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Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr.
202011507091 .X, eingereicht bei der China National Intellectual Property Administration (CNIPA) am 18. Dezember 2020, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf den Bereich der Wärmetauschtechnik, zum Beispiel auf ein indirektes Wärmepumpensystem.
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HINTERGRUND
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Bei einem herkömmlichen Fahrzeug hängt die Kühlung von einer Klimaanlage und die Erwärmung von der von einem Motor abgegebenen Wärme ab. Im Vergleich dazu erfolgt die Temperaturregelung bei einem Elektrofahrzeug mit neuer Energie in der Regel über die Mitführung eines Wärmepumpensystems oder einer PTC-Heizung. Der Wirkungsgrad der PTC-Heizung ist jedoch immer kleiner als 1, wodurch die Energiekapazität der Batterien stark beansprucht, die Reichweite des Fahrzeugs erheblich verringert und die Reichweitenangst der Kunden verstärkt wird.
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Da Nutzer immer höhere Anforderungen an die Reichweite ihres Fahrzeugs stellen, wurden eine Vielzahl von Wärmepumpensystemen entwickelt. Aufgrund der Vorteile des hohen Wirkungsgrads und der Energieeinsparung werden Wärmepumpensysteme zunehmend in Elektrofahrzeugen mit neuer Energie angewendet.
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Allerdings unterliegen Wärmepumpen-Klimaanlagen für Elektrofahrzeuge mit neuer Energie verschiedenen Einschränkungen, die nachstehend beschrieben werden.
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Die Wärmepumpen-Klimaanlagen in den Elektrofahrzeugen mit neuer Energie verwenden meist direkte Wärmepumpensysteme. In einem direkten Wärmepumpensystem wird ein Verdampfer in einem Klimakasten eines Fahrgastraums zur Kühlung des Fahrgastraums verwendet; ein Kondensator im Klimakasten wird zur Erwärmung des Fahrgastraums verwendet; und der Verdampfer, der Kondensator und ein Plattenwärmetauscher zur Kühlung eines Batteriepakets dienen als Kältemittelkomponenten und bilden ein System bestehend aus mehreren Wärmetauschern. Ein solches Wärmepumpensystem befördert ein Kühlmedium direkt zu den Verbrauchern und trägt so zu einem relativ hohen thermischen Wirkungsgrad und einer relativ hohen Energieeffizienz des Systems bei. Das direkte Wärmepumpensystem weist jedoch eine große Anzahl von Wärmetauschern auf, was zu mehreren Modi des Kältemittelkreislaufs, der komplexen Konfiguration von Kältemittelrohrleitungen, langen Rohrleitungen, einer großen Anzahl von elektromagnetischen Absperrventilen im Kältemittelkreislauf und einer großen Anzahl von Drosselventilen im Kältemittelkreislauf führt.
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Die hohen Kosten des direkten Wärmepumpensystems erschweren die Anwendung des direkten Wärmepumpensystems in einem Elektrofahrzeug mit neuer Energie. Die Komplexität der Kältemittelleitungen erhöht Risiken, einschließlich des Austretens von Kältemittel, den Ölrücklauf eines Kompressors und der geringen Sauberkeit im System, verkürzt die Lebensdauer des Wärmepumpensystems und trägt zu den Wartungskosten bei. Lange Kältemittelleitungen und mehrere Wärmetauscher führen dazu, dass die Kältemittelfüllung im System wesentlich größer ist als die Kältemittelfüllung in einer herkömmlichen Klimaanlage, wodurch sich die Anschaffungskosten für das Kältemittel erhöhen, höhere Anforderungen an die Sicherheit des Kältemittels gestellt werden und die Auswahl an Kältemitteln weiter eingeschränkt wird.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Anmeldung offenbart ein indirektes Wärmepumpensystem. Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung offenbaren ein indirektes Wärmepumpensystem. Das indirekte Wärmepumpensystem beinhaltet eine Kältemitteleinheit, eine Kaltwasserfördereinheit und eine Warmwasserfördereinheit. Die Kältemitteleinheit beinhaltet einen Kompressor, einen Kondensator, ein Drosselventil und einen Verdampfer; ein Auslass des Kompressors steht in Verbindung mit einem ersten Einlass des Kondensators; ein erster Auslass des Kondensators steht durch das Drosselventil in Verbindung mit einem ersten Einlass des Verdampfers; und ein erster Auslass des Verdampfers steht in Verbindung mit einem Einlass des Kompressors. Ein Kaltwassereinlass der Kaltwasserfördereinheit steht in Verbindung mit einem zweiten Auslass des Verdampfers; ein Kaltwasserauslass der Kaltwasserfördereinheit steht in Verbindung mit einem zweiten Einlass des Verdampfers; die Kaltwasserfördereinheit ist mit einer Vielzahl von Verbrauchern parallel verbunden; und eine Vielzahl von Kaltwasser-Zweiwegeventilen ist in Rohrleitungen der Kaltwasserfördereinheit angeordnet und so konfiguriert, dass sie das Ein- und Ausschalten des Kaltwassers in den Verbrauchern steuert. Ein Warmwassereinlass der Warmwasserfördereinheit steht in Verbindung mit einem zweiten Auslass des Kondensators; ein Warmwasserauslass der Warmwasserfördereinheit steht in Verbindung mit einem zweiten Einlass des Kondensators; die Warmwasserfördereinheit ist parallel mit den Verbrauchern verbunden; und eine Vielzahl von Warmwasser-Zweiwegeventilen ist in Rohrleitungen der Warmwasserfördereinheit angeordnet und so konfiguriert, dass sie das Ein- und Ausschalten des Warmwassers in den Verbrauchern steuert. Hierbei entsprechen die Warmwasser-Zweiwegeventile den Kaltwasser-Zweiwegeventilen eins zu eins und sind mit den Kaltwasser-Zweiwegeventilen in Bezug auf Ein- und Ausschaltzustände verknüpft.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Diagramm eines indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung.
- 2 ist ein Diagramm, das einen Kühlmodus des indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
- 3 ist ein Diagramm, das einen ersten Erwärmungsmodus des indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
- 4 ist ein Diagramm, das einen zweiten Erwärmungsmodus des indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
- 5 ist ein Diagramm, das einen dritten Erwärmungsmodus des indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
- 6 ist ein Diagramm, das einen vierten Erwärmungsmodus des indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
- 7 ist ein Diagramm, das einen Kühl-, Erwärmungs- und Entnebelungsmodus des indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
- 8 ist ein Diagramm, das einen Radiatorentfrostungsmodus des indirekten Wärmepumpensystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressor
- 2
- Kondensator
- 5
- Drosselventil
- 6
- Verdampfer
- 4
- Gasergänzungswärmetauscher
- 3
- Flüssigkeitsspeicher-Trockentank
- 11
- Kaltwasserfördereinheit
- 13
- Warmwasserfördereinheit
- 12
- erster Verbraucher
- 10
- zweiter Verbraucher
- 14
- dritter Verbraucher
- 15
- vierter Verbraucher
- 17
- fünfter Verbraucher
- 8
- PTC-Heizung
- 7
- Kaltwasserpumpe
- 9
- Warmwasserpumpe
- 18
- Batteriewassertemperatur-Regelventil
- 1-L
- erstes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 2-L
- zweites Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 3-L
- drittes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 4-L
- viertes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 5-L
- fünftes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 6-L
- sechstes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 7-L
- siebtes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 8-L
- achtes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 9-L
- neuntes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 10-L
- zehntes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 11-L
- elftes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 12-L
- zwölftes Kaltwasser-Zweiwegeventil
- 1-H
- erstes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 2-H
- zweites Warmwasser-Zweiwegeventil
- 3-H
- drittes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 4-H
- viertes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 5-H
- fünftes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 6-H
- sechstes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 7-H
- siebtes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 8-H
- achtes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 9-H
- neuntes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 10-H
- zehntes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 11-H
- elftes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 12-H
- zwölftes Warmwasser-Zweiwegeventil
- 1101
- erster Kaltwasserzweig
- 1102
- zweiter Kaltwasserzweig
- 1103
- dritter Kaltwasserzweig
- 1104
- vierter Kaltwasserzweig
- 1105
- fünfter Kaltwasserzweig
- 1106
- sechster Kaltwasserzweig
- 1107
- siebter Kaltwasserzweig
- 1108
- achter Kaltwasserzweig
- 1109
- neunter Kaltwasserzweig
- 1110
- zehnter Kaltwasserzweig
- 1111
- elfter Kaltwasserzweig
- 1301
- erster Warmwasserzweig
- 1302
- zweiter Warmwasserzweig
- 1303
- dritter Warmwasserzweig
- 1304
- vierter Warmwasserzweig
- 1305
- fünfter Warmwasserzweig
- 1306
- sechster Warmwasserzweig
- 1307
- siebter Warmwasserzweig
- 1308
- achter Warmwasserzweig
- 1309
- neunter Warmwasserzweig
- 1310
- zehnter Warmwasserzweig
- 1311
- elfter Warmwasserzweig
- 110
- Kaltwassereinlass
- 112
- Kaltwasserauslass
- 130
- Warmwassereinlass
- 132
- Warmwasserauslass
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Angesichts verschiedener Mängel direkter Wärmepumpensysteme wurden einige durchführbare Untersuchungen zu indirekten Wärmepumpensystemen auf dem Gebiet der Wärmepumpen-Klimaanlagen von Fahrzeugen durchgeführt, in der Erwartung, die Konstruktion von Kältemittelkreisläufen zu vereinfachen und die Mängel direkter Wärmepumpensysteme zu verbessern. In den meisten Recherchen zu indirekten Wärmepumpensystemen wird das indirekte Erwärmen eines Fahrgastraums jedoch dadurch realisiert, dass ein zum Erwärmen verwendeter Innenraumkühler durch einen wassergekühlten Kondensator mit einem Wärmechip ersetzt wird; und eine solche Art der Erwärmung hat die Mängel der vorhergehenden direkten Wärmepumpensysteme nicht überwunden.
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Des Weiteren liegt die Hauptherausforderung für die Anwendung und Förderung indirekter Wärmepumpensysteme in der Konstruktion von Kühlmittelkreisläufen. Da ein Fahrzeug verschiedene Verbraucheranforderungen für die Wärmepumpen-Klimaanlage des Fahrzeugs hat, ist die Anzahl der Verbraucher groß und die Konfiguration der Verbraucher basierend auf der Fahrzeugmodellkonfiguration (zum Beispiel ein einzelner Klimakasten oder ein vorderer Klimakasten und ein hinterer Klimakasten), der Erwärmungsart eines Klimakastens (durch eine PTC-Heizung oder einen Wärmechip) und der speziellen Fahrzeugkonfiguration (zum Beispiel Kühlung eines Handschuhfachs oder eines fahrzeugmontierten Kühlcontainers) flexibel. Darüber hinaus haben unterschiedliche Arten von Verbrauchern normalerweise unterschiedliche Anforderungen. Beispielsweise müssen der Fahrgastraum und das Batteriepack sowohl durch eine Kältequelle gekühlt als auch durch eine Wärmequelle erwärmt werden, aber der Motor muss nur gekühlt werden. Dementsprechend ist der Kühlmittelkreislauf äußerst komplex, was zu einer schlechten Systemstabilität und hohen Anwendungsschwierigkeiten führt.
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Um den vorstehenden Umständen im Stand der Technik gerecht zu werden, stellen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung ein indirektes Wärmepumpensystem bereit.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung werden nachstehend in Verbindung mit Zeichnungen beschrieben.
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In der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung sind die Begriffe „zusammengefügt“, „verbunden“ und „gesichert“ in einem weiten Sinne zu verstehen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben und eingeschränkt. Beispielsweise kann sich der Begriff „verbunden“ auf „fest verbunden“, „lösbar verbunden“ oder „integriert“ beziehen, kann sich auf „mechanisch verbunden“ oder „elektrisch verbunden“ beziehen oder kann sich auf „direkt verbunden“, „indirekt durch ein Zwischenteil verbunden“ oder „innerhalb zweier Komponenten verbunden“ oder „Wechselwirkungsbeziehungen zwischen zwei Komponenten“ beziehen. Für den Durchschnittsfachmann können spezifische Bedeutungen der vorstehenden Begriffe in der vorliegenden Anmeldung gemäß den tatsächlichen Umständen ausgelegt werden.
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In der vorliegenden Anmeldung können, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben und eingeschränkt, wenn ein erstes Merkmal als „auf“ oder „unter“ einem zweiten Merkmal beschrieben wird, das erste Merkmal und das zweite Merkmal in direktem Kontakt stehen oder über ein anderes Merkmal zwischen den zwei Merkmalen in Kontakt stehen, anstatt in direktem Kontakt zu stehen. Wenn darüber hinaus das erste Merkmal als „auf“, „oberhalb“ oder „über“ dem zweiten Merkmal beschrieben wird, befindet sich das erste Merkmal genau auf, oberhalb oder über dem zweiten Merkmal oder das erste Merkmal befindet sich schräg auf, oberhalb oder über dem zweiten Merkmal, oder das erste Merkmal befindet sich einfach auf einer höheren Ebene als das zweite Merkmal. Wenn das erste Merkmal als „unter“ oder „unterhalb“ dem zweiten Merkmal beschrieben wird, befindet sich das erste Merkmal genau unter oder unterhalb des zweiten Merkmals oder das erste Merkmal befindet sich schräg unter oder unterhalb dem zweite Merkmal, oder das erste Merkmal befindet sich einfach auf einer niedrigeren Ebene als das zweite Merkmal.
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Das in Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung bereitgestellte indirekte Wärmepumpensystem wird nachstehend in Verbindung mit Zeichnungen und Ausführungsformen beschrieben.
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Im Allgemeinen bezieht sich ein direktes Wärmepumpensystem auf ein Wärmepumpensystem, bei dem das Kältemittel direkt Wärme mit Verbrauchern austauscht. Anders als das Kältemittel in dem direkten Wärmepumpensystem tauscht das Kältemittel in einem indirekten Wärmepumpensystem Wärme nicht direkt mit Verbrauchern aus. Beispielsweise besteht eine Art eines indirekten Wärmepumpensystems darin, dass ein Kälteträger als ein Medium für einen Wärmeaustausch verwendet wird. In einem weiteren Beispiel kann ein indirektes Wärmepumpensystem das Kältemittel verwenden, um Wärme mit einem Kälteträger wie etwa einem Kühlmittel auszutauschen, und dann den Kälteträger verwenden, um die Luft in dem Fahrgastraum zu kühlen oder zu erwärmen.
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Die vorliegende Anmeldung stellt ein indirektes Wärmepumpensystem bereit. Wie in 1 gezeigt, beinhaltet das indirekte Wärmepumpensystem eine Kältemitteleinheit, eine Kaltwasserfördereinheit 11 und eine Warmwasserfördereinheit 13. Die Kältemitteleinheit ist in der Lage, einem Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 Kühle bereitzustellen, sodass das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 auf einer niedrigen Temperatur bleibt; außerdem ist die Kältemitteleinheit in der Lage, Wärme für ein Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 bereitzustellen, sodass das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 auf einer hohen Temperatur bleibt.
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In dieser Ausführungsform beinhaltet die Kältemitteleinheit einen Kompressor 1, einen Kondensator 2, ein Drosselventil 5 und einen Verdampfer 6; ein Auslass des Kompressors 1 steht mit einem ersten Einlass des Kondensators 2 in Verbindung; ein erster Auslass des Kondensators 2 steht mit einem ersten Einlass des Verdampfers 6 über das Drosselventil 5 in Verbindung; und ein erster Auslass des Verdampfers 6 steht mit einem Einlass des Kompressors 1 in Verbindung. Kältemittel werden in Rohrleitungen der Kältemitteleinheit zirkuliert, wodurch ermöglicht wird, dass der Verdampfer 6 der Kältemitteleinheit das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 kühlt und das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 erwärmt. In dieser Ausführungsform ist das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 kaltes Wasser und ist das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 warmes Wasser. Es versteht sich, dass ein Kühlmittel in dieser Ausführungsform ein anderes Kältemittel sein kann und von Fachleuten entsprechend den tatsächlichen Situationen ausgewählt werden kann.
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Kaltes Wasser bezieht sich auf Wasser, dessen Temperatur niedriger ist als die Temperatur von warmem Wasser.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die Kältemitteleinheit ferner einen Gasergänzungswärmetauscher 4, der zwischen dem Drosselventil 5 und dem Kondensator 2 verbunden ist. Ein Auslass an einer Gasergänzungsseite des Gasergänzungswärmetauschers 4 steht mit einer Gasergänzungsöffnung des Kompressors 1 in Verbindung. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Kältemitteleinheit ferner einen Flüssigkeitsspeicher-Trockentank 3, der zwischen dem Kondensator 2 und dem Gasergänzungswärmetauscher 4 verbunden ist.
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In dieser Ausführungsform steht ein Kaltwassereinlass 110 der Kaltwasserfördereinheit 11 mit einem zweiten Auslass des Verdampfers 6 in Verbindung und steht ein Kaltwasserauslass 112 der Kaltwasserfördereinheit 11 mit einem zweiten Einlass des Verdampfers 6 in Verbindung. Der Verdampfer 6 kann als Kühlquelle dienen, um dem Kaltwasser in der Kaltwasserfördereinheit 11 zusätzliche Kühle zuzuführen. Die Kaltwasserfördereinheit 11 ist mit einer Vielzahl von Verbrauchern parallel verbunden, und eine Vielzahl von Kaltwasser-Zweiwegeventilen ist in Rohrleitungen der Kaltwasserfördereinheit 11 angeordnet und so konfiguriert, dass sie das Ein- und Ausschalten des Kaltwassers in den Verbrauchern steuert, sodass die Kaltwasserfördereinheit 11 kaltes Wasser für jeden der Verbraucher separat bereitstellen kann, um die Kühlung durchzuführen.
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Ein Warmwassereinlass 130 der Warmwasserfördereinheit 13 steht mit einem zweiten Auslass des Kondensators 2 in Verbindung und ein Warmwasserauslass 132 der Warmwasserfördereinheit 13 steht mit einem zweiten Einlass des Kondensators 2 in Verbindung. Der Kondensator 2 kann als eine Wärmequelle dienen, um dem Warmwasser in der Warmwasserfördereinheit 13 zusätzliche Wärme zuzuführen. Die Kaltwasserfördereinheit 13 ist mit einer Vielzahl von Verbrauchern parallel verbunden, und eine Vielzahl von Kaltwasser-Zweiwegeventilen ist in Rohrleitungen der Kaltwasserfördereinheit 13 angeordnet und so konfiguriert, dass sie das das Ein- und Ausschalten des Kaltwassers in den Verbrauchern steuert, sodass die Kaltwasserfördereinheit 13 kaltes Wasser für jeden der Verbraucher separat bereitstellen kann, um die Erwärmung durchzuführen. In einer Ausführungsform entsprechen die Warmwasser-Zweiwegeventile den Kaltwasser-Zweiwegeventilen eins zu eins und sind mit den Kaltwasser-Zweiwegeventilen in Bezug auf Ein- und Ausschaltzustände verknüpft. In diesem Fall wird verhindert, dass sich die Kältequelle im indirekten Wärmepumpensystem und die Wärmequelle im indirekten Wärmepumpensystem miteinander vermischen; die Verbraucher können sicher und zuverlässig zwischen der Kältequelle und der Wärmequelle umschalten; und damit werden Kundenwünsche erfüllt.
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Das Arrangement, in dem die Warmwasser-Zweiwegeventile den Kaltwasser-Zweiwegeventilen eins zu eins entsprechen, bezieht sich darauf, dass Positionen der Warmwasser-Zweiwegeventile in der Warmwasserfördereinheit 13 auf die gleiche Weise arrangiert sind wie die Positionen der Kaltwasser-Zweiwegeventile in der Kaltwasserfördereinheit 11.
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Das Arrangement, in dem die Warmwasser-Zweiwegeventile mit den Kaltwasser-Zweiwegeventilen in Bezug auf die Ein- und Ausschaltzustände verknüpft sind, bezieht sich darauf, dass die Ein- und Ausschaltzustände eines der Warmwasser-Zweiwegeventile mit den Ein- und Ausschaltzuständen eines Kaltwasser-Zweiwegeventils, das dem Warmwasser-Zweiwegeventil entspricht, in einer relativen Position verknüpft sind.
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Die Ein-Aus-Verknüpfung bezieht sich darauf, dass, wenn sich eines von zwei Zweiwegeventilen einschaltet, sich das andere der zwei Zweiwegeventile ausschaltet, und dass, wenn sich eines von zwei Zweiwegeventilen ausschaltet, sich das andere der zwei Zweiwegeventile einschaltet.
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Das Arrangement, in dem ein Warmwasser-Zweiwegeventil einem Warmwasser-Zweiwegeventil in einer relativen Position entspricht, bezieht sich darauf, dass die relative Position des Warmwasser-Zweiwegeventils in der Warmwasserfördereinheit 13 die gleiche ist wie die relative Position des Kaltwasser-Zweiwegeventils in der Kaltwasserfördereinheit 11.
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In dieser Ausführungsform beinhalten die Verbraucher einen ersten Verbraucher 12, einen zweiten Verbraucher 10, einen dritten Verbraucher 14, einen vierten Verbraucher 15 und einen fünften Verbraucher 17. Ein Radiator, ein Antriebsmotor, ein Innenraumkühler, eine Innenraumheizung und ein Batteriepack, die sich in einem Elektrofahrzeug mit neuer Energie befinden, dienen als der erste Verbraucher 12, der zweite Verbraucher 10, der dritte Verbraucher 14, der vierte Verbraucher 15 bzw. der fünfte Verbraucher 17 und stehen mit der Kaltwasserfördereinheit 11 in Verbindung. Die Kältemitteleinheit in dieser Ausführungsform beinhaltet nur den Kompressor 1, den Kondensator 2, den Verdampfer 6, das Drosselventil 5, den Gasergänzungswärmetauscher 4 und den Flüssigkeitsspeicher-Trockentank 3, sodass die Kältemitteleinheit extrem kompakt und vollständig von einem Fahrgastraum isoliert sein kann, wodurch die Größe der Kältemittelleitungen stark reduziert wird. Das Kühlen und Erwärmen im Fahrgastraum kann gleichzeitig unter Verwendung des Innenraumkühlers und der Innenraumheizung mit einem als Kälteträger oder als Wärmeträger dienenden Kühlmittel (dem Kaltwasser oder dem Warmwasser) erfolgen. Dementsprechend tritt nur das Kühlmittel in den Fahrgastraum ein, während die Kältemittelleitungen von dem Fahrgastraum isoliert sind.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das indirekte Wärmepumpensystem ferner eine Kaltwasserpumpe 7, die zwischen dem Kaltwasserauslass 112 und dem zweiten Einlass des Verdampfers 6 angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie das Kaltwasser fördert und ermöglicht, dass das Kaltwasser zwischen der Kaltwasserfördereinheit 11 und den Verbrauchern zirkuliert. In einer Ausführungsform beinhaltet das indirekte Wärmepumpensystem ferner eine PTC-Heizung 8, die zwischen dem Kaltwassereinlass 110 und dem zweiten Auslass des Verdampfers 6 angeordnet ist. Die PTC-Heizung dient als Kompensationswärmequelle zum Erwärmen des Kaltwassers und hilft dabei, die Temperatur des Kaltwassers in der Niedertemperaturumgebung zu erhöhen und somit die Energieeffizienz des indirekten Wärmepumpensystems zu verbessern. Dies ist effektiver als eine Wärmekompensation an das Warmwasser und erweitert den Niedertemperaturbereich, in dem das indirekte Wärmepumpensystem arbeitet.
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Beispielsweise beinhaltet die Kaltwasserfördereinheit 11 eine Vielzahl von Kaltwasserzweigen (d. h. eine Vielzahl von Kaltwasserzuflusszweigen), die mit dem Kaltwassereinlass 110 in Verbindung steht, und eine Vielzahl von Kaltwasserzweigen (d. h. eine Vielzahl von Kaltwasserabflusszweigen), die mit dem Kaltwasserauslass 112 in Verbindung steht. Die Kaltwasserzweige stehen mit den Verbrauchern in Verbindung und sind so konfiguriert, dass sie das Kaltwasser in die Verbraucher einleiten. Zwei Enden eines ersten Kaltwasserzweigs 1101 stehen mit dem Kaltwassereinlass 110 bzw. einem Einlass des ersten Verbrauchers 12 (d. h. des Radiators) in Verbindung. Ein Ende eines zweiten Kaltwasserzweigs 1102 steht mit dem ersten Kaltwasserzweig 1101 in Verbindung und das andere Ende des zweiten Kaltwasserzweigs 1102 steht mit einem Auslass des ersten Verbrauchers 12 (d. h. des Radiators) und einem Einlass des zweite Verbrauchers 10 (d. h. des Antriebsmotors) in Verbindung. Zwei Enden eines dritten Kaltwasserzweigs 1103 stehen mit dem Kaltwassereinlass 110 bzw. einem Einlass des dritten Verbrauchers 14 (d. h. des Innenraumkühlers) in Verbindung. Zwei Enden eines vierten Kaltwasserzweigs 1104 stehen mit dem Kaltwassereinlass 110 bzw. einem Einlass des vierten Verbrauchers 15 (d. h. der Innenraumheizung) in Verbindung. Zwei Enden eines fünften Kaltwasserzweigs 1105 stehen mit dem Kaltwassereinlass 110 bzw. einem Einlass des fünften Verbrauchers 17 (d. h. des Batteriepacks) in Verbindung. Zwei Enden eines sechsten Kaltwasserzweigs 1106 stehen mit dem Kaltwasserauslass 112 bzw. einem Auslass des zweiten Verbrauchers 10 (d. h. des Antriebsmotors) in Verbindung. Zwei Enden eines siebten Kaltwasserzweigs 1107 stehen mit dem Kaltwasserauslass 112 bzw. einem Auslass des fünften Verbrauchers 17 (d. h. des Antriebsmotors) in Verbindung. Zwei Enden eines achten Kaltwasserzweigs 1108 stehen mit dem Kaltwasserauslass 112 bzw. einem Auslass des fünften Verbrauchers 15 (d. h. der Innenraumheizung) in Verbindung. Zwei Enden eines neunten Kaltwasserzweigs 1109 stehen mit dem Kaltwasserauslass 112 bzw. einem Auslass des dritten Verbrauchers 14 (d. h. des Innenraumkühlers) in Verbindung. In diesem Fall kann das Kaltwasser in jeden Verbraucher kreisförmig eingeleitet werden.
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In einer Ausführungsform sind ein erstes Kaltwasser-Zweiwegeventil 1-L und ein neuntes Kaltwasser-Zweiwegeventil 9-L am ersten Kaltwasserzweig 1101 angeordnet; eine Verbindungsstelle zwischen dem ersten Kaltwasserzweig 1101 und dem zweiten Kaltwasserzweig 1102 ist zwischen dem ersten Kaltwasser-Zweiwegeventil 1-L und dem neunten Kaltwasser-Zweiwegeventil 9-L gelegen; ein zehntes Kaltwasser-Zweiwegeventil 10-L ist am zweiten Kaltwasserzweig 1102 angeordnet; ein zweites Kaltwasser-Zweiwegeventil 2-L ist am dritten Kaltwasserzweig 1103 angeordnet; ein drittes Kaltwasser-Zweiwegeventil 3-L ist am vierten Kaltwasserzweig 1104 angeordnet; ein viertes Kaltwasser-Zweiwegeventil 4-L ist am fünften Kaltwasserzweig 1105 angeordnet; ein fünftes Kaltwasser-Zweiwegeventil 5-L ist am sechsten Kaltwasserzweig 1106 angeordnet; ein sechstes Kaltwasser-Zweiwegeventil 6-L ist am siebten Kaltwasserzweig 1107 angeordnet; ein siebtes Kaltwasser-Zweiwegeventil 7-L ist am achten Kaltwasserzweig 1108 angeordnet; ein achtes Kaltwasser-Zweiwegeventil 8-L ist am neunten Kaltwasserzweig 1109 angeordnet; der fünfte Kaltwasserzweig 1105 steht mit dem sechsten Kaltwasserzweig 1106 über einen zehnten Kaltwasserzweig 1110 in Verbindung; ein zwölftes Kaltwasser-Zweiwegeventil 12-L ist am zehnten Kaltwasserzweig 1110 angeordnet; der erste Kaltwasserzweig 1101 steht mit dem neunten Kaltwasserzweig 1109 über einen elften Kaltwasserzweig 1111 in Verbindung; und ein elftes Kaltwasser-Zweiwegeventil 11-L ist am elften Kaltwasserzweig 1111 angeordnet.
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In einer Ausführungsform beinhaltet das indirekte Wärmepumpensystem ferner eine Warmwasserpumpe 9, die zwischen dem Warmwasserauslass 112 und dem zweiten Einlass des Kondensators 2 angeordnet ist. Die Warmwasserpumpe 9 ist so konfiguriert, dass sie Warmwasser fördert und ermöglicht, dass das Warmwasser zwischen der Warmwasserfördereinheit 13 und den Verbrauchern zirkuliert.
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In ähnlicher Weise beinhaltet die Warmwasserfördereinheit 13 eine Vielzahl von Warmwasserzweigen (d. h. eine Vielzahl von Warmwasserzuflusszweigen), die mit dem Warmwassereinlass 130 in Verbindung steht, und eine Vielzahl von Warmwasserzweigen (d. h. eine Vielzahl von Warmwasserabflusszweigen), die mit dem Warmwasserauslass 132 in Verbindung steht. Die Warmwasserzweige stehen mit den Verbrauchern in Verbindung und sind so konfiguriert, dass sie das Warmwasser in die Verbraucher einleiten. Zwei Enden eines ersten Warmwasserzweigs 1301 stehen mit dem Warmwassereinlass 130 bzw. dem Einlass des ersten Verbrauchers 12 (d. h. des Radiators) in Verbindung. Ein Ende eines zweiten Warmwasserzweigs 1302 steht mit dem ersten Warmwasserzweig 1301 in Verbindung und das andere Ende des zweiten Warmwasserzweigs 1302 steht mit dem Auslass des ersten Verbrauchers 12 (d. h. des Radiators) und dem Einlass des zweite Verbrauchers 10 (d. h. des Antriebsmotors) in Verbindung. Zwei Enden eines dritten Warmwasserzweigs 1303 stehen mit dem Warmwassereinlass 130 bzw. dem Einlass des dritten Verbrauchers 14 (d. h. des Innenraumkühlers) in Verbindung. Zwei Enden eines vierten Warmwasserzweigs 1304 stehen mit dem Warmwassereinlass 130 bzw. dem Einlass des vierten Verbrauchers 15 (d. h. der Innenraumheizung) in Verbindung. Zwei Enden eines fünften Warmwasserzweigs 1305 stehen mit dem Warmwassereinlass 130 bzw. dem Einlass des fünften Verbrauchers 17 (d. h. des Batteriepacks) in Verbindung. Zwei Enden eines sechsten Warmwasserzweigs 1306 stehen mit dem Warmwasserauslass 132 bzw. dem Auslass des zweiten Verbrauchers 10 (d. h. des Antriebsmotors) in Verbindung. Zwei Enden eines siebten Warmwasserzweigs 1307 stehen mit dem Warmwasserauslass 132 bzw. dem Auslass des fünften Verbrauchers 17 (d. h. des Antriebsmotors) in Verbindung. Zwei Enden eines achten Warmwasserzweigs 1308 stehen mit dem Warmwasserauslass 132 bzw. dem Auslass des fünften Verbrauchers 15 (d. h. der Innenraumheizung) in Verbindung. Zwei Enden eines neunten Warmwasserzweigs 1309 stehen mit dem Warmwasserauslass 132 bzw. dem Auslass des dritten Verbrauchers 14 (d. h. des Innenraumkühlers) in Verbindung. In diesem Fall kann das Warmwasser in jeden Verbraucher kreisförmig eingeleitet werden.
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In einer Ausführungsform sind ein erstes Warmwasser-Zweiwegeventil 1-H und ein neuntes Warmwasser-Zweiwegeventil 9-H am ersten Warmwasserzweig 1301 angeordnet; eine Verbindungsstelle zwischen dem ersten Warmwasserzweig 1301 und dem zweiten Warmwasserzweig 1302 ist zwischen dem ersten Warmwasser-Zweiwegeventil 1-H und dem neunten Warmwasser-Zweiwegeventil 9-H gelegen; ein zehntes Warmwasser-Zweiwegeventil 10-H ist am zweiten Warmwasserzweig 1302 angeordnet; ein zweites Warmwasser-Zweiwegeventil 2-H ist am dritten Warmwasserzweig 1303 angeordnet; ein drittes Warmwasser-Zweiwegeventil 3-H ist am vierten Warmwasserzweig 1304 angeordnet; ein viertes Warmwasser-Zweiwegeventil 4-H ist am fünften Warmwasserzweig 1305 angeordnet; ein fünftes Warmwasser-Zweiwegeventil 5-H ist am sechsten Warmwasserzweig 1306 angeordnet; ein sechstes Warmwasser-Zweiwegeventil 6-H ist am siebten Warmwasserzweig 1307 angeordnet; ein siebtes Warmwasser-Zweiwegeventil 7-H ist am achten Warmwasserzweig 1308 angeordnet; ein achtes Warmwasser-Zweiwegeventil 8-H ist am neunten Warmwasserzweig 1309 angeordnet; der fünfte Warmwasserzweig 1305 steht mit dem sechsten Warmwasserzweig 1306 über einen zehnten Warmwasserzweig 1310 in Verbindung; ein zwölftes Warmwasser-Zweiwegeventil 12-H ist am zehnten Warmwasserzweig 1310 angeordnet; der erste Warmwasserzweig 1301 steht mit dem neunten Warmwasserzweig 1309 über einen elften Warmwasserzweig 1311 in Verbindung; und ein elftes Warmwasser-Zweiwegeventil 11-H ist am elften Warmwasserzweig 1311 angeordnet.
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In der vorliegenden Anwendung diversifizieren die Zweigkonstruktion und die Ventilkonfiguration in der Kaltwasserfördereinheit 11 und der Warmwasserfördereinheit 13 die Kombinationsmöglichkeiten der verbundenen Verbraucher und erfüllen verschiedene Anforderungen für das Wärmemanagement eines gesamten Fahrzeugs. Dabei kann die Kältequelle oder die Wärmequelle parallel mit den Verbrauchern verbunden sein, sodass das Batteriepack und der Fahrgastraum gleichzeitig gekühlt werden, und die Kältequelle oder die Wärmequelle kann in Reihe mit den Verbrauchern verbunden sein, sodass der Kühler, der als erster Verbraucher 12 dient, nacheinander den als den zweiten Verbraucher 10 dienenden Antriebsmotor und das Kältemedium des Kondensators 2 kühlt. Wenn alle Verbraucher kurzgeschlossen sind, wird die Selbstzirkulation der Kaltwasserfördereinheit 11 durchgeführt. Wenn die Verbraucher in Reihe verbunden sind, um kleine Kreisläufe zu bilden, ist der Fall realisiert, dass die durch den Antriebsmotor erzeugte Wärme zur Erwärmung des Batteriepacks bzw. des Fahrgastraums verwendet wird.
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Zusätzlich realisiert die vorliegende Anmeldung ferner die Erweiterbarkeit der Anzahl von verbundenen Verbrauchern, sodass die Konfiguration der Verbraucher sehr flexibel ist. Die Anzahl der Verbraucher der Kaltwasserfördereinheit 11 oder die Anzahl der Verbraucher der Warmwasserfördereinheit 13 kann basierend auf der Fahrzeugmodellkonfiguration (zum Beispiel ein einzelner Klimakastens oder ein vorderer Klimakasten und ein hinterer Klimakasten), der Erwärmungsart eines Klimakastens (durch die PTC-Heizung 8 oder einen Wärmechip) und der speziellen Fahrzeugkonfiguration (zum Beispiel die Kühlung eines Handschuhfachs oder eines fahrzeugmontierter Kühlcontainers) flexibel erhöht oder verringert werden, um die Erweiterung des indirekten Wärmepumpensystems zu realisieren.
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Die vorliegende Anmeldung offenbart ein indirektes Wärmepumpensystem. Das indirekte Wärmepumpensystem ermöglicht es bei kompakter Bauweise den Verbrauchern, sicher und zuverlässig zwischen Kälte- und Wärmequelle umzuschalten. Dementsprechend wird die Funktion des Kühlens und Erwärmens umgesetzt und die Kundenanforderungen erfüllt.
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Die vorliegende Anmeldung hat die nachstehenden vorteilhaften Wirkungen.
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Die vorliegende Anmeldung stellt ein indirektes Wärmepumpensystem bereit. Das indirekte Wärmepumpensystem beinhaltet eine Kältemitteleinheit, eine Kaltwasserfördereinheit und eine Warmwasserfördereinheit. Ein Kaltwassereinlass der Kaltwasserfördereinheit steht mit einem zweiten Auslass eines Verdampfers in der Kältemitteleinheit in Verbindung. Ein Kaltwassereinlass der Kaltwasserfördereinheit steht mit einem zweiten Auslass des Verdampfers in Verbindung. Die Kaltwasserfördereinheit ist mit einer Vielzahl von Verbrauchern parallel verbunden, um eine Kältequelle für die Verbraucher bereitzustellen. Ein Warmwassereinlass der Warmwasserfördereinheit steht mit einem zweiten Auslass eines Kondensators in der Kältemitteleinheit in Verbindung. Ein Warmwassereinlass der Warmwasserfördereinheit steht mit einem zweiten Auslass eines Kondensators in Verbindung. Die Warmwasserfördereinheit ist mit den Verbrauchern parallel verbunden, um eine Wärmequelle für die Verbraucher bereitzustellen. Eine Vielzahl von Kaltwasser-Zweiwegeventilen ist in Rohrleitungen der Kaltwasserfördereinheit angeordnet und so konfiguriert, dass sie das Ein- und Ausschalten des Kaltwassers in den Verbrauchern steuert. Eine Vielzahl von Warmwasser-Zweiwegeventilen ist in Rohrleitungen der Warmwasserfördereinheit angeordnet und so konfiguriert, dass sie das Ein- und Ausschalten des Warmwassers in den Verbrauchern steuert. Die Warmwasser-Zweiwegeventile entsprechen den Kaltwasser-Zweiwegeventilen eins zu eins und sind mit den Kaltwasser-Zweiwegeventilen in Bezug auf Ein- und Ausschaltzustände verknüpft. Durch das Ein- und Ausschalten der Kaltwasser-Zweiwegeventile und das Ein- und Ausschalten der Warmwasser-Zweiwegeventile kann das indirekte Wärmepumpensystem die Kältequelle oder die Wärmequelle für jeden der Verbraucher basierend auf der Anforderung jedes Verbrauchers separat bereitstellen, sodass jeder Verbraucher die geeignete Betriebstemperatur aufweist. Darüber hinaus verhindert das Arrangement, in dem die Warmwasser-Zweiwegeventile den Kaltwasser-Zweiwegeventilen eins zu eins entsprechen und mit den Kaltwasser-Zweiwegeventilen in Bezug auf Ein- und Ausschaltzustände verknüpft sind, dass sich die Kältequelle im indirekten Wärmepumpensystem und die Wärmequelle im indirekten Wärmepumpensystem miteinander vermischen, sodass die Verbraucher sicher und zuverlässig zwischen der Kältequelle und der Wärmequelle umschalten können und somit die Kundenanforderungen erfüllt werden.
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In dieser Ausführungsform kann das indirekte Wärmepumpensystem auf die nachstehenden Betriebsmodi eingestellt werden.
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Kühlmodus
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Wie in 2 gezeigt, strömt in einem Kühlmodus das gasförmige Hochdruck-Hochtemperatur-Kältemittel, das von dem Kompressor 1 ausgestoßen wird, in Rohrleitungen auf Rohrleitungen auf einer Seite in dem Kondensator 2, um eine Kondensation und einen Wärmeaustausch durchzuführen, wodurch der Effekt des Erwärmens des Kühlmittels in den Rohrleitungen auf der anderen Seite in dem Kondensator 2 erreicht wird (das Kältemittel strömt durch Rohrleitungen auf einer Seite in dem Kondensator 2 und das Kühlmittel strömt durch Rohrleitungen auf der anderen Seite in dem Kondensator 2). Das kondensierte Kältemittel strömt aus dem Kondensator 2 und tritt in den Flüssigkeitsspeicher-Trockentank 3 ein, um eine Gas-Flüssigkeit-Trennung zu realisieren, wodurch sichergestellt wird, dass das gesamte Kältemittel, das aus dem Flüssigkeitsspeicher-Trockentank 3 strömt, flüssig ist. Das Kältemittel wird an einem Auslass des Flüssigkeitsspeicher-Trockentanks 3 in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Kältemittels erreicht einen Einlass an der Gasergänzungsseite des Gasergänzungswärmetauschers 4 entlang eines Zweigs und strömt in die Gasergänzungsseite des Gasergänzungswärmetauschers 4, um nach der isenthalpischen Drosselung Wärme zu absorbieren, und das Kältemittel, das in einen Mitteldruck-Überhitzungszustand übergeht, strömt aus dem Gasergänzungswärmetauscher 4 und erreicht die Gasergänzungsöffnung des Kompressors 1, um in den Kompressor 1 einzutreten. Der andere Teil des Kältemittels erreicht direkt die andere Seite des Gasergänzungswärmetauschers 4 entlang eines Hauptwegs, um Wärme freizusetzen; und das Kältemittel, das in eine Hochdruck-Überkühlungsstufe übergeht, strömt aus dem Gasergänzungswärmetauscher 4, erreicht einen Einlass des Drosselventils 5 und strömt in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Verdampfer 6, um die Verdampfung durchzuführen und nach der isenthalpischen Drosselung Wärme zu absorbieren, wodurch der Effekt des Kühlens des Kühlmittels in Rohrleitungen auf der anderen Seite im Verdampfer 6 erreicht wird. Schließlich kehrt das aus dem Verdampfer 6 strömende Niedertemperatur-Überhitzungs-Kältemittel zu einer Gasabsorptionsöffnung des Kompressors 1 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Im Kühlmodus kann der Kühlmittelkreislauf basierend auf der Kühlmitteltemperatur in das Hochtemperatur-Kühlmittel und das Niedertemperatur-Kühlmittel unterteilt werden. Das durch den Kondensator 2 erwärmte Hochtemperaturkühlmittel steht mit dem Radiator (d. h. dem ersten Verbraucher 12) und dem Antriebsmotor (d. h. dem zweiten Verbraucher 10) separat durch die Warmwasserfördereinheit 13 in Verbindung, um die Wärme, die durch die Kondensation des Kältemittels in dem Kondensator 2 freigesetzt wird, und die Wärme, die durch Antriebsmotor freigesetzt wird, zu entnehmen. Das durch den Verdampfer 6 gekühlte Niedertemperatur-Kühlmittel steht mit dem Innenraumkühler (d. h. dem dritten Verbraucher 14), der Innenraumheizung (d. h. dem vierten Verbraucher 15) und dem Batteriepack (d. h. dem fünften Verbraucher 17) separat durch die Kaltwasserfördereinheit 11 in Verbindung. Mit dem durch den Verdampfer 6 gekühlten Kühlmittel, das zu dem Innenraumkühler, der Innenraumheizung und dem Batteriepack befördert wird, wird der Effekt des Kühlens der Batterie und der Luft in dem Innenraum erreicht.
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In 2 geben durchgehende Pfeile innerhalb der Warmwasserfördereinheit 13 und innerhalb der Kaltwasserfördereinheit 11 einen Strömungsweg des Kühlmittels an.
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In der Warmwasserfördereinheit 13 wird das Kühlmittel durch die Warmwasserpumpe 9 in den Kondensator 2 eingeleitet, um die Kondensationswärme zu absorbieren, die durch das Kältemittel auf der anderen Seite des Kondensators 2 freigesetzt wird. Das erwärmte Kühlmittel strömt von dem Warmwassereinlass 130 der Warmwasserfördereinheit 13 ein. Das Hochtemperatur-Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 strömt in den Radiator (d. h. den ersten Verbraucher 12), nachdem es das erste Warmwasser-Zweiwegeventil 1-H und das neunte Warmwasser-Zweiwegeventil 9- H durchlaufen hat. Nachdem es durch den Radiator (d. h. den ersten Verbraucher 12) gekühlt worden ist, erreicht das Kühlmittel den Einlass des Antriebsmotors und strömt dann nach dem Kühlen des Antriebsmotors aus. Das aus dem Antriebsmotor strömende Hochtemperatur-Kühlmittel strömt von dem Auslass des zweiten Verbrauchers 10 in den sechsten Warmwasserzweig 1306 und strömt dann aus dem Warmwasserauslass 132 heraus, nachdem es das fünfte Warmwasser-Zweiwegeventil 5- H durchlaufen hat, und kehrt dann zu einem Einlass der Warmwasserpumpe 9 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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In der Kaltwasserfördereinheit 11 wird das durch die Kaltwasserpumpe 7 in den Verdampfer 6 eingeleitete Kühlmittel durch das Kühlmittel auf der anderen Seite des Verdampfers 6 gekühlt. Das gekühlte Kühlmittel durchläuft die PTC-Heizung 8 und erreicht den Kaltwassereinlass 110, um in diesen zu strömen. Im Kühlmodus arbeitet die PTC-Heizung 8 nicht. Nachdem es in die Kaltwasserfördereinheit 11 eingeströmt ist, wird das Kühlmittel in drei Teile geteilt. Ein erster Teil des Kühlmittels strömt durch das zweite Kaltwasser-Zweiwegeventil 2-L und strömt vom Einlass des dritten Verbrauchers 14 in den Innenraumkühler, um die Luft in dem Fahrgastraum zu kühlen.
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Ein zweiter Teil des Kühlmittels durchläuft das dritte Kaltwasser-Zweiwegeventil 3-L und strömt vom Einlass des vierten Verbrauchers 15 in die Innenraumheizung, um die Luft in dem Fahrgastraum zu kühlen. Ein dritter Teil des Kühlmittels durchläuft das vierte Kaltwasser-Zweiwegeventil 4-L und strömt vom Einlass des fünften Verbrauchers 17 in das Batteriepack, um Batterien zu kühlen. In diesem Fall steuert ein Batteriewassertemperatur-Regelventil 18 die Wassertemperatur am Einlass des Batteriepacks durch Regeln des Umgehungsstroms. Das aus dem Innenraumkühler strömende Kühlmittel, das aus der Innenraumheizung strömende Kühlmittel und das aus dem Batteriepack strömende Kühlmittel durchlaufen den dritten Verbraucher 14, den vierten Verbraucher 15 bzw. den fünften Verbraucher 17, kehren zur Kaltwasserfördereinheit 11 zurück und vereinen sich dann, nachdem sie das achte Kaltwasser-Zweiwegeventil 8-L, das siebte Kaltwasser-Zweiwegeventil 7-L bzw. das sechste Kaltwasser-Zweiwegeventil 6-L durchlaufen haben. Dann strömt das vereinte Kühlmittel aus dem Kaltwasserauslass 112 heraus und kehrt zu einem Einlass der Kaltwasserpumpe 7 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Erster Erwärmungsmodus
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Wie in 3 gezeigt, ist die Kältemitteleinheit in einem ersten Erwärmungsmodus die gleiche wie die Kältemitteleinheit in dem Kühlmodus, während die Kaltwasserfördereinheit 11 und die Warmwasserfördereinheit 13 neu organisiert werden müssen. Beispielsweise werden die Ein- und Ausschaltzustände von Kaltwasser-Zweiwegeventilen in der Kaltwasserfördereinheit 11 angepasst und werden die Ein- und Ausschaltzustände von Warmwasser-Zweiwegeventilen in der Warmwasserfördereinheit 13 angepasst.
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In der Warmwasserfördereinheit 13 absorbiert das Kühlmittel, das durch die Warmwasserpumpe 9 in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Kondensator 2 eingeleitet wird, die Kondensationswärme des Kältemittels auf der anderen Seite des Kondensators 2. Das erwärmte Kühlmittel strömt von dem Warmwassereinlass 130 in die Warmwasserfördereinheit 13. Das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 wird in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Kühlmittels strömt vom Einlass des dritten Verbrauchers 14 in den Innenraumkühler, um die Luft im Fahrgastraum zu erwärmen. Der andere Teil des Kühlmittels durchläuft das dritte Warmwasser-Zweiwegeventil 3-H und strömt vom Einlass des vierten Verbrauchers 15 in die Innenraumheizung 15, um die Luft in dem Fahrgastraum zu erwärmen. Das aus der Innenraumheizung strömende Kühlmittel und das aus der Innenraumheizung strömende Kühlmittel durchlaufen den Auslass des dritten Verbrauchers 14 bzw. den Auslass des vierten Verbrauchers 15, kehren zu der Warmwasserfördereinheit 31 zurück und vereinen sich dann, nachdem sie durch das achte Warmwasser-Zweiwegeventil 8-H und das siebte Warmwasser-Zweiwegeventil 7-H geströmt sind. Dann strömt das vereinte Kühlmittel aus dem Warmwasserauslass 132 heraus und kehrt schließlich zum Einlass der Warmwasserpumpe 9 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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In der Kaltwasserfördereinheit 11 wird das Kühlmittel durch die Kaltwasserpumpe 7 in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Verdampfer 6 eingeleitet. Nachdem die Wärme des Kühlmittels durch das Kältemittel in Rohrleitungen auf der anderen Seite in dem Verdampfer 6 absorbiert worden ist, sinkt die Temperatur des Kühlmittels. Das Kühlmittel strömt durch die PTC-Heizung 8 und erreicht den Kaltwassereinlass 110 der Kaltwasserfördereinheit 11, um in diese zu strömen. Im ersten Heizmodus arbeitet die PTC-Heizung 8 nicht. Das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 wird in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Kühlmittels durchläuft nacheinander das erste Kaltwasser-Zweiwegeventil 1-L und das neunte Kaltwasser-Zweiwegeventil 9-L und strömt vom Einlass des ersten Verbrauchers 12 in den Radiator, um die Wärme in der Umgebung zu absorbieren; und dann strömt das Kühlmittel vom Auslass des ersten Verbrauchers 12 in die Kaltwasserfördereinheit 11, strömt dann aus dem Einlass des zweiten Verbrauchers 10 und erreicht den Einlass des Antriebsmotors, um die Wärme des Antriebsmotors zu absorbieren. Der andere Teil des Kühlmittels strömt durch das vierte Kaltwasser-Zweiwegeventil 4-L und strömt vom Einlass des fünften Verbrauchers 17 in das Batteriepack, um die Wärme des Batteriepacks zu absorbieren. Das aus dem Antriebsmotor strömende Kühlmittel und das aus dem Batteriepack strömende Kühlmittel durchlaufen den Auslass des zweiten Verbrauchers 10 bzw. den Auslass des fünften Verbrauchers 17, kehren zu der Kaltwasserfördereinheit 11 zurück und vereinen sich dann, nachdem sie das fünfte Kaltwasser-Zweiwegeventils 5-L und das sechste Kaltwasser-Zweiwegeventils 6-L durchlaufen haben. Dann strömt das vereinte Kühlmittel aus dem Kaltwasserauslass 112 heraus und kehrt schließlich zu dem Einlass der Kaltwasserpumpe 7 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Zweiter Erwärmungsmodus
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Wie in 4 gezeigt, ist die Kältemitteleinheit in einem zweiten Erwärmungsmodus die gleiche wie die Kältemitteleinheit in dem ersten Erwärmungsmodus, während nur die Anzahl der Verbraucher der Kaltwasserfördereinheit 11 und die Anzahl der Verbraucher der Warmwasserfördereinheit 13 neu zugewiesen werden; ein Verbraucher in der Kaltwasserfördereinheit 11 wird reduziert (im Vergleich zu 3 strömt das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 in 4 nicht durch den ersten Verbraucher 12); ein Verbraucher wird in der Warmwasserfördereinheit 13 hinzugefügt (im Vergleich zu 3 strömt das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 in 4 zusätzlich durch den fünften Verbraucher 17); und die Kaltwasserfördereinheit 11 und die Warmwasserfördereinheit 13 müssen neu organisiert werden.
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In der Warmwasserfördereinheit 13 absorbiert das Kühlmittel, das durch die Warmwasserpumpe 9 in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Kondensator 2 eingeleitet wird, die Kondensationswärme des Kältemittels in Rohrleitungen auf der anderen Seite des Kondensators 2. Das erwärmte Kühlmittel strömt von dem Warmwassereinlass 130 in die Warmwasserfördereinheit 13. Das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 wird in drei Teile geteilt. Ein erster Teil des Kühlmittels durchläuft das zweite Warmwasser-Zweiwegeventil 2-H und strömt vom Einlass des dritten Verbrauchers 14 in den Innenraumkühler, um die Luft in dem Fahrgastraum zu erwärmen. Ein zweiter Teil des Kühlmittels durchläuft das dritte Warmwasser-Zweiwegeventil 3-H und strömt vom Einlass des vierten Verbrauchers 15 in die Innenraumheizung, um die Luft in dem Fahrgastraum zu erwärmen. Ein dritter Teil des Kühlmittels durchläuft das vierte Warmwasser-Zweiwegeventil 4-H und strömt vom Einlass des fünften Verbrauchers 17 in das Batteriepack, um das Batteriepack zu erwärmen. Das aus dem Innenraumkühler strömende Kühlmittel, das aus der Innenraumheizung strömende Kühlmittel und das aus dem Batteriepack strömende Kühlmittel durchlaufen den Auslass des dritten Verbrauchers 14, den Auslass des vierten Verbrauchers 15 bzw. den Auslass des fünften Verbrauchers 17, kehren zur Warmwasserfördereinheit 13 zurück und vereinen sich dann, nachdem sie das achte Warmwasser-Zweiwegeventil 8-H, das siebte Warmwasser-Zweiwegeventil 7-H bzw. das sechste Warmwasser-Zweiwegeventil 6-H durchlaufen haben. Dann strömt das vereinte Kühlmittel aus dem Warmwasserauslass 132 heraus und kehrt zu einem Einlass der Warmwasserpumpe 9 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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In der Kaltwasserfördereinheit 11 sinkt die Temperatur des Kühlmittels, nachdem die Wärme des Kühlmittels, das durch die Kaltwasserpumpe 7 in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Verdampfer 6 eingeleitet wird, durch das Kältemittel in Rohrleitungen auf der anderen Seite in dem Verdampfer 6 absorbiert worden ist. Das Kühlmittel strömt durch die PTC-Heizung 8 und erreicht den Kaltwassereinlass 110 der Kaltwasserfördereinheit 11, um in diese einzuströmen. Im zweiten Heizmodus arbeitet die PTC-Heizung 8 nicht. Das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 strömt durch das erste Kaltwasser-Zweiwegeventil 1-L bzw. das zehnte Kaltwasser-Zweiwegeventil 10-L und strömt dann von dem Einlass des zweiten Verbrauchers 10 in den Einlass des Antriebsmotors, um die Wärme des Antriebsmotors zu absorbieren. Das aus dem Antriebsmotor strömende Kühlmittel durchläuft den Auslass des zweiten Verbrauchers 10, kehrt zur Kaltwasserfördereinheit 11 zurück, durchläuft das fünfte Kaltwasser-Zweiwegeventil 5-L, strömt aus dem Kaltwasserauslass 112 heraus und kehrt dann zum Einlass der Kaltwasserpumpe 7 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Dritter Erwärmungsmodus
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Wie in 5 gezeigt, ist die Kältemitteleinheit in einem dritten Erwärmungsmodus die gleiche wie die Kältemitteleinheit in dem zweiten Erwärmungsmodus, während nur die Anzahl von Verbrauchern, die der Kaltwasserfördereinheit 11 entsprechen, neu zugewiesen wird.
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In der Kaltwasserfördereinheit 11 sinkt die Temperatur des Kühlmittels, nachdem die Wärme des Kühlmittels, das durch die Kaltwasserpumpe 7 in Rohrleitungen auf einer
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Seite in dem Verdampfer 6 eingeleitet wird, durch das Kältemittel in Rohrleitungen auf der anderen Seite in dem Verdampfer 6 absorbiert worden ist. Nachdem das Kühlmittel durch die PTC-Heizung 8 erwärmt worden ist, steigt die Temperatur des Kühlmittels an. Dann erreicht das Kühlmittel den Kaltwassereinlass 110 der Kaltwasserfördereinheit 11, um in diese einzuströmen. Das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 durchläuft das elfte Kaltwasser-Zweiwegeventil 11-L, strömt aus dem Kaltwasserauslass 112 heraus und kehrt dann zum Einlass der Kaltwasserpumpe 7 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Der Strömungsweg des Kühlmittels in der Warmwasserfördereinheit 13 ist im dritten Erwärmungsmodus ähnlich dem Strömungsweg des Kühlmittels in der Warmwasserfördereinheit 13 im zweiten Erwärmungsmodus und wird hier nicht wiederholt.
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Vierter Erwärmungsmodus
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Wie in 6 gezeigt, wird in einem vierten Erwärmungsmodus die durch den Antriebsmotor (d. h. den zweiten Verbraucher 10) erzeugte Wärme zum Erwärmen des Batteriepacks verwendet. In diesem Fall hat der Fahrgastraum keinen Kühl- oder Erwärmungsbedarf. In diesem Fall befinden sich die Kältemitteleinheit und die Warmwasserfördereinheit 13 jeweils im nicht strömenden Zustand, während nur die Kaltwasserfördereinheit 11 arbeitet.
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In der Kaltwasserfördereinheit 11 strömt das durch den Antriebsmotor erwärmte Kühlmittel aus dem Antriebsmotor heraus und kehrt vom Auslass des zweiten Verbrauchers 10 zur Kaltwasserfördereinheit 11 zurück. Das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 durchläuft das zwölfte Kaltwasser-Zweiwegeventil 12-L und strömt dann von dem Einlass des fünften Verbrauchers 17 in das Batteriepack, um Batterien in dem Batteriepack zu erwärmen. In diesem Fall steuert das Batteriewassertemperatur-Regelventil 18 die Wassertemperatur am Einlass des Batteriepacks durch Regeln des Umgehungsstroms. Das aus dem Batteriepack strömende Kühlmittel kehrt von dem Auslass des fünften Verbrauchers 17 zu der Kaltwasserfördereinheit 11 zurück, durchläuft dann nacheinander das sechste Kaltwasser-Zweiwegeventil 6-L, das elfte Kaltwasser-Zweiwegeventil 11- L, das erste Kaltwasser-Zweiwegeventil 1-L und das zehnte Kaltwasser-Zweiwegeventil 10-L und kehrt vom Einlass des zweiten Verbrauchers 10 zum Antriebsmotor zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Kühl-, Erwärmungs- und Entnebelungsmodus
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Wie in 7 gezeigt, ist die Kältemitteleinheit in einem Kühl-, Erwärmungs- und Entnebelungsmodus die gleiche wie die Kältemitteleinheit in dem Kühlmodus, während nur die Anzahl der Verbraucher der Kaltwasserfördereinheit 11 und die Anzahl der Verbraucher der Warmwasserfördereinheit 13 neu zugewiesen werden; ein Verbraucher in der Kaltwasserfördereinheit 11 wird reduziert (im Vergleich zu 2 strömt das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 in 7 nicht durch den vierten Verbraucher 15); ein Verbraucher wird in der Warmwasserfördereinheit 13 hinzugefügt (im Vergleich zu 2 strömt das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 in 7 zusätzlich durch den vierten Verbraucher 15); und die Kaltwasserfördereinheit 11 und die Warmwasserfördereinheit 13 müssen neu organisiert werden.
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In der Warmwasserfördereinheit 13 wird das Kühlmittel durch die Warmwasserpumpe 9 in den Kondensator 2 eingeleitet, um die Kondensationswärme zu absorbieren, die durch das Kältemittel auf der anderen Seite des Kondensators 2 freigesetzt wird. Das erwärmte Kühlmittel strömt von dem Warmwassereinlass 130 ein. Das Hochtemperatur-Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 wird in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Kühlmittels durchläuft nacheinander das erste Warmwasser-Zweiwegeventil 1-H und das neunte Warmwasser-Zweiwegeventil 9-H und strömt in den Radiator (d. h. den ersten Verbraucher 12); und nachdem es durch den Radiator (d. h. den ersten Verbraucher 12) gekühlt worden ist, erreicht das Kühlmittel den Einlass des Antriebsmotors (d. h. des zweiten Verbrauchers 10) und strömt aus, nachdem es den Antriebsmotor gekühlt hat. Der andere Teil des Kühlmittels durchläuft das dritte Warmwasser-Zweiwegeventil 3-H und strömt vom Einlass des fünften Verbrauchers 15 in die Innenraumheizung, um die Luft in dem Fahrgastraum zu erwärmen. Das aus dem Antriebsmotor strömende Kühlmittel und das aus der Innenraumheizung strömende Kühlmittel durchlaufen den Auslass des zweiten Verbrauchers 10 der Warmwasserfördereinheit 13 bzw. den Auslass des vierten Verbrauchers 15 der Warmwasserfördereinheit 13, strömen in die Warmwasserfördereinheit 13 und vereinen sich dann, nachdem sie das fünfte Warmwasser-Zweiwegeventil 5-H bzw. das siebte Warmwasser-Zweiwegeventil 7-H durchlaufen haben. Dann strömt das vereinte warme Kühlmittel aus dem Warmwasserauslass 132 heraus und kehrt zu dem Einlass der Warmwasserpumpe 9 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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In der Kaltwasserfördereinheit 11 wird das Kühlmittel, das durch die Kaltwasserpumpe 7 in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Verdampfer 6 eingeleitet wird, durch das Kühlmittel in Rohrleitungen auf der anderen Seite in dem Verdampfer 6 gekühlt, durchläuft die PTC-Heizung 8 und erreicht den Kaltwassereinlass 110 der Kaltwasserfördereinheit 11, um in diese einzuströmen. Im Kühl-, Erwärmungs- und Entnebelungsmodus arbeitet die PTC-Heizung 8 nicht. Nachdem es die Kaltwasserfördereinheit 11 durchlaufen hat, wird das Kühlmittel in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Kühlmittels durchläuft das zweite Kaltwasser-Zweiwegeventil 2-L und strömt vom Einlass des dritten Verbrauchers 14 in den Innenraumkühler, um die Luft in dem Fahrgastraum zu kühlen. Der andere Teil des Kühlmittels durchläuft das vierte Kaltwasser-Zweiwegeventil 4-L und strömt vom Einlass des fünften Verbrauchers 17 in das Batteriepack, um Batterien in dem Batteriepack zu kühlen. In diesem Fall steuert das Batteriewassertemperatur-Regelventil 18 die Wassertemperatur am Einlass des Batteriepacks durch Regeln des Umgehungsstroms. Das aus dem Innenraumkühler strömende Kühlmittel und das aus dem Batteriepack strömende Kühlmittel durchlaufen den Auslass des dritten Verbrauchers 14 bzw. den Auslass des fünften Verbrauchers 17, kehren zu der Kaltwasserfördereinheit 11 zurück und vereinen sich dann, nachdem sie das achte Kaltwasser-Zweiwegeventils 8-L und das sechste Kaltwasser-Zweiwegeventils 6-L durchlaufen haben. Dann strömt das vereinte Kühlmittel aus dem Kaltwasserauslass 112 heraus und kehrt schließlich zu dem Einlass der Kaltwasserpumpe 7 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Radiatorentfrostungsmodus
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Wie in 8 gezeigt, ist die Kältemitteleinheit in einem Radiatorentfrostungsmodus die gleiche wie die Kältemitteleinheit in dem ersten Erwärmungsmodus, während die Anzahl der Verbraucher der Kaltwasserfördereinheit 11 und die Anzahl der Verbraucher der Warmwasserfördereinheit 13 neu zugewiesen werden müssen; ein Verbraucher in der Kaltwasserfördereinheit 11 wird reduziert (im Vergleich zu 3 strömt das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 in 8 nicht durch den ersten Verbraucher 12 und den zweiten Verbraucher 10); ein Verbraucher wird in der Warmwasserfördereinheit 13 hinzugefügt (im Vergleich zu 3 strömt das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 in 8 zusätzlich durch den ersten Verbraucher 12 und den zweiten Verbraucher 10); und die Kaltwasserfördereinheit 11 und die Warmwasserfördereinheit 13 müssen neu organisiert werden.
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In der Warmwasserfördereinheit 13 absorbiert das Kühlmittel, das durch die Warmwasserpumpe 9 in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Kondensator 2 eingeleitet wird, die Kondensationswärme des Kältemittels auf der anderen Seite des Kondensators 2. Das erwärmte Kühlmittel strömt von dem Warmwassereinlass 130 in die Warmwasserfördereinheit 13. Das Kühlmittel in der Warmwasserfördereinheit 13 wird in drei Teile geteilt. Ein erster Teil des Kühlmittels durchläuft das zweite Warmwasser-Zweiwegeventil 2-H und strömt vom Einlass des dritten Verbrauchers 14 in den Innenraumkühler, um die Luft in dem Fahrgastraum zu erwärmen. Ein zweiter Teil des Kühlmittels durchläuft das dritte Warmwasser-Zweiwegeventil 3-H und strömt vom Einlass des vierten Verbrauchers 15 in die Innenraumheizung, um die Luft in dem Fahrgastraum zu erwärmen. Ein dritter Teil des Kühlmittels durchläuft das erste Warmwasser-Zweiwegeventil 1-H und das neunte Warmwasser-Zweiwegeventil 9-H und strömt vom Einlass des ersten Verbrauchers 12 in den Radiator, um Wärme freizusetzen und den Frost an den Radiatorrippen zu schmelzen. Anschließend durchläuft das Kühlmittel die Warmwasserfördereinheit 13 und erreicht den Einlass des Antriebsmotors. Das aus dem Innenraumkühler strömende Kühlmittel, das aus der Innenraumheizung strömende Kühlmittel und das aus dem Antriebsmotor strömende Kühlmittel durchlaufen den Auslass des dritten Verbrauchers 14, den Auslass des vierten Verbrauchers 15 bzw. den Auslass des zweiten Verbrauchers 10, kehren zur Warmwasserfördereinheit 13 zurück und vereinen sich dann, nachdem sie das achte Warmwasser-Zweiwegeventil 8-H, das siebte Warmwasser-Zweiwegeventil 7-H bzw. das fünfte Warmwasser-Zweiwegeventil 5-H durchlaufen haben. Dann strömt das vereinte Kühlmittel aus dem Warmwasserauslass 132 heraus und kehrt zu dem Einlass der Warmwasserpumpe 9 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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In der Kaltwasserfördereinheit 11 sinkt die Temperatur des Kühlmittels, nachdem die Wärme des Kühlmittels, das durch die Kaltwasserpumpe 7 in Rohrleitungen auf einer Seite in dem Verdampfer 6 eingeleitet wird, durch das Kältemittel in Rohrleitungen auf der anderen Seite in dem Verdampfer 6 absorbiert worden ist. Das Kühlmittel strömt durch die PTC-Heizung 8 und erreicht den Kaltwassereinlass 110 der Kaltwassereinheit, um in diese einzuströmen. Im Radiatorentfrostungsmodus arbeitet die PTC-Heizung 8 nicht. Das Kühlmittel in der Kaltwasserfördereinheit 11 strömt durch das vierte Kaltwasser-Zweiwegeventil 4-L und strömt dann von dem Einlass des fünften Verbrauchers 17 in das Batteriepack, um die Wärme der Batterien in dem Batteriepack zu absorbieren. Das aus dem Batteriepack strömende Kühlmittel durchläuft den Auslass des fünften Verbrauchers 17, kehrt zur Kaltwassereinheit zurück, durchläuft das sechste Kaltwasser-Zweiwegeventil 6-L, strömt aus dem Kaltwasserauslass 112 heraus und kehrt dann zum Einlass der Kaltwasserpumpe 7 zurück, um die nächste Zirkulation zu starten.
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Der Durchschnittsfachmann kann verschiedene Modifikationen, Adaptierungen und Substitutionen vornehmen, ohne vom Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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