DE112021003467T5

DE112021003467T5 - Kühlzyklusvorrichtung

Info

Publication number: DE112021003467T5
Application number: DE112021003467.7T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Suzuki; Satoshi Itoh; Takuya Mitsuhashi; Atsushi Yamada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2023-04-20
Also published as: CN115666985A; US20230091458A1; JP2022010766A; WO2022004159A1; JP7435308B2

Abstract

Eine Kühlzyklusvorrichtung hat: einen Kompressor (11), der ein Kühlmittel ansaugt, komprimiert und abgibt; eine Wärmeabstrahlungseinheit (12, 42), die bewirkt, dass das von dem Kompressor abgegebene Kühlmittel Wärme abgibt, um Luft zu erwärmen, die zu einem Raum im Inneren einer Fahrzeugkabine geliefert wird; eine Dekompressionseinheit (14a, 14c), die das Kühlmittel dekomprimiert, das Wärme in der Wärmeabstrahleinheit abgegeben hat; eine Außenluftwärmeabsorbiereinheit (16, 19, 50, 54), die bewirkt, dass das durch die Dekompressionseinheit dekomprimierte Kühlmittel Wärme von der Außenluft absorbiert; eine Abwärmeabsorbiereinheit (19), die bewirkt, dass das durch die Dekompressionseinheit dekomprimierte Kühlmittel Abwärme einer Abwärmevorrichtung (80, 56) absorbiert; einen Verschluss (90), der öffnet und schließt, um eine Öffnung eines Kanals für die Außenluft zu regulieren, die zu der Außenluftwärmeabsorbiereinheit eingeleitet wird; und eine Steuereinheit (60), die den Verschluss schließt, wenn bestimmt wird, dass eine Menge an Abwärme der Abwärmevorrichtung größer ist als eine Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in der Außenluftwärmeabsorbiereinheit und der Abwärmeabsorbiereinheit absorbiert wird.

Description

Querverweis auf zugehörige Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung ist auf die am 29. Juni 2020 angemeldete japanische Patentanmeldung JP 2020-111492 gegründet, auf deren Offenbarung hierbei Bezug genommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlzyklusvorrichtung für ein Fahrzeug.
Hintergrund des Standes der Technik
Herkömmlich hat eine in Patentdokument 1 beschriebene Kühlzyklusvorrichtung für ein Fahrzeug einen Wärmetauscher, der als ein Kondensator fungiert, wenn die Luft in einer Fahrzeugkabine gekühlt wird, und der als ein Verdampfer fungiert, wenn die Luft in der Fahrzeugkabine erwärmt wird.
Der Pfad, durch den Luft von der Außenseite eines Fahrzeugs zu dem Wärmetauscher strömt, wird durch eine Verschlussvorrichtung geöffnet und verschlossen. In einem Fall, bei dem der Wärmetauscher als ein Kondensator fungiert, ist die Verschlussvorrichtung geöffnet, und in dem Wärmetauscher wird ein Kühlmittel durch Abstrahlen von Wärme zu der Luft kondensiert, die von der Außenseite des Fahrzeugs strömt. In einem Fall, bei dem der Wärmetauscher als ein Verdampfer fungiert, ist die Verschlussvorrichtung geschlossen, und in dem Wärmetauscher strömt die Luft von der Außenseite des Fahrzeugs nicht in den Wärmetauscher, und das Kühlmittel verdampft, indem es Abwärme eines Verbrennungsmotors absorbiert. Das heißt eine Energieeinsparung beim Fahrzeug wird erzielt, indem eine Lufterwärmung in der Fahrzeugkabine unter Verwendung der Abwärme des Verbrennungsmotors ausgeführt wird.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1: JP 2019-51899 A
Zusammenfassung
Wenn in dieser herkömmlichen Technik die Abwärme des Verbrennungsmotors nicht ausreichend in einem Fall erlangt werden kann, bei dem der Wärmetauscher als ein Verdampfer fungiert, kann ein Lufterwärmen in der Fahrzeugkabine nicht in ausreichender Weise ausgeführt werden. Beispielsweise kann es in einem Fahrzeug sein, bei dem die Häufigkeit des Betriebs des Verbrennungsmotors gering ist wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug, dass die Abwärme des Verbrennungsmotors geringer ist als die Menge an Wärme, die für das Lufterwärmen benötigt wird, und somit kann die Luft in der Fahrzeugkabine nicht ausreichend erwärmt werden. Daher kann eine Energieeinsparung nicht ausreichend erzielt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlzyklusvorrichtung zu schaffen, die effektiv Energie für ein Fahrzeug einsparen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Kühlzyklusvorrichtung einen Kompressor, eine Wärmeabstrahleinheit, eine Dekompressionseinheit, eine Außenluftwärmeabsorbiereinheit, eine Abwärmeabsorbiereinheit, einen Verschluss und eine Steuereinheit.
Der Kompressor saugt ein Kühlmittel an, komprimiert dieses und gibt dieses ab. Die Wärmeabstrahleinheit bewirkt, dass das von dem Kompressor abgegebene Kühlmittel Wärme abstrahlt, um zu einem Raum im Inneren einer Fahrzeugkabine gelieferte Luft zu erwärmen. Die Dekompressionseinheit dekomprimiert das Kühlmittel, das die Wärme in der Wärmeabstrahleinheit abgestrahlt hat.
Die Außenluftwärmeabsorbiereinheit bewirkt, dass das durch die Dekompressionseinheit dekomprimierte Kühlmittel Wärme von der Außenluft absorbiert. Die Abwärmeabsorbiereinheit bewirkt, dass das durch die Kompressionseinheit dekomprimierte Kühlmittel Abwärme von einer Abwärmevorrichtung absorbiert. Der Verschluss öffnet und schließt, um eine Öffnung eines Kanals (eines Durchtritts) für die Außenluft, die in die Außenluftwärmeabsorbiereinheit eingeleitet wird, zu regulieren.
Die Steuereinheit verschließt den Verschluss in einem Fall, bei dem bestimmt wird, dass eine Menge an Abwärme der Abwärmevorrichtung größer ist als eine Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in der Außenluftwärmeabsorbiereinheit und der Abwärmeabsorbiereinheit absorbiert wird.
Demgemäß absorbiert nicht nur die Abwärmeabsorbiereinheit Wärme von der Abwärmevorrichtung, sondern absorbiert auch die Außenluftwärmeabsorbiereinheit Wärme von der Außenluft zum Ausführen eines Lufterwärmens, sodass eine Energieeinsparung beim Lufterwärmen erzielt werden kann. Darüber hinaus ist in einem Fall, bei dem die Außenluftwärmeabsorbiereinheit nicht Wärme von der Außenluft zum Lufterwärmen absorbieren muss, der Verschluss geschlossen, sodass der Fahrwiderstand des Fahrzeugs reduziert werden kann und eine Energieeinsparung beim Fahrzeug erzielt werden kann.
Figurenliste
Die vorstehend dargelegten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.

1 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine Blockdarstellung einer elektrischen Steuereinheit einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozessabschnittes zum Steuern eines Steuerprogramms in dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt eine grafische Darstellung eines Temperaturbereiches für eine Batterie und eine Kühlzielanlage im ersten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses in einem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus im ersten Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei eine Strömung eines Kühlmittels in dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus gezeigt ist.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses in einem Parallelerwärmungsmodus im ersten Ausführungsbeispiel.
8 zeigt eine Steuercharakteristikdarstellung eines Expansionsventilöffnungsmusters in dem Parallelerwärmungsmodus im ersten Ausführungsbeispiel.
9 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei eine Strömung eines Kühlmittels in dem Parallelerwärmungsmodus gezeigt ist.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses in einem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus im ersten Ausführungsbeispiel.
11 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei eine Strömung eines Kühlmittels in dem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus gezeigt ist.
12 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Wiedergewinnungsmenge an Abwärme in der Kühlzyklusvorrichtung, einem Energieverbrauch eines Kompressors und einem Verdampfungsdruck der Kühlzyklusvorrichtung im ersten Ausführungsbeispiel.
13 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Verschlussöffnung, einer Menge an Luft, die zu einem Außenwärmetauscher geführt wird, und einem Luftwiderstandswert eines Fahrzeugs im ersten Ausführungsbeispiel.
14 zeigt eine Steuercharakteristikdarstellung eines Expansionsventilöffnungsmusters und einer vorbestimmten Öffnung eines Kühlexpansionsventils in einem Parallelerwärmungsmodus in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
15 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
16 zeigt eine Gesamtaufbaudarstellung einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsbeispielen kann einem Abschnitt, der einem in einem vorherigen Ausführungsbeispiel beschriebenen Gegenstand entspricht, das gleiche Bezugszeichen zugewiesen sein und eine wiederholte Erläuterung für diesen Abschnitt kann unterbleiben. Wenn lediglich ein Teil eines Aufbaus in einem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann ein anderes vorhergehendes Ausführungsbeispiel auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden. Die Teile können sogar dann miteinander kombiniert werden, wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsbeispiele können abschnittsweise sogar dann kombiniert werden, wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, unter der Voraussetzung, dass die Kombination nicht schädlich ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein erstes Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 beschrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Kühlzyklusvorrichtung 10 bei einer Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 angewendet, die an einem elektrischen Fahrzeug montiert ist, das eine Antriebskraft zum Fahren von einem Elektromotor erlangt. Die Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 ist eine Luftkonditioniereinrichtung mit einer Batterietemperaturregulierfunktion. Die Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 führt ein Luftkonditionieren in einem Fahrzeugkabinenraum aus, der ein Raum ist, dessen Luft zu konditionieren ist, und sie reguliert außerdem die Temperatur einer Batterie 80.
Die Batterie 80 ist eine Sekundärbatterie, die zu einer im Fahrzeug befindlichen Vorrichtung wie beispielsweise ein Elektromotor gelieferte elektrische Energie speichert. Die Batterie 80 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist eine Lithiumionenbatterie. Die Batterie 80 ist eine sogenannte zusammengebaute Batterie, die ausgebildet ist, indem eine Vielzahl an Batteriezellen 81 gestapelt und angeordnet sind und diese Batteriezellen 81 in Reihe oder parallel elektrisch verbunden sind.
Die Abgabeleistung dieser Art an Batterie nimmt wahrscheinlich bei einer niedrigen Temperatur ab, und die Batterie verschlechtert sich wahrscheinlich bei einer hohen Temperatur. Daher muss die Temperatur der Batterie innerhalb eines geeigneten Temperaturbereiches (im vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich wie oder höher als 15°C und gleich wie oder niedriger als 55°C) gehalten werden, in dem die Auflade- und Abgabefähigkeit der Batterie ausreichend genutzt werden kann.
Daher kann in der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 die Batterie durch Kälte gekühlt werden, die durch die Kühlzyklusvorrichtung 10 erzeugt wird. Das Kühlziel (anders ausgedrückt der Wärmeabsorbiergegenstand) in der Kühlzyklusvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist Luft und die Batterie 80. Die Batterie 80 ist eine Abwärmevorrichtung, die Abwärme während des Betriebs erzeugt.
Wie dies in der Gesamtaufbaudarstellung von 1 gezeigt ist, hat die Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 die Kühlzyklusvorrichtung 10, eine Innenluftkonditioniereinrichtung 30, einen hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40, einen niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 und dergleichen.
Um das Luftkonditionieren in der Fahrzeugkabine auszuführen, kühlt die Kühlzyklusvorrichtung 10 die zu der Fahrzeugkabine gelieferte Luft und erwärmt sie ein hochtemperaturseitiges Wärmemedium, das in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 zirkuliert. Um die Batterie 80 zu kühlen, kühlt die Kühlzyklusvorrichtung 10 ein niedrigtemperaturseitiges Wärmemedium, das in dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 zirkuliert.
Die Kühlzyklusvorrichtung 10 kann die Kühlkreisläufe in verschiedene Betriebsmodi schalten, um ein Luftkonditionieren in der Fahrzeugkabine auszuführen. Beispielsweise kann ein Schalten zwischen einem Kühlkreislauf in einem Luftkühlmodus, einem Kühlkreislauf in einem Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsmodus, einem Kühlkreislauf in einem Lufterwärmungsmodus und dergleichen ausgeführt werden. Die Kühlzyklusvorrichtung 10 kann zwischen einem Betriebsmodus, bei dem die Batterie 80 gekühlt wird, und einem Betriebsmodus, bei dem die Batterie 80 nicht gekühlt wird, bei den einzelnen Luftkonditionierbetriebsmodi schalten.
Die Kühlzyklusvorrichtung 10 verwendet ein HFO-Kühlmittel (genauer gesagt R1234yf) als ein Kühlmittel und bildet einen subkritischen Dampfkompressionskühlzyklus, in dem der Druck des von einem Kompressor 11 abgegebenen Abgabekühlmittels den kritischen Druck des Kühlmittels nicht überschreitet. Ein Kühlöl zum Schmieren des Kompressors 11 wird mit dem Kühlmittel vermischt. Ein Teil des Kühlöls zirkuliert in dem Zyklus zusammen mit dem Kühlmittel.
Unter den Komponenten der Kühlzyklusvorrichtung 10 saugt der Kompressor 11 das Kühlmittel in der Kühlzyklusvorrichtung 10 an, komprimiert dieses und gibt dieses ab. Der Kompressor 11 ist an der Vorderseite der Fahrzeugkabine angeordnet und ist auch in einer Antriebseinheitskammer angeordnet, in der ein Elektromotor und dergleichen untergebracht ist. Der Kompressor 11 ist ein elektrischer Kompressor, bei dem ein Kompressionsmechanismus der feststehenden Leistungsart (feststehende Kapazität) durch einen Elektromotor drehend angetrieben wird. Die Drehzahl (d.h. die Kühlmittelabgabefähigkeit) des Kompressors 11 wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von einer Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Die Einlassanschlussseite (Einlassöffnungsseite) eines Kühlmittelkanals in einem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 ist mit einem Abgabeanschluss (Abgabeöffnung) des Kompressors 11 verbunden. Der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 hat einen Kühlmittelkanal, in dem ein von dem Kompressor 11 abgegebenes Hochdruckkühlmittel strömt, und einen Wasserkanal, in dem das hochtemperaturseitige Wärmemedium strömt, das in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 zirkuliert. Der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 ist ein erwärmender Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem in dem Kühlmittelkanal strömenden Hochdruckkühlmittel und dem in dem Wasserkanal strömenden hochtemperaturseitigen Wärmemedium austauscht, um das hochtemperaturseitige Wärmemedium zu erwärmen.
Die Einlassanschlussseite (Einlassöffnungsseite) einer ersten Drei-Wege-Verbindung 13a mit drei Einlass- und Auslassanschlüssen, die miteinander in Kommunikation stehen, ist mit dem Auslassanschluss des Kühlmittelkanals in dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 verbunden. Als eine solche Drei-Wege-Verbindung kann eine Drei-Wege-Verbindung, die durch Verbinden einer Vielzahl an Rohren ausgebildet wird, oder eine Drei-Wege-Verbindung angewendet werden, die durch Vorsehen einer Vielzahl an Kühlmittelkanälen in einem Metallblock oder einem Kunststoffblock ausgebildet ist.
Die Kühlzyklusvorrichtung 10 hat eine zweite bis sechste Drei-Wege-Verbindung 13b bis 13f. Die Basiskonfigurationen der zweiten bis sechsten Drei-Wege-Verbindungen 13b bis 13f sind ähnlich wie bei der ersten Drei-Wege-Verbindung 13a.
Die Einlassanschlussseite (Einlassöffnungsseite) eines lufterwärmenden Expansionsventils (Lufterwärmungsexpansionsventil) 14a ist mit einem Auslassanschluss der ersten Drei-Wege-Verbindung 13a verbunden. Eine Einlassanschlussseite der zweiten Drei-Wege-Verbindung 13b ist mit dem anderen Auslassanschluss der ersten Drei-Wege-Verbindung 13a über einen Bypasskanal 22a verbunden. Ein entfeuchtendes Ein-Aus-Ventil (Entfeuchtungs-Ein-Aus-Ventil) 15a ist in dem Bypasskanal 22a angeordnet.
Das entfeuchtende Ein-Aus-Ventil 15a ist ein elektromagnetisches Ventil, das einen Kühlmittelkanal öffnet und schließt, der die andere Auslassanschlussseite der ersten Drei-Wege-Verbindung 13a und die eine Einlassanschlussseite der zweiten Drei-Wege-Verbindung 13b verbindet. Die Kühlzyklusvorrichtung 10 hat ein lufterwärmendes Ein-Aus-Ventil (Erwärmungs-Ein-Aus-Ventil / Heizungs-Ein-Aus-Ventil) 15b. Die Basiskonfiguration des lufterwärmenden Ein-Aus-Ventils 15b ist ähnlich wie bei dem entfeuchtenden Ein-Aus-Ventil 15a.
Das entfeuchtende Ein-Aus-Ventil 15a und das lufterwärmende Ein-Aus-Ventil 15b können den Kühlkreislauf in jedem Betriebsmodus schalten durch Öffnen und Schließen des Kühlmittelkanals. Das entfeuchtende Ein-Aus-Ventil 15a und das lufterwärmende Ein-Aus-Ventil 15b sind Kühlmittelkreislaufschalteinheiten, die den Kühlkreislauf (Kühlmittelkreislauf) in dem Zyklus schalten. Die Betriebsvorgänge des entfeuchtenden Ein-Aus-Ventils 15a und des lufterwärmenden Ein-Aus-Ventils 15b werden durch eine elektrische Steuerspannung gesteuert, die von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Das lufterwärmende Expansionsventil 14a ist eine Lufterwärmungsdekompressionseinheit, die das Hochdruckkühlmittel dekomprimiert, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt, und die Strömungsrate (die Massenströmungsrate) des Kühlmittels reguliert, das zu der stromabwärtigen Seite in einem Betriebsmodus strömt, der zumindest ein Lufterwärmen in der Fahrzeugkabine ausführt. Das lufterwärmende Expansionsventil 14a ist ein elektrischer variabler Drosselmechanismus, der einen Ventilkörper, der so aufgebaut ist, dass er eine Drosselöffnung ändern kann, und einen elektrischen Aktuator hat, der die Öffnung des Ventilkörpers ändert.
Die Kühlzyklusvorrichtung 10 hat ein luftkühlendes Expansionsventil (Kühlexpansionsventil) 14b und ein Kühlaggregatexpansionsventil 14c. Die Basiskonfigurationen des luftkühlenden Expansionsventils 14b und des Kühlaggregatexpansionsventil 14c sind ähnlich wie bei dem lufterwärmenden Expansionsventil 14a.
Das lufterwärmende Expansionsventil 14a, das luftkühlende Expansionsventil 14b und das Kühlaggregatexpansionsventil 14c haben eine gänzlich offene Funktion, bei der sie als einfacher Kühlmittelkanal fungieren, ohne dass sie eine Strömungsratenregulierwirkung und eine Kühlmitteldekompressionswirkung aufzeigen, indem die Ventilöffnung gänzlich geöffnet ist, und eine gänzlich geschlossene Funktion, bei der der Kühlmittelkanal geschlossen ist, indem die Ventilöffnung gänzlich geschlossen ist.
Die gänzlich offene Funktion und die gänzlich geschlossene Funktion ermöglichen, dass das lufterwärmende Expansionsventil 14a, das luftkühlende Expansionsventil 14b und das Kühlaggregatexpansionsventil 14c den Kühlmittelkreislauf (Kühlkreislauf) in jedem Betriebsmodus schalten. Das lufterwärmende Expansionsventil 14a, das luftkühlende Expansionsventil 14b und das Kühlaggregatexpansionsventil 14c fungieren als Kühlkreislaufschalteinheit. Das lufterwärmende Expansionsventil 14a, das luftkühlende Expansionsventil 14b und das Kühlaggregatexpansionsventil 14c werden durch ein Steuersignal (ein Steuerimpuls) gesteuert, das von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Die Kühlmitteleinlassanschlussseite eines Außenwärmetauschers 16 ist mit dem Auslassanschluss des lufterwärmenden Expansionsventils 14a verbunden. Der Außenwärmetauscher 16 ist ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem Kühlmittel, das aus dem lufterwärmenden Expansionsventil 14a herausströmt, und Außenluft austauscht, die durch ein (nicht gezeigtes) Kühlgebläse (Kühlerlüfterrad) geliefert wird. Der Außenwärmetauscher 16 ist an der Vorderseite der Antriebseinheitskammer angeordnet. Als ein Ergebnis kann während der Fahrt des Fahrzeugs Fahrtluft zu dem Außenwärmetauscher 16 aufgebracht werden. Der Außenwärmetauscher 16 ist eine Außenluftwärmeabstrahleinheit, die Wärme von dem Kühlmittel zur Außenluft abstrahlt (abgibt), und ist außerdem eine Außenluftwärmeabsorbiereinheit, die bewirkt, dass das Kühlmittel Wärme von der Außenluft absorbiert (aufnimmt).
Ein Verschluss 90 ist an der Vorderseite des Außenwärmetauschers 16 in der Antriebseinheitskammer angeordnet. Der Verschluss 90 öffnet und schließt so, dass die Öffnung eines Kanals reguliert wird, durch den Luft von der Außenseite des Fahrzeugs zu dem Außenwärmetauscher 16 in der Antriebseinheitskammer strömt. Wenn der Verschluss 90 offen ist (geöffnet ist), strömt Luft von der Außenseite des Fahrzeugs zu dem Außenwärmetauscher 16. Wenn der Verschluss 90 geschlossen ist, fließt Luft kaum von der Außenseite des Fahrzeugs zu dem Außenwärmetauscher 16. Der Verschluss 90 wird durch ein Steuersignal (ein Steuerimpuls) gesteuert, das von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Die Einlassanschlussseite der dritten Drei-Wege-Verbindung 13c ist mit dem Kühlmittelauslassanschluss des Außenwärmetauschers 16 verbunden. Eine Einlassanschlussseite der vierten Drei-Wege-Verbindung 13d ist mit einem Auslassanschluss der dritten Drei-Wege-Verbindung 13c durch einen Lufterwärmungskanal 22b verbunden. Das lufterwärmende Ein-Aus-Ventil 15b, das den Kühlmittelkanal öffnet und schließt, ist in dem Lufterwärmungskanal 22b angeordnet.
Die andere Einlassanschlussseite der zweiten Drei-Wege-Verbindung 13b ist mit dem anderen Auslassanschluss der dritten Drei-Wege-Verbindung 13c verbunden. Ein Rückschlagventil 17 ist in einem Kühlmittelkanal angeordnet, der die andere Auslassanschlussseite der dritten Drei-Wege-Verbindung 13c und die andere Einlassanschlussseite der zweiten Drei-Wege-Verbindung 13b verbindet. Das Rückschlagventil 17 ermöglicht, dass das Kühlmittel von der Seite der dritten Drei-Wege-Verbindung 13c zu der Seite der zweiten Drei-Wege-Verbindung 13b strömt, und verhindert, dass das Kühlmittel von der Seite der zweiten Drei-Wege-Verbindung 13b zu der Seite der dritten Drei-Wege-Verbindung 13c strömt.
Die Einlassanschlussseite der fünften Drei-Wege-Verbindung 13e ist mit dem Auslassanschluss der zweiten Drei-Wege-Verbindung 13b verbunden. Die Einlassanschlussseite des luftkühlenden Expansionsventils 14b ist mit dem einen Auslassanschluss der fünften Drei-Wege-Verbindung 13e verbunden. Die Einlassanschlussseite des Kühlaggregatexpansionsventils 14c ist mit dem anderen Auslassanschluss der fünften Drei-Wege-Verbindung 13e verbunden.
Das luftkühlende Expansionsventil 14b ist eine Luftkonditionierdekompressionseinheit, die das aus dem Außenwärmetauscher 16 herausströmende Kühlmittel dekomprimiert und die Strömungsrate des zu der stromabwärtigen Seite strömenden Kühlmittels in einem Betriebsmodus reguliert, der zumindest ein Luftkühlen in der Fahrzeugkabine ausführt.
Die Kühlmitteleinlassanschlussseite des Innenverdampfers 18 ist mit dem Auslassanschluss des luftkühlenden Expansionsventils 14b verbunden. Der Innenverdampfer 18 ist in einem Luftkonditioniergehäuse 31 der Innenluftkonditioniereinheit 30 angeordnet. Der Innenverdampfer 18 ist eine Luftkonditionierverdampfungseinheit, die Wärme zwischen dem Niedrigdruckkühlmittel, das durch das luftkühlende Expansionsventil 14b dekomprimiert wird, und der Luft, die von dem Gebläse 32 geliefert wird, austauscht, um das Niedrigdruckkühlmittel zu verdampfen, und sie kühlt die Luft, indem bewirkt wird, dass das Niedrigdruckkühlmittel eine Wärmeabsorbierwirkung ausübt. Eine Einlassanschlussseite der sechsten Drei-Wege-Verbindung 13f ist mit dem Kühlmittelauslassanschluss des Innenverdampfers 18 verbunden.
Das Kühlaggregatexpansionsventil 14c ist eine Batteriedekompressionseinheit, die das aus dem Außenwärmetauscher 16 herausströmende Kühlmittel dekomprimiert und die Strömungsrate des zu der stromabwärtigen Seite strömenden Kühlmittels in einem Betriebsmodus reguliert, bei dem zumindest die Batterie 80 gekühlt wird.
Die Einlassanschlussseite eines Kühlmittelkanals in einem Kühlaggregat 19 ist mit dem Auslassanschluss des Kühlaggregatexpansionsventils 14c verbunden. Das Kühlaggregat 19 hat einen Kühlmittelkanal, in dem das durch das Kühlaggregatexpansionsventil 14c dekomprimierte Niedrigdruckkühlmittel strömt, und einen Wasserkanal, in dem das in den niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 zirkulierende niedrigtemperaturseitige Wärmemedium strömt. Das Kühlaggregat 19 ist eine Verdampfungseinheit, die Wärme zwischen dem durch den Kühlmittelkanal strömenden Niedrigdruckkühlmittel und dem durch den Wasserkanal strömenden niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium austauscht, um das Niedrigdruckkühlmittel zu verdampfen und die Wärmeabsorbierwirkung aufzuzeigen. Das Kühlaggregat 19 ist eine Abwärmeabsorbiereinheit, die bewirkt, dass das Kühlmittel die Abwärme der Batterie 80 absorbiert (aufnimmt). Die andere Einlassanschlussseite der sechsten Drei-Wege-Verbindung 13f ist mit dem Auslassanschluss des Kühlmittelkanals in dem Kühlaggregat 19 verbunden.
Die Einlassanschlussseite des Verdampfungsdruckregulierventils 20 ist mit dem Auslassanschluss der sechsten Drei-Wege-Verbindung 13f verbunden. Das Verdampfungsdruckregulierventil 20 behält den Kühlmittelverdampfungsdruck in dem Innenverdampfer 18 bei einem vorbestimmten Referenzdruck oder höher bei, um eine Frostbildung (Einfrieren) des Innenverdampfers 18 zu unterdrücken (zu vermeiden). Das Verdampfungsdruckregulierventil 20 ist ein mechanischer variabler Drosselmechanismus, der die Ventilöffnung vergrößert, wenn der Druck des Kühlmittels an der Auslassseite des Innenverdampfers 18 zunimmt.
Das Verdampfungsdruckregulierventil 20 behält somit die Kühlmittelverdampfungstemperatur in dem Innenverdampfer 18 bei einer Einfrierunterdrückungstemperatur (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1°C) oder höher bei, bei der das Einfrieren des Innenverdampfers 18 vermieden werden kann. Das Verdampfungsdruckregulierventil 20 ist an der stromabwärtigen Seite der sechsten Drei-Wege-Verbindung 13f als ein Zusammenführabschnitt in einer Kühlmittelströmung angeordnet. Das Verdampfungsdruckregulierventil 20 behält somit die Kühlmittelverdampfungstemperatur des Kühlaggregats 19 bei der Einfrierunterdrückungstemperatur oder höher bei.
Die andere Einlassanschlussseite der vierten Drei-Wege-Verbindung 13d ist mit dem Auslassanschluss des Verdampfungsdruckregulierventils 20 verbunden. Die Einlassanschlussseite eines Druckspeichers 21 ist mit dem Auslassanschluss der vierten Drei-Wege-Verbindung 13d verbunden. Der Druckspeicher 21 ist eine Gas-Flüssigkeits-Trenneinheit, die das in den Druckspeicher einströmende Kühlmittel in Gas und Flüssigkeit trennt und überschüssiges Kühlmittel in flüssiger Phase in dem Zyklus speichert. Die Sauganschlussseite des Kompressors 11 ist mit dem Gasphasenkühlmittelauslassanschluss des Druckspeichers 21 verbunden.
Der Druckspeicher 21 hat ein Ölrückkehrloch für eine Rückkehr von kühlendem Maschinenöl, das in dem abgetrennten in flüssiger Phase vorliegenden Kühlmittel vermischt ist, zu dem Kompressor 11. Das kühlende Maschinenöl in dem Druckspeicher 21 kehrt zu dem Kompressor 11 zusammen mit einer geringen Menge des in flüssiger Phase vorliegenden Kühlmittels zurück.
Die fünfte Drei-Wege-Verbindung 13e des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Verzweigungsabschnitt, der die Strömung des aus dem Außenwärmetauschers 16 herausströmenden Kühlmittels verzweigt. Die sechste Drei-Wege-Verbindung 13f ist ein Zusammenführabschnitt, an dem die Strömung des aus dem Innenverdampfer 18 herausströmenden Kühlmittels und die Strömung des aus dem Kühlaggregat 19 herausströmenden Kühlmittels zusammengeführt werden, um zu der Saugseite des Kompressors 11 zu strömen.
Der Innenverdampfer 18 und das Kühlaggregat 19 sind parallel zueinander in Bezug auf eine Kühlmittelströmung verbunden. Der Bypasskanal 22a führt das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmende Kühlmittel zu der stromaufwärtigen Seite des Verzweigungsabschnittes. Der Lufterwärmungskanal 22b führt das aus dem Außenwärmetauscher 16 herausströmende Kühlmittel zu der Sauganschlussseite des Kompressors 11.
Der hochtemperaturseitige Wärmemediumkreislauf 40 ist ein Wärmemediumzirkulationskreislauf, der ein hochtemperaturseitiges Wärmemedium zirkulieren lässt. Als das hochtemperaturseitige Wärmemedium kann eine Lösung, die Ethylenglykol, Dimethylpolysiloxan, Nanofluid oder dergleichen enthält, eine Antifrostlösung oder dergleichen angewendet werden. In dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 sind ein Wasserkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12, eine hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41, ein Heizeinrichtungskern 42, eine elektrische Heizeinrichtung 43 und dergleichen angeordnet.
Die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 ist eine Wasserpumpe, die das hochtemperaturseitige Wärmemedium zu der Einlassanschlussseite des Wasserkanals in dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 pumpt. Die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 ist eine elektrische Pumpe, deren Drehzahl (d.h. das Pumpenleistungsvermögen) durch eine elektrische Steuerspannung gesteuert wird, die von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Die Wärmemediumeinlassanschlussseite des Heizeinrichtungskerns 42 ist mit dem Auslassanschluss des Wasserkanals in dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 verbunden. Der Heizeinrichtungskern 42 ist ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem hochtemperaturseitigen Wärmemedium, das durch den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 erwärmt wird, und der Luft, die durch den Innenverdampfer 18 tritt, austauscht, um die Luft zu erwärmen. Der Heizeinrichtungskern 42 ist in dem Luftkonditioniergehäuse 31 der Innenluftkonditioniereinheit 30 angeordnet. Die Sauganschlussseite der hochtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 41 ist mit dem Wärmemediumauslassanschluss des Heizeinrichtungskerns 42 verbunden.
Daher reguliert in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 die Strömungsrate des in den Heizeinrichtungskern 42 einströmenden hochtemperaturseitigen Wärmemediums so, dass die Wärmemenge, die von dem hochtemperaturseitigen Wärmemedium in dem Heizeinrichtungskern 42 zu der Luft abgestrahlt wird (d.h. die Menge an Luft, die in dem Heizeinrichtungskern 42 erwärmt wird), reguliert werden kann.
Die elektrische Heizeinrichtung 43 ist beispielsweise eine PTC-Heizeinrichtung, die ein PTC-Element (d.h. ein Thermistor mit positiver Charakteristik) hat. Die elektrische Heizeinrichtung 43 kann die Menge an Wärme zum Erwärmen des hochtemperaturseitigen Wärmemediums frei regulieren durch eine elektrische Steuerspannung, die von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 und die individuellen Komponenten des hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislaufes 40 sind erwärmende Einheiten, die Luft erwärmen unter Verwendung des Kühlmittels, das von dem Kompressor 11 als eine Wärmequelle abgegeben wird.
Der niedrigtemperaturseitige Wärmemediumkreislauf 50 ist ein Wärmemediumzirkulationskreislauf, der ein niedrigtemperaturseitiges Wärmemedium zirkulieren lässt. Als das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium kann ein Fluid angewendet werden, das ähnlich dem hochtemperaturseitigen Wärmemedium ist. In dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 sind der Wasserkanal des Kühlaggregats 19, eine erste niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 51, eine kühlende Wärmetauschereinheit 52, ein erstes Drei-Wege-Ventil 53a, eine niedrigtemperaturseitige Abstrahleinrichtung (Radiator) 54, eine zweite niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 55, eine Kühlzielanlage (Kühlzieleinrichtung) 56 und dergleichen angeordnet.
Die erste niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 51 ist eine Wasserpumpe, die das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium zu der Einlassanschlussseite der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 pumpt. Die zweite niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 55 ist eine Wasserpumpe, die das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium zu der Einlassanschlussseite der Kühlzielanlage 56 pumpt. Die Basiskonfigurationen der ersten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 51 und der zweiten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 55 sind ähnlich wie bei der hochtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 41.
Die Kühlzielanlage 56 ist eine Abwärmevorrichtung, die Abwärme während des Betriebs erzeugt, und ist beispielsweise ein Inverter, ein Motorgenerator, eine ADAS-Steuervorrichtung oder dergleichen. Der Inverter und der Motorgenerator haben Charakteristika, bei denen die Menge an Abwärme zunimmt, wenn die Fahrlast (beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit) des Fahrzeugs zunimmt.
Die kühlende Wärmetauschereinheit 52 hat einen Wärmemediumströmungspfad. Die kühlende Wärmetauschereinheit 52 wird durch ein niedrigtemperaturseitiges Wärmemedium gekühlt, das durch den Wärmemediumströmungspfad strömt.
Eine Einlassanschlussseite des ersten Drei-Wege-Ventils 53a und eine Einlassanschlussseite eines zweiten Drei-Wege-Ventils 53b sind mit dem Auslassanschluss des Wasserkanals in dem Kühlaggregat 19 verbunden. Das erste Drei-Wege-Ventil 53a und das zweite Drei-Wege-Ventil 53b sind elektrische Drei-Wege-Strömungsratenregulierventile, von denen jedes einen Einlassanschluss und zwei Auslassanschlüsse hat und dazu in der Lage ist, ein Kanalflächenverhältnis (Querschnittsflächenverhältnis) der beiden Auslassanschlüsse fortlaufend (kontinuierlich) zu regulieren. Das erste Drei-Wege-Ventil 53a und das zweite Drei-Wege-Ventil 53b werden durch eine elektrische Steuerspannung gesteuert, die von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Die Sauganschlussseite der ersten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 51 ist mit einem Auslass des ersten Drei-Wege-Ventils 53a verbunden, und die Einlassanschlussseite des Wasserkanals in dem Kühlaggregat 19 ist mit dem anderen Auslassanschluss des ersten Drei-Wege-Ventils 53a verbunden. Die Einlassanschlussseite der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 ist mit dem Auslassanschluss (Abgabeanschluss) der ersten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 51 verbunden. Die kühlende Wärmetauschereinheit 52 hat eine Vielzahl an Metallwärmemediumströmungspfaden, die so angeordnet sind, dass sie mit der Vielzahl an Batteriezellen 81 in Kontakt stehen. Die kühlende Wärmetauschereinheit 52 ist eine Wärmetauschereinheit, die Wärme zwischen dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium, das durch den Wärmemediumkanal strömt, und der Batteriezelle 81 austauscht, um die Batterie 80 zu kühlen.
Die kühlende Wärmetauschereinheit 52 ist ausgebildet, indem der Wärmemediumströmungspfad zwischen den gestapelten Batteriezellen 81 angeordnet ist. Die kühlende Wärmetauschereinheit 52 kann mit der Batterie 80 einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Wärmemediumströmungspfad in einem zugewiesenen Gehäuse vorgesehen sein, in welchem die gestapelten Batteriezellen 81 so untergebracht sind, um dieses mit der Batterie 80 einstückig auszubilden. Die andere Einlassanschlussseite des ersten Drei-Wege-Ventils 53a ist mit dem Auslassanschluss der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 verbunden.
Die Wärmemediumeinlassanschlussseite des niedrigtemperaturseitigen Radiators 54 ist mit dem einen Auslassanschluss des zweiten Drei-Wege-Ventils 53b verbunden, und die Einlassanschlussseite des Wasserkanals in dem Kühlaggregat 19 ist mit dem anderen Auslassanschluss des zweiten Drei-Wege-Ventils 53b verbunden.
Der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 ist ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem Kühlmittel, das aus der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 herausströmt, und der Außenluft, die durch ein (nicht gezeigtes) Außenluftgebläse (Lüfterrad) geliefert wird, austauscht, um Wärme des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums zu der Außenluft abzustrahlen (abzugeben).
Der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 ist außerdem ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem Kühlmittel, das aus der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 herausströmt, und der Außenluft, die durch ein (nicht gezeigtes) Außenluftgebläse geliefert wird, austauscht, um zu bewirken, dass das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium Wärme der Außenluft absorbiert (aufnimmt).
Der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 ist an der Vorderseite der Antriebseinheitskammer angeordnet. Als ein Ergebnis kann während der Fahrt des Fahrzeugs die Fahrtluft auf den niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 aufgebracht werden. Der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 ist in Reihe mit dem Außenwärmetauscher 16 in einer Luftströmung angeordnet. Der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 kann parallel zu dem Außenwärmetauscher 16 in der Luftströmung angeordnet sein. Der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 kann mit dem Außenwärmetauscher 16 und dergleichen einstückig ausgebildet sein. Die Öffnung des Kanals, durch den Luft zu dem niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 strömt, wird durch den Verschluss 90 reguliert.
Die Sauganschlussseite der zweiten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 55 und die Einlassanschlussseite des Wasserkanals in dem Kühlaggregat 19 sind mit dem Wärmemediumauslassanschluss des niedrigtemperaturseitigen Radiators 54 verbunden. Die Einlassanschlussseite des Wasserkanals in der Kühlzielanlage 56 ist mit dem Abgabeanschluss der zweiten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 55 verbunden.
In dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 ist es durch die erste niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 51, die zweite niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 55, das erste Drei-Wege-Ventil 53a und das zweite Drei-Wege-Ventil 53b, das die Strömungsrate des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums reguliert, das in das Kühlaggregat 19, die kühlende Wärmetauschereinheit 52, den niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 und die Kühlzielanlage 56 strömt, möglich, die Wärmemenge, die durch das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium in der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 von der Batterie absorbiert wird, und die Wärmemenge zu regulieren, die durch das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium von der Kühlzielanlage 56 absorbiert wird.
Das Kühlaggregat 19 und die individuellen Komponenten des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislaufes 50 sind Kühleinheiten, die die Batterie 80 und die Kühlzielanlage 56 kühlen durch Verdampfen des Kühlmittels, das aus dem Kühlaggregatexpansionsventil 14c herausströmt. Das Kühlaggregat und die individuellen Komponenten des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislaufes 50 sind Abwärmeabsorbiereinheiten, die bewirken, dass das Kühlmittel die Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 absorbiert (aufnimmt).
Der Außenwärmetauscher 16 ist eine Außenluftwärmeabsorbiereinheit, das Kühlaggregat 19 ist eine Abwärmeabsorbiereinheit, und die individuellen Komponenten des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislaufes 50 sind wärmeabsorbierende Einheiten, die bewirken, dass das Kühlmittel Wärme von der Außenluft absorbiert, und die bewirken, dass das Kühlmittel Abwärme von der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 absorbiert.
Die Innenluftkonditioniereinheit 30 bläst Luft, deren Temperatur durch die Kühlzyklusvorrichtung 10 reguliert worden ist, in die Fahrzeugkabine. Die Innenluftkonditioniereinheit 30 ist im Inneren eines Armaturenbretts an der vordersten Seite der Fahrzeugkabine angeordnet.
Wie dies in 1 gezeigt ist, ist in der Innenluftkonditioniereinheit 30 das Gebläse 32, der Innenverdampfer 18, der Heizeinrichtungskern 32 und dergleichen im Inneren eines Luftkanals untergebracht, der in dem Luftkonditioniergehäuse 31 ausgebildet ist, das den Außenmantel der Innenluftkonditioniereinheit 30 ausbildet.
Das Luftkonditioniergehäuse 31 bildet einen Luftkanal aus für Luft, die zu der Fahrzeugkabine zu liefern ist. Das Luftkonditioniergehäuse 31 ist aus Kunststoff (beispielsweise Polypropylen) ausgebildet, der einen gewissen Grad an Elastizität hat und eine ausgezeichnete Festigkeit besitzt.
Eine Innenluft- und Außenluft-Schaltvorrichtung 33 ist an der am weitesten stromaufwärtig gelegenen Seite des Luftkonditioniergehäuses 31 in einer Luftströmung angeordnet. Die Innenluft- und Außenluft-Schaltvorrichtung 33 schaltet Innenluft (Innenluft in der Fahrzeugkabine) und Außenluft (Luft außerhalb der Fahrzeugkabine) und leitet die Luft in das Luftkonditioniergehäuse 31 ein.
Die Innenluft- und Außenluft-Schaltvorrichtung 33 reguliert kontinuierlich (fortlaufend) die Öffnungsbereiche (Öffnungsflächen) eines Innenlufteinleitanschlusses, durch den Innenluft in das Luftkonditioniergehäuse 31 eingeleitet wird, und eines Außenlufteinleitanschlusses, durch den Außenluft in das Luftkonditioniergehäuse eingeleitet wird, durch eine Innenluft- und Außenluft-Schalttür, wodurch ein Einleitverhältnis zwischen dem Volumen der eingeleiteten Innenluft und dem Volumen der eingeleiteten Außenluft geändert wird. Die Innenluft- und Außenluft-Schalttür wird durch einen elektrischen Aktuator für die Innenluft- und Außenluft-Schalttür angetrieben. Der elektrische Aktuator für die Innenluft- und Außenluft-Schalttür wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Das Gebläse 32 ist an der stromabwärtigen Seite der Innenluft- und Außenluft-Schaltvorrichtung 33 in der Luftströmung angeordnet. Das Gebläse 32 liefert Luft, die durch die Innenluft- und Außenluft-Schaltvorrichtung 33 angesaugt wird, zu der Fahrzeugkabine. Das Gebläse 32 ist ein elektrischer Ventilator, der ein Zentrifugal-Mehrflügel-Lüfterrad mit einem Elektromotor antreibt. Die Drehzahl (d.h. die Belüftungsfähigkeit/Belüftungsvermögen) des Gebläses 32 wird durch eine elektrische Steuerspannung gesteuert, die von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
An der stromabwärtigen Seite des Gebläses 32 in der Luftströmung sind der Innenverdampfer 18 und der Heizeinrichtungskern 42 in dieser Reihenfolge in Bezug auf die Luftströmung angeordnet. Der Innenverdampfer 18 ist an der stromaufwärtigen Seite des Heizeinrichtungskerns 42 in der Luftströmung angeordnet.
Ein Kaltluftbypasskanal 35, in dem die Luft nach dem Hindurchtreten durch den Innenverdampfer 18 strömt, während sie den Heizeinrichtungskern 42 umgeht (Bypass), ist in dem Luftkonditioniergehäuse 31 vorgesehen. Eine Luftmischtür 34 ist an der stromabwärtigen Seite des Innenverdampfers 18 in der Luftströmung und an der stromaufwärtigen Seite des Heizeinrichtungskerns 42 in der Luftströmung in dem Luftkonditioniergehäuse 31 angeordnet.
Die Luftmischtür 34 ist eine Luftvolumenverhältnis-Reguliereinheit, die ein Luftvolumenverhältnis zwischen dem Volumen der Luft, die durch die Seite des Heizeinrichtungskerns 42 tritt, und dem Volumen der Luft, die durch den Kaltluftbypasskanal 35 tritt, in der Luft reguliert nach dem Hindurchtreten durch den Innenverdampfer 18. Die Luftmischtür 34 wird durch einen elektrischen Aktuator der Luftmischtür angetrieben. Dieser elektrische Aktuator wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Ein Mischraum ist an der stromabwärtigen Seite des Heizeinrichtungskerns 42 und des Kaltluftbypasskanals 35 in der Luftströmung in dem Luftkonditioniergehäuse 31 angeordnet. Der Mischraum ist ein Raum zum Mischen von Luft, die durch den Heizeinrichtungskern 42 erwärmt wird, und von Luft, die durch den Kaltluftbypasskanal 35 tritt und nicht erwärmt wird.
Öffnungen zum Blasen von Luft (d.h. konditionierte Luft), die in dem Mischraum gemischt wird, in die Fahrzeugkabine, die ein Raum ist, dessen Luft zu konditionieren ist, sind in dem stromabwärtigen Abschnitt des Luftkonditioniergehäuse 31 in der Luftströmung angeordnet.
Als die Öffnungen sind eine Gesichtsöffnung, eine Fußöffnung und eine Auftauöffnung (Defrosteröffnung) ausgebildet (die sämtlich nicht dargestellt sind). Die Gesichtsöffnung ist eine Öffnung zum Blasen konditionierter Luft zu dem Oberkörper eines Insassen in der Fahrzeugkabine. Die Fußöffnung ist eine Öffnung zum Blasen konditionierter Luft zu den Füßen des Insassen in der Fahrzeugkabine. Die Auftauöffnung (Defrosteröffnung) ist eine Öffnung zum Blasen konditionierter Luft zu der Innenfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs.
Die Gesichtsöffnung, die Fußöffnung und die Auftauöffnung sind jeweils mit einem Gesichtsausblasanschluss, einem Fußausblasanschluss und einem Auftauausblasanschluss (die sämtlich nicht gezeigt sind) verbunden, die in der Fahrzeugkabine durch Kanäle ausgebildet sind, die Luftkanäle bilden.
Die Temperatur der konditionierten Luft, die in dem Mischraum zu mischen ist, wird durch die Luftmischtür 34 reguliert, die das Luftvolumenverhältnis zwischen dem Volumen der Luft, die durch den Heizeinrichtungskern 42 tritt, und dem Volumen der Luft reguliert, die durch den Kaltluftbypasskanal 35 tritt. Als ein Ergebnis wird die Temperatur der Luft (der konditionierten Luft), die in die Fahrzeugkabine von jedem der Ausblasanschlüsse geblasen wird, reguliert.
Eine Gesichtstür, eine Fußtür und eine Auftautür (die sämtlich nicht gezeigt sind) sind an der stromaufwärtigen Seite der Gesichtsöffnung, der Fußöffnung und der Auftauöffnung jeweils in der Luftströmung angeordnet. Die Gesichtstür reguliert die Öffnungsfläche (Öffnungsbereich) der Gesichtsöffnung. Die Fußtür reguliert die Öffnungsfläche (Öffnungsbereich) der Fußöffnung. Die Auftautür reguliert die Öffnungsfläche (Öffnungsbereich) der Auftauöffnung.
Die Gesichtstür, die Fußtür und die Auftautür bilden eine Ausblasanschlussmodusschaltvorrichtung, die einen Ausblasanschlussmodus schaltet. Diese Türen sind mit einem elektrischen Aktuator zum Antreiben einer Ausblasanschlussmodustür über Verbindungsmechanismen (Gelenkmechanismen) oder dergleichen verbunden und werden in Verbindung mit ihnen gedreht. Der Betrieb des elektrischen Aktuators wird außerdem durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Zyklussteuervorrichtung 60 ausgegeben wird.
Spezifische Beispiele des Ausblasanschlussmodus, der durch die Ausblasanschlussmodusschaltvorrichtung geschaltet wird, umfassen einen Gesichtsmodus, einen Bi-Level-Modus und einen Fußmodus.
Der Gesichtsmodus ist ein Ausblasanschlussmodus, bei dem der Gesichtsausblasanschluss gänzlich geöffnet ist und Luft aus dem Gesichtsausblasanschluss zu dem Oberkörper des Insassen in der Fahrzeugkabine geblasen wird. Der Bi-Level-Modus ist ein Ausblasanschlussmodus, bei dem sowohl der Gesichtsausblasanschluss als auch der Fußausblasanschluss geöffnet sind und Luft zu dem Oberkörper und zu den Füßen des Insassen in der Fahrzeugkabine geblasen wird. Der Fußmodus ist ein Ausblasanschlussmodus, bei dem der Fußausblasanschluss gänzlich geöffnet ist und der Auftauausblasanschluss mit geringfügiger Öffnung geöffnet ist und Luft hauptsächlich aus dem Fußausblasanschluss geblasen wird.
Der Ausblasanschlussmodus kann zu dem Auftaumodus durch den Insassen geschaltet werden, der manuell einen Ausblasmoduswahlschalter betätigt, der an einer Betätigungstafel (Betriebstafel) 70 vorgesehen ist. Der Auftaumodus ist ein Ausblasanschlussmodus, bei dem der Auftauausblasanschluss gänzlich geöffnet ist und Luft aus dem Auftauausblasanschluss zu der Innenfläche der Windschutzscheibe (vordere Scheibe) herausgeblasen wird.
Nachstehend ist der Umriss einer elektrischen Steuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Zyklussteuervorrichtung 60 hat einen bekannten Mikrocomputer, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen aufweist, und deren periphere Schaltungen. Verschiedene Berechnungen und Prozesse werden auf der Basis eines in dem ROM gespeicherten Steuerprogramms ausgeführt, und die Betriebsvorgänge der verschiedenen Steuerzielvorrichtungen 11, 14a bis 14c, 15a, 15b, 32, 41, 43, 51 und 53, die mit der Abgabeseite verbunden sind, werden gesteuert.
Wie dies in der Blockdarstellung von 2 gezeigt ist, sind ein Innenlufttemperatursensor 61, ein Außenlufttemperatursensor 62, ein Sonnenstrahlungssensor 63, ein erster bis fünfter Kühlmitteltemperatursensor 64a bis 64e, ein Verdampfertemperatursensor 64f, ein erster und zweiter Kühlmitteldrucksensor 65a und 65b, ein hochtemperaturseitiger Wärmemediumtemperatursensor 66a, ein erster und zweiter niedrigtemperaturseitiger Wärmemediumtemperatursensor 67a und 67b, ein Temperatursensor 68 für konditionierte Luft, ein Batterietemperatursensor 69 und dergleichen mit der Eingabeseite der Zyklussteuervorrichtung 60 verbunden.
Erfassungssignale dieser Sensorgruppen werden zu der Zyklussteuervorrichtung 60 eingegeben.
Der Innenlufttemperatursensor 61 ist eine Innenlufttemperaturerfassungseinheit, die eine Innenlufttemperatur Tr (d.h. eine Fahrzeugkabinentemperatur) erfasst. Der Außenlufttemperatursensor 62 ist eine Außenlufttemperaturerfassungseinheit, die eine Außenlufttemperatur Tam (d.h. eine Temperatur an der Außenseite der Fahrzeugkabine) erfasst. Der Sonnenstrahlungssensor 63 ist eine Sonnenstrahlungsmengenerfassungseinheit, die eine Sonnenstrahlungsmenge Ts erfasst, mit der die Fahrzeugkabine bestrahlt wird.
Der erste Kühlmitteltemperatursensor 64a ist eine Abgabekühlmitteltemperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur T1 des Kühlmittels erfasst, das von dem Kompressor 11 abgegeben wird. Der zweite Kühlmitteltemperatursensor 64b ist eine zweite Kühlmitteltemperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur T2 des Kühlmittels erfasst, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt. Der dritte Kühlmitteltemperatursensor 64c ist eine dritte Kühlmitteltemperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur T3 des Kühlmittels erfasst, das aus dem Außenwärmetauscher 16 herausströmt.
Der vierte Kühlmitteltemperatursensor 64d ist eine vierte Kühlmitteltemperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur T4 des Kühlmittels erfasst, das aus dem Innenverdampfer 18 herausströmt. Der fünfte Kühlmitteltemperatursensor 64e ist eine fünfte Kühlmitteltemperaturerfassungseinheit, die eine Temperatur T5 des Kühlmittels erfasst, das aus dem Kühlmittelkanal des Kühlaggregats 19 herausströmt.
Der Verdampfungstemperatursensor 64f ist eine Verdampfertemperaturerfassungseinheit, die eine Verdampfertemperatur Tefin erfasst, die eine Kühlmittelverdampfungstemperatur im Innenverdampfer 18 ist. Der Verdampfertemperatursensor 64f des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfasst die Wärmeaustauschrippentemperatur des Innenverdampfers 18.
Der erste Kühlmitteldrucksensor 65a ist eine erste Kühlmitteldruckerfassungseinheit, die einen Druck P1 des Kühlmittels erfasst, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt. Der zweite Kühlmitteldrucksensor 65b ist eine zweite Kühlmitteldruckerfassungseinheit, die einen Druck P2 des Kühlmittels erfasst, das aus dem Kühlmittelkanal des Kühlaggregats 19 herausströmt.
Der hochtemperaturseitige Wärmemediumtemperatursensor 66a ist eine hochtemperaturseitige Wärmemediumtemperaturerfassungseinheit, die eine Hochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWH erfasst, die die Temperatur des hochtemperaturseitigen Wärmemediums ist, das aus dem Wasserkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt.
Der erste niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperatursensor 67a ist eine erste niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperaturerfassungseinheit, die eine erste niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperatur TWL1 erfasst, die die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums ist, das aus dem Wasserkanal des Kühlaggregats 19 herausströmt. Der zweite niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperatursensor 67b ist eine zweite niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperaturerfassungseinheit, die eine zweite niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperatur TWL2 erfasst, die die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums ist, das aus der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 herausströmt.
Der Temperatursensor 68 für konditionierte Luft ist eine Temperaturerfassungseinheit für konditionierte Luft, die eine Temperatur TAV der Luft erfasst, die zu der Fahrzeugkabine von dem Mischraum geliefert wird.
Der Batterietemperatursensor 69 ist eine Batterietemperaturerfassungseinheit, die eine Batterietemperatur TB (d.h. die Temperatur der Batterie 80) erfasst. Der Batterietemperatursensor 69 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst eine Vielzahl an Temperatursensoren und erfasst die Temperaturen an einer Vielzahl an Abschnitten der Batterie 80. Als ein Ergebnis kann die Zyklussteuervorrichtung 60 auch eine Temperaturdifferenz zwischen einzelnen Teilen der Batterie 80 erfassen. Der Durchschnittswert der Erfassungswerte der Vielzahl an Temperatursensoren wird als die Batterietemperatur TB verwendet.
Der Anlagentemperatursensor 69b ist eine dritte niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperaturerfassungseinheit, die eine dritte niedrigtemperaturseitige Wärmemediumtemperatur TWL3 erfasst, die die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums ist, das aus der Kühlzielanlage (Kühlzieleinrichtung) 56 herausströmt.
Wie dies in 2 gezeigt ist, ist die Betätigungstafel 70, die in der Nähe des Armaturenbretts an der Vorderseite der Fahrzeugkabine angeordnet ist, mit der Eingabeseite der Zyklussteuervorrichtung 60 verbunden, und Betriebssignale von verschiedenen Betriebsschaltern (Betätigungsschaltern) werden eingegeben, die an der Betätigungstafel 70 vorgesehen sind.
Spezifische Beispiele der verschiedenen Betätigungsschalter (Betriebsschalter), die an der Betätigungstafel 70 vorgesehen sind, umfassen einen Automatikschalter, der einen automatischen Steuerbetrieb der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung festlegt oder aufhebt, einen Luftkonditionierschalter, der ein Kühlen von Luft durch den Innenverdampfer 18 anfordert, einen Luftvolumeneinstellschalter, der manuell das Luftvolumen des Gebläses 32 festlegt, einen Temperatureinstellschalter, der eine Zieltemperatur Tset in der Fahrzeugkabine festlegt, und einen Gebläsemoduswahlschalter, der manuell ein Gebläsemodus festlegt.
Es ist hierbei zu beachten, dass die Zyklussteuervorrichtung 60 des vorliegenden Ausführungsbeispiels einstückig mit einer Steuereinheit aufgebaut ist, die verschiedene Steuerzielvorrichtungen steuert, die mit der Abgabeseite der Steuervorrichtung verbunden sind. Eine Konfiguration (Hardware und Software), die den Betrieb jeder Steuerzielvorrichtung in der Zyklussteuervorrichtung 60 steuert, ist eine Steuereinheit, die den Betrieb jeder Steuerzielvorrichtung steuert.
Beispielsweise ist die Konfiguration in der Zyklussteuervorrichtung 60, die die Kühlmittelabgabefähigkeit des Kompressors 11 steuert (genauer gesagt die Drehzahl des Kompressors 11), eine Kompressorsteuereinheit 60a. Die Konfiguration zum Steuern der Betriebsvorgänge des lufterwärmenden Expansionsventils 14a, des luftkühlenden Expansionsventils 14b und des Kühlaggregatexpansionsventils 14c ist eine Expansionsventilsteuereinheit 60b. Die Konfiguration zum Steuern der Betriebsvorgänge des entfeuchtenden Ein-Aus-Ventils 15a und des lufterwärmenden Ein-Aus-Ventils 15b ist eine Kühlmittelkreislaufschaltsteuereinheit 60c.
Darüber hinaus ist die Konfiguration zum Steuern der Pumpfähigkeit (Pumpvermögen) des hochtemperaturseitigen Wärmemediums in der hochtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 41 eine hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpensteuereinheit 60d. Die Konfiguration zum Steuern des Pumpvermögens des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums in der ersten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 51 ist eine niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpensteuereinheit 60e.
Nachstehend ist der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit der vorstehend dargelegten Konfiguration beschrieben. Die Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels führt ein Luftkonditionieren in der Fahrzeugkabine aus und reguliert außerdem die Temperaturen der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56. In der Kühlzyklusvorrichtung 10 können der Luftkühlbetrieb, der Lufterwärmungsbetrieb und der Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb ausgeführt werden, indem Kühlmittelkreisläufe (Kühlkreisläufe) geschaltet werden.
In dem Luftkühlbetrieb wird ein Luftkühlen in der Fahrzeugkabine durch den Innenverdampfer 18 ausgeführt, der Luft kühlt und die Luft in die Fahrzeugkabine bläst. In dem Luftkühlbetrieb können außerdem die Batterie 80 und die Kühlzielanlage 56 bei Bedarf gekühlt werden.
In dem Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb wird ein Entfeuchten und ein Lufterwärmen in der Fahrzeugkabine ausgeführt, indem die durch den Innenverdampfer 18 gekühlte und entfeuchtete Luft durch den Heizeinrichtungskern 42 erneut erwärmt wird und die Luft in die Fahrzeugkabine geblasen wird. In dem Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb können die Batterie 80 und die Kühlzielanlage 56 ebenfalls bei Bedarf gekühlt werden.
In dem Lufterwärmungsbetrieb wird ein Lufterwärmen in der Fahrzeugkabine durch den Heizeinrichtungskern 42 ausgeführt, der die Luft erwärmt und die Luft in die Fahrzeugkabine bläst. In dem Lufterwärmungsbetrieb können die Batterie 80 und die Kühlzielanlage 56 ebenfalls bei Bedarf gekühlt werden.
Der Luftkühlbetrieb, der Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb und der Lufterwärmungsbetrieb werden durch die Zyklussteuervorrichtung 60 geschaltet, die ein Steuerprogramm ausführt. Das Steuerprogramm wird ausgeführt, wenn der Automatikschalter der Betätigungstafel 70 eingeschaltet wird (EIN) und die automatische Steuerung der Fahrzeugkabine festgelegt ist.
Beispielsweise liest das Steuerprogramm ein Erfassungssignal der Sensorgruppe und ein Betätigungssignal der Betätigungstafel 70, wie dies vorstehend beschrieben ist. In einem Fall, bei dem die Außenlufttemperatur Tam gleich wie oder höher als eine Referenzaußenlufttemperatur KA (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0°C) ist und die Sollblastemperatur (Zielblastemperatur) TAO gleich oder niedriger als eine Luftkühlreferenztemperatur α1 ist, wird der Luftkühlbetrieb gewählt.
Beispielsweise wird in einem Fall, bei dem die Außenlufttemperatur Tam gleich wie oder höher als die Referenzaußenlufttemperatur KA (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0°C) ist und die Sollblastemperatur TAO gleich wie oder höher als eine Lufterwärmungsreferenztemperatur γ ist, der Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb gewählt.
Beispielsweise wird in einem Fall, bei dem die Außenlufttemperatur Tam niedriger als die Referenzaußenlufttemperatur KA (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0°C) ist und die Sollblastemperatur TAO gleich wie oder höher als die Lufterwärmungsreferenztemperatur γ ist, der Lufterwärmungsbetrieb gewählt.
Die Sollblastemperatur TAO wird anhand der folgenden Formel F1 berechnet: $TAO = Kset \times Tset - Kr \times Tr - Kam \times Tam - Ks \times Ts + C$
Tset ist eine Einstelltemperatur im Inneren der Fahrzeugkabine, die durch den Temperatureinstellschalter eingestellt wird. Tr ist eine Temperatur im Inneren der Fahrzeugkabine, die durch einen Innenluftsensor erfasst wird. Tam ist eine Temperatur an der Außenseite der Fahrzeugkabine, die durch einen Außenluftsensor erfasst wird. Ts ist eine Sonnenstrahlungsmenge, die durch den Sonnenstrahlungssensor erfasst wird. Kset, Kr, Kam und Ks sind Steuerverstärkungen, und C ist eine Korrekturkonstante.
Die Referenzaußenlufttemperatur KA wird in einer derartigen Weise festgelegt, dass ein Kühlen von Luft im dem Innenverdampfer 18 zum Ausführen des Luftkühlens oder Entfeuchtens in dem Raum, dessen Luft zu konditionieren ist, effektiv ist.
Genauer gesagt behält im vorliegenden Ausführungsbeispiel, um ein Einfrieren (Frostbildung) des Innenverdampfers 18 zu vermeiden, das Verdampfungsdruckregulierventil 20 die Kühlmittelverdampfungstemperatur in dem Innenverdampfer 18 bei einer Frostbildungsvermeidungstemperatur (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1°C) oder höher bei. Daher kann der Innenverdampfer 18 nicht auf eine Temperatur kühlen, die niedriger als die Frostbildungsunterdrückungstemperatur (Frostbildungsvermeidungstemperatur) ist.
Das heißt wenn die Temperatur der Luft, die in den Innenverdampfers 18 einströmt, niedriger als die Frostbildungsunterdrückungstemperatur ist, ist es nicht effektiv, die Luft durch den Innenverdampfer 18 zu kühlen. Daher wird die Referenzaußenlufttemperatur KA auf einen Wert festgelegt, der niedriger ist als die Frostbildungsunterdrückungstemperatur, und die Luft wird nicht durch den Innenverdampfer 18 gekühlt, wenn die Außenlufttemperatur Tam niedriger als die Referenzaußenlufttemperatur KA ist.
Der Lufterwärmungsbetrieb kann in den folgenden drei Arten an Betriebsmodi ausgeführt werden.
(1) Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus
In einem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus absorbiert das Kühlaggregat 19 keine Wärme von dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium, sondern der Außenwärmetauscher 16 absorbiert Wärme von der Außenluft, und der Heizeinrichtungskern 42 erwärmt die Luft.
(2) Parallelerwärmungsmodus
In einem Parallelerwärmungsmodus absorbiert der Außenwärmetauscher 16 Wärme von der Außenluft, absorbiert das Kühlaggregat 19 Wärme von dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium, und erwärmt der Heizeinrichtungskern 42 die Luft.
(3) Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus
In einem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus absorbiert der Außenwärmetauscher 16 nicht Wärme von der Außenluft, sondern das Kühlaggregat 19 absorbiert Wärme von dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium, und der Heizeinrichtungskern 42 erwärmt die Luft.
Der Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus und der Parallelerwärmungsmodus sind ein Außenluftwärmeabsorbiermodus, bei dem der Außenwärmetauscher 16 Wärme von der Außenluft absorbiert. Der Parallelerwärmungsmodus und der Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus sind ein Abwärmewiedergewinnungsmodus, bei dem das Kühlaggregat 19 Abwärme von zumindest entweder der Batterie 80 und/oder der Kühlzielanlage 56 absorbiert.
Das Steuerprogramm zum Schalten des Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus, des Parallelerwärmungsmodus und des Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus ist nachstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Jeder in dem Flussdiagramm von 3 und dergleichen gezeigte Steuerschritt ist eine Funktionsausführeinheit, die in der Zyklussteuervorrichtung 60 umfasst ist.
Zunächst wird bei Schritt S10 in 3 bestimmt, ob das Kühlaggregat 19 Abwärme wiedergewinnen kann oder nicht. Genauer gesagt wird, wenn zumindest entweder die Temperatur der Batterie 80 und/oder die Temperatur der Kühlzielanlage 56 in einem in 4 gezeigten Bereich wiedergewinnbare Abwärme ist, bestimmt, dass das Kühlaggregat 19 die Abwärme wiedergewinnen kann.
Wenn sowohl die Temperatur der Batterie 80 als auch die Temperatur der Kühlzielanlage 56 in dem in 4 gezeigten Bereich wiedergewinnbare Abwärme ist, wird die Abwärme von zumindest der Batterie 80 wiedergewonnen. Das heißt die Abwärmewiedergewinnung von der Batterie 80 erlangt eine Priorität über die Abwärmewiedergewinnung von der Kühlzielanlage 56. Als ein Ergebnis kann die Temperatur der Batterie 80 geeignet gehalten werden.
Wenn bei Schritt S10 die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums gleich wie oder höher als die Abwärmewiedergewinnungstemperatur ist, kann bestimmt werden, dass das Kühlaggregat 19 Abwärme wiedergewinnen kann. Die Abwärmewiedergewinnungstemperatur ist eine Temperatur an einer Grenze zwischen dem Bereich wiedergewinnbarer Abwärme und einem Aufwärmerwärmungsbereich in 4.
Wenn bei Schritt S10 bestimmt wird, dass das Kühlaggregat 19 die Abwärme nicht wiedergewinnen kann, geht der Prozess zur Schritt S20 weiter, und der (1) Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus wird als der Lufterwärmungsmodus gewählt. Wenn bei Schritt S10 bestimmt wird, dass das Kühlaggregat 19 Abwärme wiedergewinnen kann, geht der Prozess zur Schritt S30 weiter, und es wird bestimmt, ob die Menge an Abwärme größer als die Menge an absorbierter Wärme ist oder nicht.
Das heißt es wird bestimmt, ob die Menge an Abwärme der Abwärmevorrichtung, die ein Zielobjekt der Wärmeabsorption durch das Kühlmittel der Kühlzyklusvorrichtung 10 ist (im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56), größer ist als die Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in der gesamten Kühlzyklusvorrichtung 10 absorbiert wird (im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in dem Außenwärmetauscher 16 und dem Kühlaggregat 19 absorbiert wird) oder nicht.
Genauer gesagt wird die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 berechnet, wird die Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in dem Außenwärmetauscher 16 und dem Kühlaggregat 19 absorbiert wird, berechnet und werden die berechnete Menge an Abwärme und die berechnete Menge an absorbierter Wärme (Menge an Wärmeabsorption) verglichen.
Beispielsweise kann die Menge an Abwärme berechnet werden unter Verwendung der Differenz der Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums zwischen den Einlassanschlüssen und den Auslassanschlüssen der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 und der Strömungsrate des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums. Die Strömungsrate des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums kann durch einen Strömungsratensensor erfasst werden oder kann berechnet werden unter Verwendung von Abgabewerten der ersten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 51 und der zweiten niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumpumpe 55. Beispielsweise kann die Menge an Abwärme berechnet werden durch Berechnen des kalorischen Wertes unter Verwendung der Stromstärkewerte und der Werte des elektrischen Widerstandes der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56, und Multiplizieren des berechneten kalorischen Wertes mit der Effizienz.
Beispielsweise kann die Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in dem Außenwärmetauscher 16 absorbiert wird, berechnet werden unter Verwendung der Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss des Außenwärmetauschers 16 und der Strömungsrate des Kühlmittels in dem Außenwärmetauscher 16. Die Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in dem Kühlaggregat 19 absorbiert wird, kann berechnet werden unter Verwendung der Enthalpiedifferenz zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss des Kühlaggregats 19 und der Strömungsrate des Kühlmittels in dem Kühlaggregat 19.
Beispielsweise kann die Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in dem Außenwärmetauscher 16 und dem Kühlaggregat 19 absorbiert wird, berechnet werden durch Subtrahieren der Energie des Kompressors 16 von der Lufterwärmungskapazität der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1. Die Lufterwärmungskapazität der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 kann berechnet werden unter Verwendung der Strömungsrate des hochtemperaturseitigen Wärmemediums und der Temperatur des hochtemperaturseitigen Wärmemediums in dem Heizeinrichtungskern 42.
Wenn bei Schritt S30 bestimmt wird, dass die Menge an Abwärme nicht größer als die Menge an absorbierter Wärme ist, geht der Prozess zur Schritt S40 weiter, und der Parallelerwärmungsmodus wird gewählt.
Wenn bei Schritt S30 bestimmt wird, dass die Menge an Abwärme größer als die Menge an absorbierter Wärme ist, geht der Prozess zur Schritt S50 weiter, und der Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus wird gewählt.
Nachstehend ist der detaillierte Betrieb der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 in jedem Betriebsmodus in dem Lufterwärmungsbetrieb beschrieben. Die Steuertabelle, auf die in jedem Betriebsmodus in der folgenden Beschreibung Bezug genommen wird, wird in einer Steuervorrichtung zuvor für jeden Betriebsmodus gespeichert.
(1) Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus
In dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus führt die Zyklussteuervorrichtung 60 den Steuerablauf (Steuerfluss) des in 5 gezeigten Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus aus. Zunächst wird in Schritt S900 eine Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO des hochtemperaturseitigen Wärmemediums in einer derartigen Weise bestimmt, dass die Luft durch den Heizeinrichtungskern 42 erwärmt werden kann. Die Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO wird unter Bezugnahme auf eine Steuertabelle auf der Basis der Sollblastemperatur TAO und der Effizienz des Heizeinrichtungskerns 42 bestimmt. In der Steuertabelle des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO so bestimmt, dass sie zunimmt, wenn die Sollblastemperatur TAO zunimmt.
In Schritt S910 wird ein Zunahme-/Abnahmebetrag ΔIVO der Drehzahl des Kompressors 11 bestimmt. In dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus wird der Zunahme-/Abnahmebetrag ΔIVO durch ein Rückführsteuerverfahren (Regelverfahren) auf der Basis der Abweichung zwischen der Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO und der hochtemperaturseitigen Wärmemediumtemperatur TWH in einer derartigen Weise bestimmt, dass die hochtemperaturseitige Wärmemediumtemperatur TWH sich der Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO annähert.
In Schritt S920 wird der Sollgrad zum Unterkühlen (Sollunterkühlgrad) SCO2 des Kühlmittels bestimmt, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt. Der Sollgrad zum Unterkühlen SCO2 wird unter Bezugnahme auf die Steuertabelle auf der Basis der Ansaugtemperatur der Luft, die in den Innenverdampfer 18 einströmt, oder der Außenlufttemperatur Tam bestimmt. In der Steuertabelle des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird der Sollgrad zum Unterkühlen SCO2 in einer derartigen Weise bestimmt, dass der Leistungskoeffizient (COP) des Zyklus sich dem maximalen Wert annähert.
Bei Schritt S930 wird ein Zunahme-/Abnahmebetrag ΔEVH der Drosselöffnung des lufterwärmenden Expansionsventils 14a bestimmt. Der Zunahme-/Abnahmebetrag ΔEVH wird durch das Rückführsteuerverfahren (Regelverfahren) auf der Basis der Abweichung zwischen dem Sollgrad zum Unterkühlen SCO2 und dem Grad zum Unterkühlen SC2 des Kühlmittels, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt, in einer derartigen Weise bestimmt, dass der Grad zum Unterkühlen SC2 des Kühlmittels, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt, sich dem Sollgrad zum Unterkühlen SCO2 annähert.
Der Grad zum Unterkühlen SC2 des Kühlmittels, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt, wird auf der Basis der Temperatur T2, die durch den zweiten Kühlmitteltemperatursensor 64b erfasst wird, und des Drucks P1 berechnet, der durch den ersten Kühlmitteldrucksensor 65a erfasst wird.
In Schritt S940 wird die Öffnung SW der Luftmischtür 34 unter Verwendung der folgenden Formel F2 berechnet. $SW = {TAO + (Tefin + C2)} / {TWH + (Tefin + C2)}$
Hierbei ist TWH eine hochtemperaturseitige Wärmemediumtemperatur, die durch den hochtemperaturseitigen Wärmemediumtemperatursensor 66a erfasst wird. C2 ist eine Steuerkonstante. In dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus nimmt die Sollblastemperatur TAO zu, und somit nähert sich die Öffnung SW der Luftmischtür 34 dem Wert von 100%. Daher wird in dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus die Öffnung der Luftmischtür 34 in einer derartigen Weise bestimmt, dass im Wesentlichen die gesamte Strömungsrate der Luft nach dem Hindurchtreten durch den Verdampfer 18 durch den Heizeinrichtungskern 42 tritt.
In Schritt S950 wird zum Schalten der Kühlzyklusvorrichtung 10 zu dem Kühlmittelkreislauf in dem Lufterwärmungsmodus das lufterwärmende Expansionsventil 14a gedrosselt, wird das luftkühlende Expansionsventil 14b gänzlich geschlossen, wird das Kühlaggregatsexpansionsventil 14c gänzlich geschlossen, wird das entfeuchtende Ein-Aus-Ventil 15a geschlossen, wird das lufterwärmende Ein-Aus-Ventil 15b geöffnet und wird der Verschluss 90 geöffnet. Als ein Ergebnis wird Wärme von der Außenluft in dem Außenwärmetauscher 16 absorbiert. Darüber hinaus wird ein Steuersignal oder eine elektrische Steuerspannung zu jeder Steuerzielvorrichtung in einer derartigen Weise ausgegeben, dass die Steuerzustände, die bei den Schritten S910, S930 und S940 bestimmt werden, erzielt werden, und der Prozess kehrt zu dem Schritt S10 zurück.
Daher ist, wie dies anhand einer dicken durchgehenden Linie in 6 gezeigt ist, in der Kühlzyklusvorrichtung 10 im Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus ein Dampfkompressionskühlzyklus konfiguriert, bei dem das Kühlmittel in der Reihenfolge des Kompressors 11, des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12, des lufterwärmenden Expansionsventils 14a, des Außenwärmetauschers 16, des Lufterwärmungskanals 22b, des Druckspeichers 21 und des Kompressors 11 zirkuliert.
Das heißt in der Kühlzyklusvorrichtung 10 ist im Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus der Kühlzyklus in einer derartigen Weise konfiguriert, dass der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 als ein Radiator fungiert, der Wärme des von dem Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittels abgibt (abstrahlt), das lufterwärmende Expansionsventil 14a als eine Dekompressionseinheit fungiert und der Außenwärmetauschers 16 als ein Verdampfer fungiert.
Durch diese Konfigurationen kann der Außenwärmetauschers 16 Wärme von der Außenluft absorbieren, und der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 kann das hochtemperaturseitige Wärmemedium erwärmen. In der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 kann im Lufterwärmungsmodus ein Lufterwärmen in der Fahrzeugkabine ausgeführt werden, indem die durch den Heizeinrichtungskern 42 erwärmte Luft in die Fahrzeugkabine geblasen wird.
(2) Parallelerwärmungsmodus
Im Parallelerwärmungsmodus führt die Zyklussteuervorrichtung 60 den Steuerfluss des Parallelerwärmungsmodus aus, der in 7 gezeigt ist. Zunächst wird bei Schritt S500 die Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO des hochtemperaturseitigen Wärmemediums in einer derartigen Weise bestimmt, dass die Luft durch den Heizeinrichtungskern 42 erwärmt werden kann, wie dies bei dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus der Fall ist.
Bei Schritt S510 wird der Zunahme-/Abnahmebetrag ΔIVO der Drehzahl des Kompressors 11 bestimmt. In dem Lufterwärmungsparallelkühlmodus wird der Zunahme-/Abnahmebetrag ΔIVO durch das Rückführsteuerverfahren (Regelverfahren) auf der Basis der Abweichung zwischen der Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO und der hochtemperaturseitigen Wärmemediumtemperatur TWH in einer derartigen Weise bestimmt, dass die hochtemperaturseitige Wärmemediumtemperatur TWH sich in der Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO wie im Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus annähert.
Bei Schritt S520 wird ein Sollgrad an Überhitzungswärme (Superwärme) SHCO des Kühlmittels an der Auslassanschlussseite des Kühlmittelkanals in dem Kühlaggregat 19 bestimmt. Als der Sollgrad an Überhitzungswärme SHCO kann eine vorbestimmte Konstante (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 5°C) angewendet werden.
Bei Schritt S530 wird ein Änderungsbetrag ΔKPN2 eines Öffnungsmusters KPN2 bestimmt. Das Öffnungsmuster KPN2 ist ein Parameter zum Bestimmen einer Kombination aus der Drosselöffnung des lufterwärmenden Expansionsventils 14a und der Drosselöffnung des Kühlaggregatexpansionsventils 14c.
In dem Lufterwärmungsparallelkühlmodus wird der Grad an Überhitzungswärme SHC so bestimmt, dass er sich dem Sollgrad an Überhitzungswärme SHCO annähert durch das Rückführsteuerverfahren auf der Basis der Abweichung zwischen dem Sollgrad an Überhitzungswärme SHCO und dem Grad an Überhitzungswärme SHCO des Kühlmittels an der Auslassanschlussseite des Kühlmittelkanals in dem Kühlaggregat 19.
Genauer gesagt nimmt, wie dies in 8 gezeigt ist, das Öffnungsmuster KPN2 zu, wenn die Sollblastemperatur TAO zunimmt. Wenn das Öffnungsmuster KPN2 zunimmt, nimmt die Drosselöffnung des lufterwärmenden Expansionsventils 14a ab und nimmt die Drosselöffnung des Kühlaggregatexpansionsventils 14c zu.
Daher nimmt, wenn das Öffnungsmuster KPN2 zunimmt, die Strömungsrate des Kühlmittels, das in dem Kühlmittelkanal des Kühlaggregats 19 einströmt, zu, und der Grad an Überhitzungswärme SHC des Kühlmittels an der Auslassanschlussseite des Kühlmittelkanals in dem Kühlaggregat 19 nimmt ab.
Bei Schritt S540 wird die Öffnung SW der Luftmischtür 34 wie in dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus berechnet, und der Prozess geht zu Schritt S580 weiter.
Bei Schritt S580 wird zum Schalten der Kühlzyklusvorrichtung 10 zu dem Kühlkreislauf in dem Parallelerwärmungsmodus das lufterwärmende Expansionsventil 14a gedrosselt, wird das luftkühlende Expansionsventil 14b gänzlich geschlossen, wird das Kühlaggregatexpansionsventil 14c gedrosselt, wird das entfeuchtende Ein-Aus-Ventil 15a geöffnet, wird das lufterwärmende Ein-Aus-Ventil 15b geöffnet und wird der Verschluss 90 geöffnet. Darüber hinaus werden ein Steuersignal oder eine elektrische Steuerspannung zu jeder Steuerzielvorrichtung in einer derartigen Weise ausgegeben, dass die bei den Schritten S510, S530 und S540 bestimmten Steuerzustände erzielt werden, und der Prozess kehrt zu dem Schritt S10 zurück.
Daher ist, wie dies durch eine dicke durchgehende Linie in 9 gezeigt ist, in der Kühlzyklusvorrichtung 10 in dem Parallelerwärmungsmodus ein Dampfkompressionskühlzyklus konfiguriert, bei dem das Kühlmittel in der Reihenfolge des Kompressors 11, des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12, des lufterwärmenden Expansionsventils 14a, des Außenwärmetauschers 16, des Lufterwärmungskanals 22b, des Druckspeichers 21 und des Kompressors 11 zirkuliert. Darüber hinaus ist in der Kühlzyklusvorrichtung 10 in dem Parallelerwärmungsmodus ein Dampfkompressionskühlkreislauf konfiguriert, bei dem das Kühlmittel in der Reihenfolge des Kompressors 11, des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12, des Bypasskanals 22a, des Kühlaggregatexpansionsventils 14c, des Kühlaggregats 19, des Verdampfungsdruckregulierventils 20, des Druckspeichers 21 und des Kompressors 11 zirkuliert.
Das heißt in der Kühlzyklusvorrichtung 10 ist im Parallelerwärmungsmodus der Kühlzyklus in einer derartigen Weise konfiguriert, dass der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 als ein Radiator fungiert, der Wärme von dem vom Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittel abstrahlt, das lufterwärmende Expansionsventil 14a als eine Dekompressionseinheit fungiert, der Außenwärmetauscher 16 als ein Verdampfer fungiert, das Kühlaggregatexpansionsventil 14c, das parallel mit dem lufterwärmenden Expansionsventil 14a und dem Außenwärmetauscher 16 verbunden ist, als eine Dekompressionseinheit fungiert, und das Kühlaggregat 19 als ein Verdampfer fungiert.
Durch diese Konfiguration kann der Außenwärmetauscher 16 Wärme von der Außenluft absorbieren, kann das Kühlaggregat 19 Wärme von dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium absorbieren und kann der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 das hochtemperaturseitige Wärmemedium erwärmen.
In der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 kann im Parallelerwärmungsmodus das Lufterwärmen in der Fahrzeugkabine ausgeführt werden, indem die durch den Heizeinrichtungskern 42 erwärmte Luft in die Fahrzeugkabine geblasen wird.
In dem Parallelerwärmungsmodus kann die Menge an Wärme, die von dem Kühlmittel in dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 zu dem hochtemperaturseitigen Wärmemedium abgestrahlt wird, erhöht werden durch Erhöhen des Öffnungsmusters KPN2 mit der Erhöhung der Sollblastemperatur TAO. Als ein Ergebnis kann im Parallelerwärmungsmodus die Fähigkeit zum Erwärmen von Luft in dem Heizeinrichtungskern 42 mit der Zunahme der Sollblastemperatur TAO verbessert werden.
(3) Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus
In dem Kühlmodus führt die Zyklussteuervorrichtung 60 den Steuerfluss des in 10 gezeigten Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus aus. Zunächst werden bei den Schritten S1000 bis S1020 wie bei den Schritten S900 bis S920 in dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus die Sollhochtemperaturseitenwärmemediumtemperatur TWHO des hochtemperaturseitigen Wärmemediums, der Zunahme-/Abnahmebetrag ΔIVO der Drehzahl des Kompressors 11 und der Sollgrad zum Unterkühlen SCO2 bestimmt.
Bei Schritt S1030 wird ein Zunahme-/Abnahmebetrag ΔEVB der Drosselöffnung des Kühlaggregatexpansionsventils 14c bestimmt. Der Zunahme-/Abnahmebetrag ΔEVB wird durch das Rückführsteuerverfahren auf der Basis der Abweichung zwischen dem Sollgrad an Nebenkühlung SCO2 und dem Grad an Unterkühlen SC2 des Kühlmittels, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt, in einer derartigen Weise bestimmt, dass der Grad an Unterkühlen SC2 des Kühlmittels, das aus dem Kühlmittelkanal des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12 herausströmt, sich dem Sollgrad an Unterkühlen SCO2 annähert.
Bei Schritt S1040 wird die Öffnung SW der Luftmischtür 34 wie bei Schritt S940 in dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus berechnet, und der Prozess geht zu Schritt S1050 weiter.
Bei Schritt S1050 wird, um die Kühlzyklusvorrichtung 10 zu dem Kühlkreislauf in dem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus zu schalten, das lufterwärmende Expansionsventil 14a gänzlich geschlossen, das luftkühlende Expansionsventil 14b gänzlich geschlossen, das Kühlaggregatexpansionsventil 14c gedrosselt, das entfeuchtende Ein-Aus-Ventil 15a geöffnet, das lufterwärmende Ein-Aus-Ventil 15b geschlossen und der Verschluss 90 geschlossen. Darüber hinaus wird ein Steuersignal oder eine elektrische Steuerspannung zu jeder Steuerzielvorrichtung in derartiger Weise ausgegeben, dass die bei den Schritten S1010, S1030 und S1040 bestimmten Steuerzustände erzielt werden, und der Prozess kehrt zu Schritt S10 zurück.
Daher ist in der Kühlzyklusvorrichtung 10 in dem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus, wie dies durch eine dicke durchgehende Linie in 11 gezeigt ist, ein Dampfkompressionskühlkreislauf konfiguriert, bei dem das Kühlmittel in der Reihenfolge des Kompressors 11, des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12, des Bypasskanals 22a, des Kühlaggregatexpansionsventils 14c, des Kühlaggregats 19, des Verdampfungsdruckregulierventils 20, des Druckspeichers 21 und des Kompressors 11 zirkuliert.
Das heißt in der Kühlzyklusvorrichtung 10 ist im Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus ein Dampfkompressionskühlzyklus konfiguriert, bei dem der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 als ein Radiator fungiert, der Wärme von dem vom Kompressor 11 abgegebenen Kühlmittel abstrahlt, das Kühlaggregatexpansionsventil 14c als eine Dekompressionseinheit fungiert und das Kühlaggregat 19 als ein Verdampfer fungiert.
Bei dieser Konfiguration kann das Kühlaggregat 19 Wärme von dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium absorbieren und der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 kann das hochtemperaturseitige Wärmemedium erwärmen. In der Fahrzeugluftkonditioniereinrichtung 1 kann im Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus ein Lufterwärmen in der Fahrzeugkabine ausgeführt werden, indem die durch den Heizeinrichtungskern 42 erwärmte Luft in die Fahrzeugkabine geblasen wird. Da der Verschluss 90 geschlossen ist, kann der Luftwiderstand des Fahrzeugs unterdrückt werden.
Die Zyklussteuervorrichtung 60 steuert nicht nur den Verschluss 90 gemäß dem Außeneinheiteinzelerwärmungsmodus, dem Parallelerwärmungsmodus und dem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus, sondern steuert auch den Verschluss 90 wie folgt.
Die Zyklussteuervorrichtung 60 öffnet den Verschluss 90 in einem Fall, bei dem zumindest entweder die Temperatur der Batterie 80 und/oder die Temperatur der Kühlzielanlage 56 in einem in 4 gezeigten erzwungenen Kühlbereich ist. Anders ausgedrückt öffnet die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90 dann, wenn zumindest entweder die Temperatur der Batterie 80 und/oder die Temperatur der Kühlzielanlage 56 gleich wieder höher als eine erzwungene Kühltemperatur ist. Die erzwungene Kühltemperatur ist eine Temperatur an einer Grenze zwischen dem Bereich wiedergewinnbarer Abwärme und dem Bereich des erzwungenen Kühlens in 4. Als ein Ergebnis kann der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 Wärme von dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemedium zur Außenluft abgeben (abstrahlen), um die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums zu senken. Daher kann die Temperatur der Batterie 80 und die Temperatur der Kühlzielanlage 56 in dem in 4 gezeigten Bereich des erzwungenen Kühlens festgelegt werden.
In dem Fall, bei dem zumindest entweder die Temperatur der Batterie 80 und/oder die Temperatur der Kühlzielanlage 56 in dem in 4 gezeigten Aufwärmerwärmungsbereich ist, öffnet die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90, wodurch bewirkt wird, dass das niedrigtemperaturseitige Erwärmungsmedium Wärme von der Außenluft in den niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 absorbiert und die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums erhöht.
Anders ausgedrückt öffnet in einem Fall, bei dem zumindest entweder die Temperatur der Batterie 80 und/oder die Batterie der Kühlzielanlage 56 gleich wie oder geringer als die Abwärmewiedergewinnungstemperatur ist, die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90, wodurch bewirkt wird, dass das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium Wärme von der Außenluft in dem niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 absorbiert und die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums erhöht wird. Die Abwärmewiedergewinnungstemperatur ist eine Temperatur an der Grenze zwischen dem Bereich wiedergewinnbarer Abwärme und dem Aufwärmerwärmungsbereich in 4. Daher kann die Temperatur der Batterie 80 und die Temperatur der Kühlzielanlage 56 in dem in 4 gezeigten Bereich wiedergewinnbarer Abwärme festgelegt werden (in diesen Bereich gesetzt werden).
Wenn die Temperatur der Batterie 80 in dem Bereich wiedergewinnbarer Abwärme ist und die Menge an Abwärme der Batterie 80 größer als die Menge an Wärme ist, die von der Außenluft in dem niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 absorbiert wird, kann Wärme von der Batterie 80 absorbiert werden, und somit kann der Verschluss 90 geschlossen werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Kühlzielanlage 56 in dem Aufwärmerwärmungsbereich sein.
Wenn die Temperatur der Kühlzielanlage 56 in dem Bereich wiedergewinnbarer Abwärme ist und die Menge an Abwärme in der Kühlzielanlage 56 größer als die Menge an Wärme ist, die von der Außenluft in dem niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 absorbiert wird, kann Wärme von der Kühlzielanlage 56 absorbiert werden, und somit kann der Verschluss 90 geschlossen werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Batterie 80 in dem Aufwärmerwärmungsbereich sein.
Die Zyklussteuervorrichtung 60 schließt den Verschluss 90 bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der der Fahrwiderstand des Fahrzeugs zunimmt und die Menge an Abwärme in der Kühlzielanlage 56 zunimmt. Anders ausgedrückt schließt die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90 in einem Fall, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet. Als ein Ergebnis ist es möglich, in effektiver Weise den Fahrwiderstand des Fahrzeugs zu reduzieren und eine Energieeinsparung des Fahrzeugs zu erzielen, während effektiv die Menge an Abwärme der Kühlzielanlage 56 zum Lufterwärmen verwendet wird.
Die Zyklussteuervorrichtung 60 kann den Verschluss 90 schließen, wenn die Fahrlast des Fahrzeugs zunimmt und die Menge an Abwärme der Kühlzielanlage 56 zunimmt. Anders ausgedrückt kann die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90 in einem Fall schließen, bei denen die Fahrlast des Fahrzeugs eine vorbestimmte Last überschreitet. Als ein Ergebnis ist es möglich, effektiv den Fahrwiderstand des Fahrzeugs zu reduzieren und eine Energieeinsparung beim Fahrzeug zu erzielen, während effektiv die Menge an Abwärme der Kühlzielanlage 56 zum Lufterwärmen verwendet wird.
12 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Wiedergewinnungsmenge der Abwärme der Kühlzyklusvorrichtung 10, einem Energieverbrauch des Kompressors 11 und einem Verdampfungsdruck der Kühlzyklusvorrichtung 10, wobei ein Verifikationsergebnis unter den Bedingungen einer Außenlufttemperatur von -7° C, einer Außenluftwindgeschwindigkeit von 2 m/s, einer Innenlufttemperatur von 9° C, einem Innenvolumen von 250 m³/h und einer Lufterwärmungskapazität von 3,58 kW gezeigt ist.
Die Menge an Abwärme der Kühlzielanlage 56 wie beispielsweise ein Inverter oder ein Motorgenerator nimmt aufgrund einer Hochgeschwindigkeitsfahrt zu. Wenn die Menge an Abwärme zunimmt und die Wiedergewinnungsmenge an Abwärme ebenfalls zunimmt, nimmt der Verdampfungsdruck der Kühlzyklusvorrichtung 10 zu, und somit nimmt der Energieverbrauch des Kompressors 11 ab. Daher kann eine Energieeinsparung erzielt werden.
Wie dies in 13 gezeigt ist, nimmt, wenn die Öffnung des Verschlusses 90 abnimmt, die Menge an Luft, die zu dem Außenwärmetauscher 16 geführt wird, ab, jedoch nimmt der Luftwiderstandswert (der sogenannte CD-Wert) des Fahrzeugs ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Verschluss 90 geschlossen, da es nicht notwendig ist, Außenluft in den Außenwärmetauscher 16 in dem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus einzuleiten. Da der Luftwiderstand des Fahrzeugs in dem Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus reduziert werden kann, kann eine Energieeinsparung erzielt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schließt, wie dies in den Schritten S30, S50 und dergleichen beschrieben ist, die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90 in einem Fall, bei dem bestimmt wird, dass die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 größer als die Menge an Wärme ist, die von dem Kühlmittel in dem Außenwärmetauscher 16 und dem Kühlaggregat absorbiert wird.
Demgemäß absorbiert nicht nur das Kühlaggregat Wärme von der Kühlzielanlage 56, sondern auch der Außenwärmetauscher 16 absorbiert Wärme von der Außenluft und führt ein Lufterwärmen aus. Als ein Ergebnis kann eine Energieeinsparung beim Lufterwärmen erzielt werden. Darüber hinaus ist in einem Fall, bei dem der Außenwärmetauscher 16 nicht Wärme von der Außenluft zum Lufterwärmen absorbieren muss, der Verschluss 90 geschlossen, sodass der Fahrwiderstand des Fahrzeugs reduziert werden kann und ein Energieeinsparen beim Fahrzeug erzielt werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schließt, wie dies bei Schritt S1050 und dergleichen beschrieben ist, die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90 in einem Fall, bei dem die Strömung des Kühlmittels zu dem Außenwärmetauscher 16 blockiert ist. Demgemäß ist in einem Fall, bei dem der Außenwärmetauscher 16 Wärme von der Außenluft nicht absorbiert, der Verschluss 90 geschlossen, sodass der Fahrwiderstand des Fahrzeugs reduziert werden kann und eine Energieeinsparung beim Fahrzeug erzielt werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel öffnet die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss 90 in einem Fall, bei dem die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums gleich wie oder höher als die erzwungene Kühltemperatur (Temperatur des erzwungenen Kühlens) ist. Demgemäß kann ein übermäßiges Ansteigen der Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums vermieden werden, da das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium zwangsweise durch den niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 gekühlt werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schaltet die Zyklussteuervorrichtung 60 zu dem Abwärmewiedergewinnungsmodus, bei dem das Kühlaggregat 19 Abwärme von zumindest entweder der Batterie 80 und/oder der Kühlzielanlage 56 absorbiert, in einem Fall, bei dem die Temperatur des niedrigtemperaturseitigen Wärmemediums gleich wie oder höher als die Abwärmewiedergewinnungstemperatur ist, und schließt den Verschluss in einem Fall, bei dem bestimmt wird, dass die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 größer als die Menge an Wärme ist, die durch den Außenwärmetauscher 16 in dem Abwärmewiedergewinnungsmodus absorbiert wird.
Als ein Ergebnis kann die Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 für das Lufterwärmen effektiv genutzt werden, und somit kann eine Energieeinsparung in effizienter Weise erzielt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schließt die Zyklussteuervorrichtung 60 den Verschluss in einem Fall, bei dem die Fahrlast des Fahrzeugs eine vorbestimmte Last überschreitet (d.h. die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 nimmt zu). Demgemäß ist es möglich, in effektiver Weise den Fahrwiderstand des Fahrzeugs zu reduzieren und eine Energieeinsparung beim Fahrzeug zu erzielen, während effektiv die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 zum Lufterwärmen verwendet wird.
Während das vorliegende Ausführungsbeispiel im Hinblick auf den Öffnungs- und Schließvorgang des Verschlusses 90 in dem Lufterwärmungsbetrieb beschrieben ist, kann ein derartiger Öffnungs- und Schließvorgang des Verschlusses 90 in ähnlicher Weise bei dem Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsmodus angewendet werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Bei Schritt S30 des ersten Ausführungsbeispiels wird bestimmt, ob die Menge an Abwärme größer als die Menge an absorbierter Wärme ist oder nicht, indem die berechnete Menge an Abwärme mit der berechneten Menge an absorbierter Wärme verglichen wird. Bei Schritt S30 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird auf der Basis des Betriebszustandes der Kühlzyklusvorrichtung 10 bestimmt, ob die Menge an Abwärme größer als die Menge an absorbierter Wärme ist oder nicht.
Genauer gesagt wird in einem Fall, bei dem die Öffnung des lufterwärmenden Expansionsventils 14a gleich wie oder geringer als eine vorbestimmte Öffnung KB ist, bestimmt, dass die Menge an Abwärme größer als die Menge an absorbierter Wärme ist. Beispielsweise ist, wie dies in 14 gezeigt ist, in einem Fall, bei dem das Öffnungsmuster KPN2 gleich wie oder größer als ein Grenzwert δ ist, die Öffnung des lufterwärmenden Expansionsventils 14a gleich wie oder geringer als eine vorbestimmte Öffnung KB, sodass bestimmt wird, dass die Menge an Abwärme größer als die Menge an absorbierter Wärme ist.
Außerdem können im vorliegenden Ausführungsbeispiel ähnliche Effekte wie beim ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie dies in 15 gezeigt ist, der Bypasskanal 22a aus dem ersten Ausführungsbeispiel weggelassen worden. Daher gibt es keinen (2) Parallelerwärmungsmodus im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Im (3) Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus wird das lufterwärmende Expansionsventil 14a so gesteuert, dass die Kühlmitteltemperatur im Außenwärmetauscher 16 gleich der Außenlufttemperatur ist. Als ein Ergebnis wird im Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus eine Absorption von Wärme durch den Außenwärmetauscher 16 angehalten, und die Wärme wird durch das Kühlaggregat 19 absorbiert.
Ob der Außenwärmetauscher 16 als ein Radiator oder als eine Wärmeabsorbiereinrichtung während des Lufterwärmungsbetriebs oder des Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetriebs fungiert, wird auf der Basis einer Kühlmitteltemperatur, eines Kühlmitteldrucks, einer Außenlufttemperatur und dergleichen bestimmt. Beispielsweise wird in einem Fall, bei dem die Kühlmitteltemperatur im Außenwärmetauscher 16 höher als die Außenlufttemperatur ist, bestimmt, dass der Außenwärmetauscher 16 als ein Radiator fungiert, und in einem Fall, bei dem die Kühlmitteltemperatur im Außenwärmetauscher 16 niedriger als die Außenlufttemperatur ist, wird bestimmt, dass der Außenwärmetauscher 16 als eine Wärmeabsorbiereinrichtung fungiert. Die Kühlmitteltemperatur im Außenwärmetauscher 16 kann durch einen Kühlmitteltemperatursensor erfasst werden oder kann aus dem Kühlmitteldruck im Außenwärmetauscher 16 berechnet werden.
In dem Fall, bei dem der Außenwärmetauscher 16 als eine Wärmeabsorbiereinrichtung fungiert, wird der (3) Kühlaggregateinzelerwärmungsmodus wie im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gewählt, wenn die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 größer als die Menge an Wärme ist, die durch den Außenwärmetauscher 16 absorbiert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann, da der Verschluss 90 geschlossen ist, der Luftwiderstand des Fahrzeugs verringert werden und eine Energieeinsparung kann beim Fahrzeug erzielt werden.
Das heißt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestimmt die Zyklussteuervorrichtung 60, ob der Außenwärmetauscher 16 Wärme auf der Basis der physikalischen Größe absorbiert oder nicht, verursacht durch die Temperatur des Kühlmittels in dem Außenwärmetauscher und die Außentemperatur. Wenn bestimmt wird, dass der Außenwärmetauscher 16 Wärme absorbiert, wird bestimmt, ob die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 größer als die Menge an Wärme, die durch das Kühlaggregat 19 absorbiert wird, ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 größer als die Menge an durch das Kühlaggregat 19 absorbierter Wärme ist, wird der Verschluss 90 geschlossen.
Als ein Ergebnis wird in einem Fall, bei dem der Außenwärmetauscher 16 Wärme von der Außenluft zum Lufterwärmen nicht absorbieren muss, der Verschluss 90 geschlossen, sodass der Fahrwiderstand des Fahrzeugs reduziert werden kann und ein Energieeinsparen beim Fahrzeug erzielt werden kann.
Viertes Ausführungsbeispiel
In den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen bewirkt der Außenwärmetauscher 16, dass das Kühlmittel Wärme von der Außenluft in dem Lufterwärmungsmodus und dem Luftkühlmodus absorbiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bewirkt, wie dies in 16 gezeigt ist, der Außenwärmetauscher 16, dass das Kühlmittel Wärme von der Außenluft in dem Lufterwärmungsmodus und dem Luftkühlmodus absorbiert. Jedoch bewirken der niedrigtemperaturseitige Radiator 54, der niedrigtemperaturseitige Wärmemediumkreislauf 50 und das Kühlaggregat 19, dass das Kühlmittel Wärme von der Außenluft über das niedrigtemperaturseitige Wärmemedium absorbiert. Der niedrigtemperaturseitige Radiator 54, der niedrigtemperaturseitige Wärmemediumkreislauf 50 und das Kühlaggregat 19 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind Außenluftwärmeabsorbiereinheiten, die bewirken, dass das Kühlmittel Wärme von der Außenluft absorbiert.
Die Batterie 80 und die Kühlzielanlage 56 sind ebenfalls in dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 angeordnet. Daher sind der niedrigtemperaturseitige Radiator 54, der niedrigtemperaturseitige Wärmemediumkreislauf 50 und das Kühlaggregat 19 Wärmeabsorbiereinheiten, die bewirken, dass das Kühlmittel Wärme von der Außenluft absorbiert, und die bewirken, dass das Kühlmittel Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 absorbiert.
Die Kühlzyklusvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein superkritischer Dampfkompressionskühlzyklus, der den Kompressor 11, den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12, das luftkühlende Expansionsventil 14b, den Innenverdampfer 18, das Verdampfungsdruckregulierventil 20, das Kühlaggregatexpansionsventil 14c und das Kühlaggregat 19 umfasst.
Das Kühlaggregatexpansionsventil 14c und das Kühlaggregat 19 sind parallel zu dem luftkühlenden Expansionsventil 14b, dem Innenverdampfer 18 und dem Verdampfungsdruckregulierventil 20 in einer Kühlmittelströmung angeordnet.
Die Kühlzyklusvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst einen ersten Kühlmittelzirkulationskreislauf und einen zweiten Kühlmittelzirkulationskreislauf. Im ersten Kühlmittelzirkulationskreislauf zirkuliert das Kühlmittel in der Reihenfolge des Kompressors 11, des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12, des luftkühlenden Expansionsventils 14b, des Innenverdampfers 18, des Verdampfungsdruckregulierventils 20 und des Kompressors 11. In dem zweiten Kühlmittelzirkulationskreislauf zirkuliert das Kühlmittel in der Reihenfolge des Kompressors 11, des Wasser-Kühlmittel-Wärmetauschers 12, des Kühlaggregatexpansionsventils 14c und des Kühlaggregats 19.
Der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 hat einen Kondensierabschnitt 12a, einen Empfänger 12b und einen Unterkühlabschnitt 12c. Der Kondensierabschnitt 12a tauscht Wärme zwischen dem von dem Kompressor 11 abgegebenen hochdruckseitigen Kühlmittel und dem Kühlwasser in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 aus, um das hochdruckseitige Kühlmittel zu kondensieren.
Der Empfänger 12b ist eine Gas-Flüssigkeit-Trenneinheit, die das aus dem Kondensierabschnitt 12a herausströmende Hochdruckkühlmittel in Gas und Flüssigkeit trennt, die bewirkt, dass das abgetrennte in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel zu der stromabwärtigen Seite strömt, und die überschüssiges Kühlmittel in dem Zyklus speichert.
Der Unterkühlabschnitt 12c tauscht Wärme zwischen dem aus dem Empfänger 12b herausströmenden in flüssiger Phase vorliegenden Kühlmittel und dem Kühlwasser in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 aus, um das in flüssiger Phase vorliegende Kühlmittel einer Unterkühlung zu unterziehen.
Im hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 sind der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12, die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41, der Heizeinrichtungskern 42, ein hochtemperaturseitiger Radiator 44, ein hochtemperaturseitiger Reservetank 45, ein Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 und ein Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 47 angeordnet.
Die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 ist eine Wärmemediumpumpe, die Kühlwasser angesaugt und abgibt. Die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 ist eine elektrische Pumpe. Die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 ist eine elektrische Pumpe mit einer konstanten Abgabeströmungsrate, jedoch kann die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 eine elektrische Pumpe mit einer variablen Abgabeströmungsrate sein.
Der Heizeinrichtungskern 42 ist eine Luftheizeinrichtung, die Wärme zwischen dem Kühlwasser in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 und der Luft austauscht, die zu der Fahrzeugkabine geliefert wird, um die Luft zu erwärmen, die zu der Fahrzeugkabine geliefert wird. Im Heizeinrichtungskern 42 strahlt das Kühlwasser Wärme zu der Luft ab, die zu der Fahrzeugkabine geliefert wird.
Der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12 und der Heizeinrichtungskern 42 sind Lufterwärmungseinheiten, die bewirken, dass das von dem Kompressor 11 abgegebene Hochdruckkühlmittel Wärme zum Zwecke des Erwärmens der Luft abstrahlt (abgibt), die zu der Fahrzeugkabine geliefert wird.
Der hochtemperaturseitige Radiator 44 ist ein Radiator, der Wärme zwischen dem Kühlwasser in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 und der Außenluft austauscht, um Wärme von dem Kühlwasser zu der Außenluft abzugeben.
Der hochtemperaturseitige Reservetank 45 ist eine Kühlwasserspeichereinheit, die überschüssiges Kühlwasser speichert. Indem das überschüssige Kühlwasser in dem hochtemperaturseitigen Reservetank 45 gespeichert wird, ist es möglich, eine Abnahme der Menge an Kühlwasser, das durch jeden Strömungspfad zirkuliert, zu vermeiden.
Der hochtemperaturseitige Reservetank 45 ist ein abgedichteter Reservetank oder ein gegenüber der Umgebung offener Reservetank. Der abgedichtete Reservetank ist ein Reservetank, der den Druck am Flüssigkeitspegel des gespeicherten Kühlwassers auf einen vorbestimmten Druck bringt. Der gegenüber der Umgebung offene Reservetank ist ein Reservetank, der den Druck am Flüssigkeitspegel des gespeicherten Kühlwassers auf den Umgebungsdruck bringt.
Der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 12, die hochtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 41 und der hochtemperaturseitige Reservetank 45 sind in einem Kondensatorströmungspfad 14a angeordnet. Der Kondensatorströmungspfad 14a ist ein Strömungspfad, durch den das Kühlwasser im hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 strömt.
Der Heizeinrichtungskern 42 und das Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 sind in einem Heizeinrichtungskernströmungspfad 40b angeordnet. Der Heizeinrichtungskernströmungspfad 40b ist ein Strömungspfad, durch den das Kühlwasser im hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 strömt. Das Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 ist ein elektromagnetisches Ventil, das den Heizeinrichtungskernströmungspfad 40b öffnet und schließt. Der Betrieb des Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventils 46 wird durch die Zyklussteuervorrichtung 60 gesteuert.
Der hochtemperaturseitige Radiator 44 und das Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 47 sind in einem Radiatorströmungspfad 40c angeordnet. Der Radiatorströmungspfad 40c ist ein Strömungspfad, durch den das Kühlwasser im hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 parallel zu dem Heizeinrichtungskern 42 strömt. Das Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 47 ist ein elektromagnetisches Ventil, das den Radiatorströmungspfad 40c öffnet und schließt. Der Betrieb des Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventils 47 wird durch die Zyklussteuervorrichtung 60 gesteuert.
Das Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 ist zwischen dem Heizeinrichtungskern 42 und einem hochtemperaturseitigen Verzweigungsabschnitt 40d, der ein Verzweigungsabschnitt zwischen dem Heizeinrichtungskernströmungspfad 40b und dem Radiatorströmungspfad 40c ist, im hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 angeordnet. Das Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 reguliert die Strömungsrate des Kühlwassers im hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40, das in den Heizeinrichtungskern 42 strömt.
Das Radiatorströmungspfad Ein-Aus-Ventil 47 ist zwischen dem hochtemperaturseitigen Verzweigungsabschnitt 40d und dem hochtemperaturseitigen Radiator 44 in dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 angeordnet. Das Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 47 reguliert die Strömungsrate des Kühlwassers im hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40, das in den hochtemperaturseitigen Radiator 44 strömt.
Das Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 und das Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 47 sind Hochtemperaturwärmemediumreguliereinheiten, die ein Strömungsratenverhältnis zwischen dem durch den Heizeinrichtungskern 42 strömenden Kühlwasser und dem durch den hochtemperaturseitigen Radiator 44 strömenden Kühlwasser regulieren. Das Strömungsratenverhältnis zwischen dem durch den Heizeinrichtungskern 42 strömenden Kühlwasser und dem durch den hochtemperaturseitigen Radiator 44 strömenden Kühlwasser ist ein Hochtemperaturwärmemediumströmungsratenverhältnis. Das Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 47 ist eine radiatorseitige Reguliereinheit. Das Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 ist eine luftheizeinrichtungsseitige Reguliereinheit. Das Heizeinrichtungskernströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 46 und das Radiatorströmungspfad-Ein-Aus-Ventil 47 sind Strömungsratenreguliermechanismen, die die Strömungsrate des Kühlwassers regulieren (anders ausgedrückt die Strömungsratenreguliermechanismen).
In dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 sind die niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 51, das Kühlaggregat 19, die kühlende Wärmetauschereinheit 52, der niedrigtemperaturseitige Radiator 54, die Kühlzielanlage 56 und ein niedrigtemperaturseitiger Reservetank 57 angeordnet.
Der hochtemperaturseitige Radiator 44 und der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 sind in Reihe in dieser Reihenfolge in einer Strömungsrichtung der Außenluft angeordnet.
Der hochtemperaturseitige Radiator 44 und der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 sind an der vordersten Seite des Fahrzeugs angeordnet. Daher kann während der Fahrt des Fahrzeugs die Fahrtluft auf den hochtemperaturseitigen Radiator 44 und den niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 aufgebracht werden.
Der niedrigtemperaturseitige Reservetank 57 ist eine Kühlwasserspeichereinheit, die überschüssiges Kühlwasser speichert. Indem überschüssiges Kühlwasser in dem niedrigtemperaturseitigen Reservetank 57 gespeichert wird, ist es möglich, eine Abnahme der Menge an Kühlwasser, die durch jeden Strömungspfad zirkuliert, zu vermeiden. Der niedrigtemperaturseitige Reservetank 57 ist ein abgedichteter Reservetank oder ein gegenüber der Umgebung offener Reservetank.
Ein Drei-Wege-Ventil 53 ist in dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 angeordnet. Das Drei-Wege-Ventil 53 ist eine Niedrigtemperaturwärmemediumreguliereinheit, die das Strömungsratenverhältnis zwischen der Strömungsrate des zu der Seite der kühlenden Wärmetauschereinheit 52 strömenden Kühlwassers und der Strömungsrate des zu der Seite des niedrigtemperaturseitigen Radiators 54 reguliert.
Das Drei-Wege-Ventil 53 ist eine Wärmemediumströmungsschalteinheit, die zwischen einem Zustand, bei dem das Kühlwasser zu dem niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 strömt, und einem Zustand schaltet, bei dem das Kühlwasser nicht zu den niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 strömt. Der Betrieb des Drei-Wege-Ventils 53 wird durch die Zyklussteuervorrichtung 60 gesteuert.
Der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist nachstehend beschrieben. In der Kühlzyklusvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels können der Luftkühlbetrieb, der Lufterwärmungsbetrieb und der Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb ausgeführt werden, indem der Kühlkreislauf, der hochtemperaturseitige Wärmemediumkreislauf 40 und der niedrigtemperaturseitige Wärmemediumkreislauf 50 geschaltet werden.
In zumindest einem Betriebsmodus, bei dem das Kühlmittel zu dem Kühlaggregat 19 strömt und der Heizeinrichtungskern 42 das Lufterwärmen ausführt, wird in einem Fall, bei dem die Menge an Wärme, die durch das Kühlaggregat 19 absorbiert wird, größer als die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 ist, die Strömungsrate des durch die Batterie 80 und die Kühlzielanlage 56 strömenden Kühlwassers durch das Drei-Wege-Ventil 53 so reguliert, dass die Menge an absorbierter Wärme gesteuert wird, um zu diesem Zeitpunkt ist der Verschluss 90 geöffnet.
Wenn die Menge an Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 größer als die Menge an Wärme ist, die durch das Kühlaggregat 19 absorbiert wird, wird Wärme nicht von der Außenluft durch den niedrigtemperaturseitigen Radiator 54 absorbiert, und die Abwärme der Batterie 80 und der Kühlzielanlage 56 wird durch das Kühlaggregat 19 absorbiert. Da zu diesem Zeitpunkt der Verschluss 90 geschlossen ist und der Luftwiderstand des Fahrzeugs reduziert werden kann, kann eine Energieeinsparung beim Fahrzeug erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann verschiedenartig wie folgt abgewandelt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen offenbarten Einrichtungen können geeignet innerhalb eines denkbaren Bereiches kombiniert werden.
Beispielsweise kann ein Innenkondensator als die Erwärmungseinheit der Kühlzyklusvorrichtung 10 angewendet werden. Der Innenkondensator ist ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem von dem Kompressor 11 abgegebenen unter hoher Temperatur und unter hohem Druck stehenden Kühlmittel und der Luft austauscht, um das Kühlmittel zu kondensieren und die Luft zu erwärmen. Der Innenkondensator ist ein Wärmetauscher, der in dem Luftkonditioniergehäuse 31 der Innenluftkonditioniereinheit 30 ähnlich wie der im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben Heizeinrichtungskern 42 angeordnet ist.
Obwohl das Öffnen und Schließen des Verschlusses 90 für jeden Betriebsmodus im Lufterwärmungsbetrieb bestimmt wird, kann das Öffnen und Schließen des Verschlusses 90 auch für jeden Betriebsmodus in dem Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb bestimmt werden.
Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele haben die Kühlzyklusvorrichtung 10 beschrieben, die zu einem Schalten zu einer Vielzahl an Betriebsmodi in der Lage ist, jedoch ist das Schalten zwischen den Betriebsmodi in der Kühlzyklusvorrichtung 10 nicht darauf beschränkt. Es ist lediglich erforderlich, dass zumindest der Lufterwärmungsbetrieb oder der Entfeuchtungs- und Lufterwärmungsbetrieb ausgeführt werden kann. Die detaillierte Steuerung von jedem Betriebsmodus ist nicht auf jene Steuerung beschränkt, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbart ist.
Die Komponenten der Kühlzyklusvorrichtung sind nicht auf jene Komponenten beschränkt, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbart sind. Eine Vielzahl an Zykluskomponenten kann in einer derartigen Weise integriert werden, dass die vorstehend beschriebenen Effekte aufgezeigt werden können. Beispielsweise kann eine Vier-Wege-Verbindungsstruktur angewendet werden, bei der die zweite Drei-Wege-Verbindung 13b und die fünfte Drei-Wege-Verbindung 13e integriert (einstückig gestaltet) sind. Darüber hinaus kann als das luftkühlende Expansionsventil 14b und das Kühlaggregatexpansionsventil 14c eine Vorrichtung angewendet werden, bei der ein elektrisches Expansionsventil, das eine gänzlich geschlossene Funktion nicht hat, und ein Ein-Aus-Ventil direkt verbunden sind.
Die Ausführungsbeispiele haben das Beispiel der Anwendung von R1234yf als ein Kühlmittel beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann R134a, R600a, R410A, R404A, R32, R407C und dergleichen angewendet werden. Alternativ kann ein gemischtes Kühlmittel, das erlangt wird, indem eine Vielzahl an Arten dieser Kühlmittel oder dergleichen gemischt werden, angewendet werden. Darüber hinaus kann Kohlendioxid als ein Kühlmittel angewendet werden und ein superkritischer Kühlzyklus, bei dem der hochdruckseitige Kühlmitteldruck gleich wie oder höher als der kritische Druck des Kühlmittels ist, kann konfiguriert werden.
Die Konfiguration der Erwärmungseinheit ist nicht auf jene beschränkt, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbart sind. Beispielsweise kann ein Drei-Wege-Ventil und ein hochtemperaturseitiger Radiator, die jeweils ähnlich wie das erste Drei-Wege-Ventil 53a und der niedrigtemperaturseitige Radiator 54 in dem niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 50 sind, zu dem hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 hinzugefügt werden, der im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, und überschüssige Wärme kann zu der Außenluft abgegeben werden. Darüber hinaus kann in einem Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor hat wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug, ein Verbrennungsmotorkühlwasser durch den hochtemperaturseitigen Wärmemediumkreislauf 40 zirkulieren.
Die Konfiguration der Batteriekühleinheit ist nicht auf jene beschränkt, die in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbart ist. Beispielsweise kann als die Batteriekühleinheit ein Thermosiphon angewendet werden, bei dem das Kühlaggregat 19 des im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen niedrigtemperaturseitigen Wärmemediumkreislaufes 50 als ein Kondensierabschnitt dient und die kühlende Wärmetauschereinheit 52 als ein Verdampfungsabschnitt dient. Demgemäß kann die erste niedrigtemperaturseitige Wärmemediumpumpe 51 beseitigt werden.
Der Thermosiphon umfasst einen Verdampfungsabschnitt, der ein Kühlmittel verdampft, und einen Kondensierabschnitt, der das Kühlmittel kondensiert, und ist so aufgebaut, dass der Verdampfungsabschnitt und der Kondensierabschnitt in der Form einer geschlossenen Schleife verbunden sind (d.h. in einer ringartigen Form). Der Thermosiphon ist ein Wärmetransportkreislauf, der eine Differenz bei der spezifischen Dichte (relative Schwerkraft) im Kühlmittel in dem Kreislauf durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Kühlmittels im Verdampfungsabschnitt und der Temperatur des Kühlmittels im Kondensierabschnitt erzeugt und in natürlicher Weise das Kühlmittel durch die Wirkung der Schwerkraft zirkulieren lässt, um die Wärme zusammen mit dem Kühlmittel zu transportieren.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der Inverter, der Motorgenerator und die ADAS-Steuervorrichtung als ein Beispiel der Kühlzielanlage 56 beschrieben, jedoch ist die Kühlzielanlage 56 nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Kühlzielanlage 56 eine elektrische Vorrichtung sein, die Wärme während des Betriebs erzeugt wie beispielsweise eine Aufladeeinrichtung, die die Batterie 80 mit elektrischer Energie auflädt.
Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß ihren Beispielen beschrieben ist, sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele und Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung umfasst auch verschiedene Abwandlungen und Modifikationen innerhalb eines äquivalenten Bereiches. Außerdem fallen verschiedene Kombinationen und Modi und andere Kombinationen und Modi inklusive lediglich einem Element, mehreren Elementen oder weniger Elementen ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020111492 [0001]
JP 2019051899 A [0005]

Claims

Kühlzyklusvorrichtung mit: einem Kompressor (11), der ein Kühlmittel ansaugt, komprimiert und abgibt; einer Wärmeabgabeeinheit (12, 42), die so aufgebaut ist, dass sie bewirkt, dass das von dem Kompressor abgegebene Kühlmittel Wärme abgibt, um Luft zu erwärmen, die zu einem Raum im Inneren einer Fahrzeugkabine geliefert wird; einer Dekompressionseinheit (14a, 14c), die so aufgebaut ist, dass sie das Kühlmittel dekomprimiert, das Wärme in der Wärmeabgabeeinheit abgegeben hat; einer Außenluftwärmeabsorbiereinheit (16, 19, 50, 54), die so aufgebaut ist, dass sie bewirkt, dass das durch die Dekompressionseinheit dekomprimierte Kühlmittel Wärme von Außenluft absorbiert; einer Abwärmeabsorbiereinheit (19), die so aufgebaut ist, dass sie bewirkt, dass das durch die Dekompressionseinheit dekomprimierte Kühlmittel Abwärme von einer Abwärmevorrichtung (80, 56) absorbiert; einem Verschluss (90), der so aufgebaut ist, dass er öffnet und schließt, um eine Öffnung eines Kanals für die Außenluft zu regulieren, die zu der Außenluftwärmeabsorbiereinheit eingeleitet wird; und einer Steuereinheit (60), die so aufgebaut ist, dass sie den Verschluss schließt, wenn bestimmt wird, dass eine Menge an Abwärme der Abwärmevorrichtung größer ist als eine Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in der Außenluftwärmeabsorbiereinheit und der Abwärmeabsorbiereinheit absorbiert wird.
Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit den Verschluss schließt, wenn eine Strömung des Kühlmittels zu der Außenluftwärmeabsorbiereinheit blockiert ist.
Kühlzyklusvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit bestimmt, ob die Außenluftwärmeabsorbiereinheit Wärme absorbiert, auf der Basis einer physikalischen Größe, die durch eine Temperatur des Kühlmittels in der Außenluftwärmeabsorbiereinheit und einer Außenlufttemperatur verursacht wird, wenn bestimmt wird, dass die Außenluftwärmeabsorbiereinheit Wärme absorbiert, die Steuereinheit bestimmt, ob eine Menge an Abwärme der Abwärmevorrichtung größer ist als eine Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in der Außenluftwärmeabsorbiereinheit und der Abwärmeabsorbiereinheit absorbiert wird, und wenn bestimmt wird, dass die Menge an Abwärme der Abwärmevorrichtung größer als die Menge an Wärme ist, die durch das Kühlmittel in der Außenluftwärmeabsorbiereinheit und der Abwärmeabsorbiereinheit absorbiert wird, die Steuereinheit den Verschluss schließt.
Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abwärmeabsorbiereinheit bewirkt, dass das Kühlmittel Wärme von einem Wärmemedium absorbiert, das die Abwärmevorrichtung kühlt, die Kühlzyklusvorrichtung des Weiteren einen Radiator (54) aufweist, der Wärme zwischen dem Wärmemedium und der Außenluft austauscht, der Verschluss einen Kanal für die Außenluft öffnet und schließt, die in den Radiator eingeleitet wird, und die Steuereinheit den Verschluss öffnet, wenn eine Temperatur des Wärmemediums gleich wie oder höher als eine Temperatur eines erzwungenen Kühlens ist.
Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Abwärmewiedergewinnungsmodus, bei dem die Abwärmeabsorbiereinheit Abwärme der Abwärmevorrichtung absorbiert, und ein Außenluftwärmeabsorbiermodus, bei dem die Außenluftwärmeabsorbiereinheit Wärme von der Außenluft absorbiert, zueinander geschaltet werden können, die Abwärmeabsorbiereinheit bewirkt, dass das Kühlmittel Wärme von einem Wärmemedium absorbiert, das die Abwärmevorrichtung kühlt, und wenn eine Temperatur des Wärmemediums gleich wie oder höher als eine Abwärmewiedergewinnungstemperatur ist, die Steuereinheit zu dem Abwärmewiedergewinnungsmodus schaltet, und die Steuereinheit den Verschluss schließt, wenn bestimmt wird, dass eine Menge an Abwärme der Abwärmevorrichtung größer ist als eine Menge an Wärme, die durch das Kühlmittel in der Außenluftwärmeabsorbiereinheit und der Abwärmeabsorbiereinheit in dem Abwärmewiedergewinnungsmodus absorbiert wird.
Kühlzyklusvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abwärmevorrichtung eine Charakteristik dahingehend hat, dass eine Menge an Abwärme zunimmt, wenn eine Fahrlast eines Fahrzeugs zunimmt, und die Steuereinheit den Verschluss schließt, wenn die Fahrlast eine vorbestimmte Last überschreitet.