus und des zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus im Heizbetrieb erläutert. Der Controller 32 nimmt die vom Heizmitteltemperatursensor 77 erfasste Heizmitteltemperatur Tw und die vom Außenlufttemperatursensor 33 erfasste Außenlufttemperatur Tam im Schritt S1 von 8 auf. Dann wird beurteilt, ob die Temperatur des Heizmittels Tw gleich oder größer als ein vorgegebener erster Schwellwert (Außenlufttemperatur Tam + α) ist (Tw ≥ Tam + α).
  • Dieses α ist ein Wert größer oder gleich Null, und daher wird der erste Schwellwert (Tam + α) im Bereich der Außenlufttemperatur Tam oder höher festgelegt. Liegt die Temperatur des Heizmittels Tw unter dem ersten Schwellwert (Tam + α), so geht der Controller 32 zu Schritt S4 über, um den oben beschriebenen normalen Heizmodus (3) durchzuführen. Hierdurch absorbiert das Kältemittel im externen Wärmetauscher 7 Wärme von der Außenluft, und der Wärmeableiter 4 nutzt diese von der Außenluft gepumpte Wärme, um die Fahrgastzelle zu heizen.
  • Ist demgegenüber die Temperatur des Heizmittels Tw in Schritt S1 gleich oder größer als ein erster Schwellwert (Tam + α), so geht der Controller 32 zu Schritt S2 über, um wiederum zu beurteilen, ob die Temperatur des Heizmittels Tw gleich oder größer als ein vorgegebener zweiter Schwellwert (Außenlufttemperatur Tam + β) (Tw ≥ Tam + β) ist. Dieses β ist ein Wert größer als α. Daher wird der zweite Schwellwert (Tam + β) auf einen höheren Wert als der erste Schwellwert (Tam + α) festgelegt.
  • Wenn die Temperatur des Heizmittels Tw in diesem Schritt S2 unter dem zweiten Schwellwert (Tam + β) liegt, geht der Controller 32 zu Schritt S5 über. In diesem Schritt S5 vergleicht der Controller 32 den im Ausführungsbeispiel vom Saugdrucksensor 45 erfassten Saugkältemitteldruck Ps des Kompressors 2 mit einem vorgegebenen Wert Ps1. Dieser vorgegebene Wert Ps1 ist ein vorgegebener niedriger Wert. Der Saugkältemitteldruck Ps kann aus der Saugkältemitteltemperatur Ts (erfasst durch den Saugtemperatursensor 44) berechnet werden, die ein Indikator für den Saugkältemitteldruck Ps ist.
  • Dann beurteilt der Controller 32, ob der Zustand, in dem der Saugkältemitteldruck Ps niedriger als der vorgegebene Wert Ps1 ist und die Abnahmerate größer als die vorgegebene Rate R1 ist, für eine vorgegebene Zeit t1 andauert oder nicht (Bedingung für die Beurteilung des Saugkältemitteldrucks). Wenn die Bedingung für die Beurteilung des Saugkältemitteldrucks nicht erfüllt ist (N), geht der Controller 32 zu Schritt S6 über und führt den oben beschriebenen ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus (6) durch.
  • Hierdurch absorbiert das Kältemittel im externen Wärmetauscher 7 und im Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 Wärme von der Außenluft und vom Heizmittel, und der Wärmeableiter 4 heizt die Fahrgastzelle mit der von der Außenluft gepumpten Wärme und der über das Heizmittel von der Batterie 55 gepumpten Wärme, so dass die Frostbildung im externen Wärmetauscher 7 unterdrückt wird.
  • Liegt dagegen die Temperatur des Heizmittels Tw in Schritt S2 über einem zweiten Schwellwert (Tam + β), so geht der Controller 32 zu Schritt S3 über, um den oben beschriebenen zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus (7) durchzuführen. Hierdurch absorbiert das Kältemittel die Wärme des Heizmittels im Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64, und der Wärmeableiter 4 heizt die Fahrgastzelle mit der von der Batterie 55 über dieses Heizmittel gepumpten Wärme. Hierdurch absorbiert das Kältemittel im externen Wärmetauscher 7 keine Wärme, so dass die Frostbildung im externen Wärmetauscher 7 gestoppt wird.
  • Wenn die Bedingung für die Beurteilung des Saugkältemitteldrucks in Schritt S5 erfüllt ist, geht der Controller 32 zu Schritt S3 über, um den oben beschriebenen zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus (7) durchzuführen. D. h., selbst wenn die Temperatur des Heizmittels Tw in Schritt S2 niedriger als der zweite Schwellwert (Tam + β) ist, wenn der Saugkältemitteldruck Ps niedriger als der vorgegebene Wert Ps1 ist und der Zustand, in dem die Abnahmerate größer als die vorgegebene Rate R1 ist, für eine vorgegebene Zeit tl andauert, wird der zweite Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt.
  • Wie oben beschrieben, wählt der Controller 32 bei der vorliegenden Erfindung im Heizbetrieb auf der Basis der Heizmitteltemperatur Tw und der Außenlufttemperatur Tam mindestens einen des externen Wärmetauschers 7 und des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers 64 aus, und nach der Verringerung des Drucks des Kältemittels, dessen Wärme vom Wärmeableiter 4 abgeleitet wird, wird die Wärme vom ausgewählten externen Wärmetauscher 7 und/oder Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 absorbiert, so dass die Abwärmerückgewinnung von der Batterie 55 (wärmeerzeugendes System) mit einer relativ einfachen Ausbildung gesteuert werden kann und die Frostbildung am externen Wärmetauscher 7 unterdrückt werden kann.
  • D. h., in der vorliegenden Erfindung wird anhand der Außenlufttemperatur Tam beurteilt, ob sich Frost an dem externen Wärmetauscher 7 leicht bildet oder nicht, und durch den Vergleich der Außenlufttemperatur Tam mit der Heizmitteltemperatur Tw wird beurteilt, ob die Abwärme von der Batterie 55 zurückgewonnen werden kann oder nicht.
  • Im Ausführungsbeispiel ist der Controller 32 mit Heizmodi versehen: einem normalen Heizmodus, bei dem der Zufluss von Kältemittel in den Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 unterbunden ist, die Wärme des vom Kompressor 2 geförderten Kältemittels im Wärmeableiter 4 abgeleitet wird und das Kältemittel mit der abgeleiteten Wärme bezüglich des Drucks verringert wird und danach im externen Wärmetauscher 7 absorbiert wird; und der erste Abwärmerückgewinnung-Heizmodus ist vorgesehen, bei dem die Wärme des vom Kompressor 2 geförderten Kältemittels im Wärmeableiter 4 abgeleitet wird, das Kältemittel mit der abgeleiteten Wärme bezüglich des Drucks verringert wird und danach die Wärme im externen Wärmetauscher 7 und im Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 absorbiert wird. Ist die Temperatur des Heizmittels Tw niedriger als der vorgegebene erste Schwellwert (Tam + α), der in einem Bereich oberhalb der Außenlufttemperatur Tam festgelegt wird, so wird der normale Heizmodus durchgeführt, und ist die Temperatur höher als der erste Schwellwert (Tam + α), so wird der erste Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt, so dass die Umschaltung zwischen dem normalen Heizbetrieb und dem ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus mit einer relativ einfachen Ausbildung ungehindert gesteuert werden kann und die Frostbildung am externen Wärmetauscher 7 wirksam unterdrückt werden kann.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der Controller 32 mit einem zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus versehen, bei dem der Zufluss von Kältemittel in den externen Wärmetauscher 7 unterbunden wird, die Wärme des vom Kompressor 2 geförderten Kältemittels im Wärmeableiter 4 abgeleitet wird und das Kältemittel mit der abgeleiteten Wärme bezüglich des Drucks verringert wird und danach die Wärme im Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 64 absorbiert wird, und wenn die Temperatur des Heizmittels (Tw) höher ist als der vorgegebene zweite Schwellwert (Tam + β), der höher ist als der erste Schwellwert (Tam + α), der zweite Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt wird, so dass im Zustand, in dem mehr Abwärme von der Batterie 55 zurückgewonnen werden kann, die Wärmeabsorption durch den externen Wärmetauscher 7 gestoppt wird und die Fahrgastzelle lediglich durch die Abwärme von der Batterie 55 geheizt werden kann, so dass die Frostbildung am externen Wärmetauscher 7 effektiver unterdrückt werden kann.
  • Darüber hinaus führt der Controller 32 im Ausführungsbeispiel den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus auf der Basis des Saugkältemitteldrucks Ps des Kompressors 2 durch, selbst wenn die Temperatur des Heizmittels Tw niedriger als der zweite Schwellwert (Tam + β) ist, wenn diese höher als der erste Schwellwert (Tam + α) ist, so dass es möglich ist, anhand des Saugkältemitteldrucks Ps des Kompressors 2 zu beurteilen, ob sich Frost an dem externen Wärmetauscher 7 leicht bildet, und die Wärmeabsorption durch den externen Wärmetauscher 7 zu stoppen.
  • Wenn die Temperatur des Heizmittels Tw höher als der erste Schwellwert (Tam + α) und niedriger als der zweite Schwellwert (Tam + β) ist, und wenn der Zustand, in dem der Ansaugkältemitteldruck Ps des Kompressors 2 niedriger als der vorgegebene Wert Ps1 ist und dessen Abnahmerate größer als die vorgegebene Rate R1 ist, für eine vorgegebene Zeit tl andauert, kann der Controller 32 den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchführen, so dass der Verlauf der Frostbildung des externen Wärmetauschers 7 genau unterbunden und das Heizen fortgesetzt werden kann.
  • Dies ist für die Fahrzeugklimaanlage 1, die den Entfrostungsbetrieb durchführt, dann besonders effektiv, wenn der Controller 32 die Batterie 55 wie im Ausführungsbeispiel mit einem Schnellladegerät (externe Stromquelle) auflädt.
  • Im Ausführungsbeispiel wird ein Fall erläutert, in dem die Batterie 55 über ein Heizmittel abgekühlt wird, jedoch kann in den anderen Erfindungen abgesehen von Anspruch 6 ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der direkt mit der Batterie 55 Wärme austauscht, so dass die Wärme direkt von der Batterie 55 durch das Kältemittel absorbiert wird. In diesem Fall wird der Betriebsmodus im Heizbetrieb anhand der Batterietemperatur Tcell anstelle der Heizmitteltemperatur Tw umgeschaltet.
  • Im Ausführungsbeispiel wird eine Fahrzeugklimaanlage erläutert, die neben dem Heizbetrieb auch einen Entfeuchtungs- und Heizbetrieb, einen Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb, einen Kühlbetrieb und einen Entfrostungsbetrieb durchführt. Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben erwähnten Betriebsarten, und bei anderen Erfindungen als den Ansprüchen 7 und 8 ist sie auch für eine Fahrzeugklimaanlage effektiv, die lediglich Heizbetrieb, oder einen des oben genannten Klimatisierungsbetriebs oder Entfrostungsbetriebs oder eine Kombination derselben durchführt.
  • Es versteht sich von selbst, dass die in den Ausführungsbeispielen erläuterte Ausbildung des Controllers 32, des Kältemittelkreislaufs R der Fahrzeugklimaanlage 1 und der Abwärmerückgewinnungsvorrichtung 61 nicht auf diese beschränkt ist und geändert werden kann, ohne vom Inhalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeugklimaanlage
    2
    Kompressor
    4
    Wärmeableiter
    6
    externes Expansionsventil
    7
    externer Wärmetauscher
    8
    internes Expansionsventil
    9
    Wärmeabsorber
    13
    Kältemittelleitung
    32
    Controller (Steuervorrichtung)
    55
    Batterie (wärmeerzeugendes Gerät)
    61
    Abwärmerückgewinnungsvorrichtung
    62
    Umwälzpumpe (Umwälzeinrichtung)
    64
    Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher (Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme)
    68
    Heizmittelleitung
    72
    Abzweigleitung
    73
    Hilfsexpansionsventil
    74
    Kältemittelleitung
    R
    Kältemittelkreislauf

Claims (8)

  1. Fahrzeugklimaanlage, versehen mit: einem Kompressor zum Komprimieren eines Kältemittels, einem Wärmeableiter zum Erwärmen von einer Fahrgastzelle zugeführter Luft durch Ableiten der Wärme des Kältemittels, einem außerhalb der Fahrgastzelle vorgesehenen externen Wärmetauscher und einer Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung zumindest einen Heizbetrieb zum Heizen der Fahrgastzelle durch Ableiten der Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme, der zur Rückgewinnung der Abwärme von einem im Fahrzeug installierten wärmeerzeugenden Gerät mittels des Kältemittels dient, vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung im Heizbetrieb auf der Basis der Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder eines Indikatorwertes, der die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts anzeigt, und der Außenlufttemperatur mindestens einen des externen Wärmetauschers und des Wärmetauschers zur Rückgewinnung von Abwärme auswählt, und nach der Verringerung des Drucks des Kältemittels mit der im Wärmeableiter abgeleiteten Wärme die Wärme in dem ausgewählten externen Wärmetauscher und/oder Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird.
  2. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung aufweist: einen normalen Heizmodus, bei dem der Zufluss des Kältemittels in den Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme unterbunden wird, die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im externen Wärmetauscher absorbiert wird, und einen ersten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im externen Wärmetauscher und im Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird, wobei, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators niedriger als ein vorgegebener erster Schwellwert ist, der in einem Bereich oberhalb der Außenlufttemperatur festgelegt wird, der normale Heizmodus durchgeführt wird, und wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert ist, der erste Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt wird.
  3. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus aufweist, bei dem der Zufluss des Kältemittels in den externen Wärmetauscher unterbunden wird, die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels im Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird, und danach die Wärme im Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme absorbiert wird, wobei, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als ein vorgegebener zweiter Schwellwert ist, der höher als der erste Schwellwert ist, der zweite Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchgeführt wird.
  4. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung auf der Basis des Wertes des Indikators, der den Ansaugkältemitteldruck des Kompressors anzeigt, den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchführt, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert ist, selbst wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators niedriger als der zweite Schwellwert ist.
  5. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung den zweiten Abwärmerückgewinnung-Heizmodus durchführt, wenn der Zustand, in dem der Wert des Indikators, der den Ansaugkältemitteldruck des Kompressors anzeigt, niedriger als ein vorgegebener Wert ist und die Abnahmerate größer als eine vorgegebene Rate ist, für eine vorgegebene Zeit andauert, wenn die Temperatur des wärmeerzeugenden Geräts oder der Wert des Indikators gleich oder höher als der erste Schwellwert und niedriger als der zweite Schwellwert ist.
  6. Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwälzeinrichtung zum Umwälzen des Heizmittels zwischen dem wärmeerzeugenden Gerät und einem Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung Abwärme von dem wärmeerzeugenden Gerät zurückgewinnt, indem eine Temperatur des Heizmittels auf einen Wert des Indikators festgelegt wird und in dem Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Abwärme Wärme von dem Heizmittel durch das Kältemittel absorbiert wird.
  7. Fahrzeugklimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeabsorber zur Kühlung von der Fahrgastzelle zugeführter Luft durch Absorption der Wärme des Kältemittels vorgesehen ist, wobei die Steuervorrichtung aufweist: einen Entfeuchtungs- und Heizbetrieb, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels durch den Wärmeableiter abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird und danach die Wärme im Wärmeabsorber und externen Wärmetauscher absorbiert wird, einen Entfeuchtungs- und Kühlbetrieb, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels durch den Wärmeableiter und den externen Wärmetauscher abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird und danach die Wärme im Wärmeabsorber absorbiert wird, einen Kühlbetrieb, bei dem die Wärme des vom Kompressor geförderten Kältemittels durch den externen Wärmetauscher abgeleitet wird, der Druck des Kältemittels mit der abgeleiteten Wärme verringert wird und danach die Wärme im Wärmeabsorber absorbiert wird, und einen Entfrostungsbetrieb, bei dem das vom Kompressor geförderte Kältemittel in den externen Wärmetauscher eingelassen wird, um den externen Wärmetauscher zu entfrosten.
  8. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeerzeugende Gerät eine im Fahrzeug installierte Batterie ist, der Kompressor von der Batterie mit Strom versorgt und angetrieben wird, und die Steuervorrichtung bei Aufladen der Batterie durch eine externe Stromquelle den Entfrostungsbetrieb durchführt.
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