DE112022001678T5

DE112022001678T5 - Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE112022001678T5
Application number: DE112022001678.7T
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Shimizu
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2024-01-18
Also published as: US20240157761A1; JP7494139B2; JP2022148755A; WO2022202836A1; CN116981579A

Abstract

Es soll die Schwankung an Luft, die einem Fahrzeugraum zugeführt wird, verhindern, um die Temperatur konstant zu halten, wenn der Heizmodus umgeschaltet wird.Es wird eine Fahrzeugklimaanlage bereitgestellt umfassend: einen Kältemittelkreislauf umfassend: einen Kompressor; einen Außenwärmetauscher; eine Wärmeabgabevorrichtung; ein erstes elektronisches Expansionsventil, das an einer Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers angeordnet ist; ein Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher; und ein zweites elektronisches Expansionsventil, das an einer Kältemitteleinlassseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers angeordnet ist; ein Wärmemediumkreislauf, der dazu eingerichtet ist, ein Wärmemedium zu zirkulieren, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Wärmemedium in dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher zu bewirken; und ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, den Kältemittelkreislauf und den Wärmemediumkreislauf zu steuern. Das Steuergerät weist Heizmodi auf, umfassend: einen Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus, um Wärme vom Außenwärmetauscher zu absorbieren; und einen Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus, um Wärme von dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher zu absorbieren. Wenn der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus in den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird, steuert das Steuergerät das erste elektronische Expansionsventil so, dass es geschlossen wird, und steuert einen Überhitzungsgrad des Kältemittels so, dass er auf einer Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers erhöht wird.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe-Fahrzeugklimaanlage, die für ein Fahrzeug verwendbar ist, und insbesondere auf eine Fahrzeugklimaanlage, die dazu eingerichtet ist, einen Fahrzeugraum unter Verwendung der Wärme zu heizen, die von einem Wärmemedium aufgenommen wird, das durch einen Wärmemediumkreislauf zirkuliert, der mit einem Kältemittelkreislauf verbunden ist.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise ist eine Wärmepumpen-Fahrzeugklimaanlage bekannt, die einen Kältemittelkreislauf umfasst, in dem ein Kompressor, ein Innenwärmetauscher, ein Außenwärmetauscher und ein Expansionsventil verbunden sind, und die dazu eingerichtet ist, eine Klimatisierung des Fahrzeugraums durchzuführen, indem der Fahrzeugraum mit der Luft versorgt wird, die einem Wärmeaustausch mit dem Kältemittel in dem Innenwärmetauscher unterzogen wurde.
Als ein Beispiel für die Fahrzeugklimaanlage ist eine Batterietemperatureinstellvorrichtung als Wärmemediumkreislauf in dem Kältemittelkreislauf über einen Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher vorgesehen, um die Wärme der Batterie zurückzugewinnen, und die zurückgewonnene Wärme wird für den Heizbetrieb verwendet. Zum Beispiel ist die Fahrzeugklimaanlage, die in der Patentschrift 1 offenbart wird, dazu eingerichtet, die Wärme in das Kältemittel für den Heizbetrieb in einer Vielzahl von Modi zu absorbieren, einschließlich eines Außenluft-Wärmeabsorptions-Modus, der durch den Außenwärmetauscher durchgeführt wird, und eines Abwärmerückgewinnungs-Modus, der durch den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher durchgeführt wird, und diese Modi werden je nach Bedarf geschaltet. Diese Modi können umgeschaltet werden, indem der Kältemittelstrom geteilt wird, oder indem die Menge der Teilung des Kältemittelstroms mit Hilfe eines elektronischen Expansionsventils, das auf der Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers vorgesehen ist, und eines elektronischen Expansionsventils, das auf der Kältemitteleinlassseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers vorgesehen ist, eingestellt wird.
Zitierliste
Patentschriften
PTL1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2018-184108
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird
In einem Fall, in dem der Außenluft- Wärmeabsorptions-Modus während des Heizbetriebs in den Abwärmerückgewinnungs-Modus umgeschaltet wird, steigt jedoch, wenn die Temperatur des durch die Batterietemperatureinstellvorrichtung zirkulierenden Wärmemediums höher ist als die Außenlufttemperatur, der Druck (die Temperatur) des durch den Kältemittelkreislauf auf der Niederdruckseite zirkulierenden Kältemittels, d. h. des durch den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher fließenden Kältemittels, rasch an. In diesem Fall ist die Regelung der Drehzahl des Kompressors nicht ausreichend wirksam, und die Temperatur der Luft, die aus dem Innenwärmetauscher ausgeblasen und in den Fahrzeugraum geleitet wird, kann schwanken. In diesem Fall ist die Regelung der Drehzahl des Kompressors nicht ausreichend wirksam, und die Temperatur der aus dem Innenwärmetauscher ausgeblasenen und dem Fahrzeugraum zugeführten Luft kann schwanken.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieses Umstandes geschaffen, und es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Schwankung der Temperatur der in den Fahrzeugraum zugeführten Luft zu verhindern und die Temperatur konstant zu halten, wenn der Heizmodus umgeschaltet wird.
Lösung der Aufgabe
Ein Aspekt der Erfindung sieht eine Fahrzeugklimaanlage vor umfassend: einen Kältemittelkreislauf umfassend: einen Kompressor, der dazu eingerichtet ist, ein Kältemittel zu verdichten; einen Außenwärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Außenluft zu bewirken; eine Wärmeabgabevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Luft zu erwärmen, die in einen Fahrzeugraum zugeführt wird; ein erstes elektronisches Expansionsventil, das an einer Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers angeordnet ist; einen Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher; und ein zweites elektronisches Expansionsventil, das an einer Kältemitteleinlassseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers angeordnet ist; einen Wärmemediumkreislauf, der dazu eingerichtet ist, ein Wärmemedium zu zirkulieren, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Wärmemedium in dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher zu bewirken; und ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, den Kältemittelkreislauf und den Wärmemediumkreislauf zu steuern. Im Heizbetrieb zum Beheizen des Fahrzeugraums unter Verwendung der Wärmeabgabevorrichtung, weist das Steuergerät Heizmodi auf, umfassend: einen Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus, um Wärme vom Außenwärmetauscher in das vom Kompressor ausgelassene Kältemittel zu absorbieren und Wärme in der Wärmeabgabevorrichtung abgeben zu lassen; und einen Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus, um Wärme von dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher in das vom Kompressor ausgelassene Kältemittel zu absorbieren und Wärme in der Wärmeabgabevorrichtung abgeben zu lassen. Wenn der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus in den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird, steuert das Steuergerät das erste elektronische Expansionsventil so, dass es geschlossen wird, und steuert einen Überhitzungsgrad des Kältemittels so, dass er auf einer Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers erhöht wird.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Schwankungen der Temperatur der in den Fahrzeugraum eingeleiteten Luft zu vermeiden und die Temperatur konstant zu halten, wenn der Heizmodus umgeschaltet wird.
Kurze Beschreibung der Figuren

1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kältemittelkreislaufs R einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm, das einen schematischen Aufbau eines Wärmepumpen-ECU als ein Steuergerät der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 zeigt die Strömung von Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf R in einem Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt die Strömung von dem Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf R und die Strömung von Wärmemedium, wenn die Temperatur einer Batterie in einem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf in einem Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung eingestellt wird;
5 zeigt die Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf R und die Strömung des Wärmemediums, wenn die Temperatur einer Motoreinheit in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf in dem Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung eingestellt wird;
6 zeigt die Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf R und die Strömung des Wärmemediums, wenn die Temperaturen der Batterie und der Motoreinheit in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf in dem Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung eingestellt werden;
7 zeigt die Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf R und die Strömung des Wärmemediums, wenn die Temperatur der Batterie in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf in einem Kombinations-Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung eingestellt wird;
8 zeigt die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R und die Strömung des Wärmemediums, wenn die Temperatur der Motoreinheit in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf in dem Kombinations-Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung eingestellt wird;
9 zeigt die Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf R und die Strömung des Wärmeträgers, wenn die Temperaturen der Batterie und der Motoreinheit in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf in dem Kombinations-Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung eingestellt werden;
10 zeigt eine Steuerung des Umschaltens von dem Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus (MODUS 1) zu dem Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus (MODUS 3) der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Ausführungsform der Erfindung, und ein Diagramm, das das Ergebnis der Steuerung darstellt, wobei ein Kompressor, ein Außenexpansionsventil, ein Kühlerexpansionsventil, eine erste Zirkulationspumpe und eine zweite Zirkulationspumpe gesteuert werden;
11 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kältemittelkreislaufs R1 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 1 der Erfindung;
12 veranschaulicht einen schematischen Aufbau eines Kältemittelkreislaufs R2 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 2 der Erfindung; und
13 veranschaulicht eine schematische Konfiguration eines Kältemittelkreislaufs R3 der Fahrzeugklimaanlage gemäß der Modifikation 3 der Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung bezeichnet dieselbe Bezugsnummer in verschiedenen Zeichnungen dieselbe Komponente mit derselben Funktion, und eine doppelte Beschreibung für jede der Zeichnungen wird dementsprechend weggelassen.
1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Fahrzeugklimaanlage 1 ist für Fahrzeuge geeignet, beispielsweise für ein Elektrofahrzeug (EV) ohne Motor (interne Verbrennung) und für ein sogenanntes HybridFahrzeug, das einen Motor und einen elektrischen Antriebsmotor zusammen verwendet, verwendbar. Dieses Fahrzeug umfasst eine Batterie (z.B. eine Lithiumbatterie) und ist dazu eingerichtet, dass es fährt und läuft, indem die Energie der Batterie, die durch eine externe Energiequelle geladen wird, einer Motoreinheit einschließlich dem Antriebsmotor zugeführt wird. Auch die Fahrzeugklimaanlage 1 wird durch die von der Batterie gelieferte Energie angetrieben.
Die Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Kältemittelkreislauf R und führt einen Wärmepumpenbetrieb unter Verwendung des Kältemittelkreislaufs R durch, um eine Klimatisierung (Heizen, Kühlen, Entfeuchten und Entfrosten) eines Fahrzeugraums durchzuführen. Darüber hinaus wird ein Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 als Wärmemediumkreislauf, der mit dem Kältemittelkreislauf R verbunden ist, verwendet, um elektrische Geräte, wie eine Batterie 55 und eine Motoreinheit 65 zu kühlen und aufzuwärmen. Dabei ist in der untenstehenden Beschreibung „Kältemittel“ ein zirkulierendes Medium, dessen Zustand in einer Wärmepumpe des Kältemittelkreislaufs R variiert (komprimiert, kondensiert, expandiert und verdampft), und „Wärmemedium“ ist ein Medium, das dazu eingerichtet ist, dass es Wärme aufnimmt und abgibt, ohne seinen Zustand zu verändern.
Der Kältemittelkreislauf R umfasst: einen elektromotorisch angetriebenen Kompressor 2, der dazu eingerichtet ist, Kältemittel zu komprimieren, einen Innenkondensator (Wärmeabgabevorrichtung) 4 als einen Innenwärmetauscher, der in einem Luftstromkanal 3 einer HVAC-Einheit 10 angeordnet ist, durch den die Luft im Fahrzeugraum belüftet und zirkuliert wird, und der dazu eingerichtet ist, die Wärme aus dem Kältemittel freizusetzen, das von dem Kompressor 2 mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck abgegeben wird, und die in den Fahrzeugraum zuzuführende Luft zu erwärmen; ein Außenexpansionsventil 6, das dazu eingerichtet ist, das Kältemittel während der Erwärmung zu dekomprimieren und zu expandieren; einen Außenwärmetauscher 7, der als Wärmeabgabevorrichtung (Kondensator) funktioniert, um die Wärme aus dem Kältemittel während der Kühlung freizusetzen, und der dazu eingerichtet ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und der Außenluft zu bewirken, um als Verdampfer zu funktionieren, um die Wärme in das Kältemittel während der Heizung aufzunehmen; ein Innenexpansionsventil 8, das dazu eingerichtet ist, das Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren; eine Wärmeabsorbereinheit 9, die in dem Luftstromkanal 3 vorgesehen ist und dazu eingerichtet ist, die Wärme in das Kältemittel von der Innenseite und der Außenseite des Fahrzeugraums zu absorbieren, um die Luft zu kühlen, die während des Kühlens und des Entfeuchtens dem Fahrzeugraum zugeführt wird; und einen Akkumulator 12, die durch Kältemittelleitungen 13A bis 13H verbunden sind.
Das Außenexpansionsventil 6 und das Innenexpansionsventil 8 sind elektronische Expansionsventile, die von einem Pulsmotor (nicht abgebildet) betätigt werden, und deren Öffnungsgrad basierend auf der Anzahl von an den Pulsmotor angelegten Pulsen zwischen dem vollständigen Schließen und dem vollständigen Öffnen in geeigneter Weise gesteuert wird. Das Außenexpansionsventil 6 dekomprimiert und expandiert das Kältemittel, das von dem Innenkondensator 4 in den Außenwärmetauscher 7 geströmt ist. Darüber hinaus wird der Öffnungsgrad des Außenexpansionsventils 6 durch eine später beschriebene Wärmepumpen-ECU 11 gesteuert, um so einen SC-Wert (Unterkühlung) als Indikator für das Erreichen der Unterkühlung am Kältemittelauslass des Innenkondensators 4 auf einen vorbestimmten Zielwert zu bringen (SC-Steuerung). Das Innenexpansionsventil 8 dekomprimiert und expandiert das in die Wärmeabsorbereinheit 9 strömende Kältemittel und stellt die Wärmemenge ein, die in das Kältemittel in der Wärmeabsorbereinheit 9 aufgenommen wird.
Ein Außengebläse 15 ist im Außenwärmetauscher 7 vorgesehen. Das Außengebläse 15 zwangsbelüftet den Außenwärmetauscher 7 mit der Außenluft, um einen Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel zu bewirken, und ermöglicht es, dass der Außenwärmetauscher 7 auch beim Anhalten des Fahrzeugs mit der Außenluft belüftet wird.
Der Kältemittelauslass des Außenwärmetauschers 7 ist über die Kältemittelleitung 13A mit dem Kältemitteleinlass der Wärmeabsorbereinheit 9 verbunden. Ein Rückschlagventil 18 und das Innenexpansionsventil 8 sind in der Kältemittelleitung 13A in dieser Reihenfolge von der Seite des Außenwärmetauschers 7 aus angeordnet. Das Rückschlagventil 18 ist in der Kältemittelleitung 13A so angeordnet, dass die Richtung zur Wärmeabsorbereinheit 9 die Vorwärtsrichtung ist. Die Kältemittelleitung 13A verzweigt in die Kältemittelleitung 13B an einer Stelle auf der Seite des Außenwärmetauschers 7 und nicht auf der Seite des Rückschlagventils 18.
Die von der Kältemittelleitung 13A abgezweigte Kältemittelleitung 13B ist mit dem Kältemitteleinlass des Akkumulators 12 verbunden. Ein Magnetventil 21 und ein Rückschlagventil 20, die während des Heizens geöffnet werden, sind in der Kältemittelleitung 13B in dieser Reihenfolge von der Seite des Außenwärmetauschers 7 aus vorgesehen. Das Rückschlagventil 20 ist so angeschlossen, dass die Richtung zum Akkumulator 12 die Vorwärtsrichtung ist. Die Kältemittelleitung 13B verzweigt in die Kältemittelleitung 13C zwischen dem Magnetventil 21 und dem Rückschlagventil 20. Die von der Kältemittelleitung 13B abgezweigte Kältemittelleitung 13C ist mit dem Kältemittelauslass der Wärmeabsorbereinheit 9 verbunden. Der Kältemittelauslass des Akkumulators 12 ist über die Kältemittelleitung 13D mit dem Kompressor 2 verbunden.
Der Kältemittelauslass des Kompressors 2 ist über die Kältemittelleitung 13E mit dem Kältemitteleinlass des Innenkondensators 4 verbunden. Ein Ende der Kältemittelleitung 13F ist mit dem Kältemittelauslass des Innenkondensators 4 verbunden, und das andere Ende der Kältemittelleitung 13F verzweigt sich in die Kältemittelleitung 13G und die Kältemittelleitung 13H stromaufwärts des Außenexpansionsventils 6 (in Bezug auf den Kältemittelstrom). Die von der Kältemittelleitung 13F abgezweigte Kältemittelleitung 13H ist über das Außenexpansionsventil 6 mit dem Kältemitteleinlass des Außenwärmetauschers 7 verbunden. Gleichzeitig ist die von der Kältemittelleitung 13F abgezweigte Kältemittelleitung 13G mit der Kältemittelleitung A zwischen dem Rückschlagventil 18 und dem Innenexpansionsventil 8 verbunden. Ein Magnetventil 22 ist in der Kältemittelleitung 13G stromaufwärts von der Verbindungsstelle mit der Kältemittelleitung A in Bezug auf den Kältemittelstrom vorgesehen.
Auf diese Weise ist die Kältemittelleitung 13G parallel zu einer Reihenschaltung umfassend das Außenexpansionsventil 6, den Außenwärmetauscher 7 und das Rückschlagventil 18 angebunden und bildet einen Bypass-Kreislauf, der dazu eingerichtet ist, das Außenexpansionsventil 6, den Außenwärmetauscher 7 und das Rückschlagventil 18 zu umgehen.
Eine Außenlufteinlassöffnung und eine Innenlufteinlassöffnung (in 1 stellvertretend als „Einlassöffnung 25“ dargestellt) sind stromaufwärts der Wärmeabsorbereinheit 9 in Bezug auf den Luftstrom im Luftstromkanal 3 ausgebildet. Eine Einlassschaltklappe 26 ist in der Einlassöffnung 25 vorgesehen. Die Einlassschaltklappe 26 schaltet in geeigneter Weise zwischen der Innenluft, d. h. der Luft im Fahrzeugraum (Innenluftzirkulation), und der Außenluft, d. h. der Luft außerhalb des Fahrzeugraums (Außenlufteinführung), um die Luft von der Einlassöffnung 25 in den Luftstromkanal 3 einzuleiten. Ein Innengebläse (Lüfter) 27 ist in Bezug auf den Luftstrom stromabwärts der Einlassschaltklappe 26 vorgesehen und dazu eingerichtet, die eingeleitete Innen- und Außenluft dem Luftstromkanal 3 zuzuführen.
Ein Hilfsheizer (nicht abgebildet) ist in dem Luftstromkanal 3 stromabwärts des Innenkondensators 4 in Bezug auf den Luftstrom des Luftstromkanals 3 vorgesehen. Der Hilfsheizer ist ein elektrischer Heizer, z.B. ein PTC-Heizer, und wird eingeschaltet und erzeugt Wärme, um die Erwärmung des Fahrzeugraums zu ergänzen.
Eine Luftmischklappe 28 ist in Bezug auf den Luftstrom im Luftstromkanal 3 stromaufwärts des Innenkondensators 4 angeordnet und dazu eingerichtet, das Verhältnis zwischen dem Innenkondensator 4 und dem Hilfsheizer 23 einzustellen, durch den die Luft (die Innenluft und die Außenluft), die in den Luftstromkanal 3 geströmt und durch die Wärmeabsorbereinheit 9 geleitet wurde, ventiliert wird. In diesem Fall kann die Zusatzheizung beispielsweise heißes Wasser, das durch die Abwärme des Kompressors erwärmt wird, durch einen im Luftstromkanal 3 angeordneten Heizkern zirkulieren lassen, um die zu transportierende Luft zu erwärmen. Als Zusatzheizmittel kann hier z. B. mit der Abwärme des Kompressors erwärmtes Heißwasser durch einen im Luftstromkanal 3 angeordneten Heizkern zirkulieren, um die zu entsendende Luft zu erwärmen.
Ein Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 ist mit dem Kältemittelkreislauf R verbunden. Der Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 umfasst einen Kältemittelströmungspfad 64A und einen Wärmemediumströmungspfad 64B und bildet einen Teil des Kältemittelkreislaufs R und auch einen Teil des Gerätetemperatur-Einstellkreislaufs 61 als einen Wärmemediumkreislauf.
Genauer gesagt ist der Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 wie folgt an den Kältemittelkreislauf R angeschlossen. Ein Ende einer Kältemittelleitung 72 als ein Verzweigungskreislauf ist mit dem Kältemittelkreislauf R stromabwärts des in der Kältemittelleitung 13A vorgesehenen Rückschlagventils 18 und stromaufwärts des Innenexpansionsventils 8 in Bezug auf den Kältemittelstrom verbunden. Das andere Ende der Kältemittelleitung 72 ist mit dem Einlass des Kältemittelströmungspfades 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verbunden. Ein Kühlerexpansionsventil 73 ist in der Kältemittelleitung 72 angeordnet.
Das Kühlerexpansionsventil 73 ist ein elektronisches Expansionsventil, das von einem Pulsmotor (nicht abgebildet) betätigt wird und dessen Öffnungsgrad in Abhängigkeit von der Anzahl der an den Pulsmotor angelegten Pulse zwischen dem vollständigen Schließen und dem vollständigen Öffnen in geeigneter Weise gesteuert wird. Das Kühlerexpansionsventil 73 dekomprimiert und expandiert das in den Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 strömende Kältemittel und stellt den Grad der Überhitzung des Kältemittels auf der Stromabwärtsseite des Kältemittelströmungspfades 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 ein.
Ein Ende einer Kältemittelleitung 75 ist mit dem Auslass des Kältemittelströmungspfades 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verbunden. Das andere Ende der Kältemittelleitung 75 ist mit der Kältemittelleitung 13B zwischen dem Rückschlagventil 20 und dem Akkumulator 12 verbunden. Auf diese Weise bilden das Kühlerexpansionsventil 73 und der Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 einen Teil des Kältemittelkreislaufs R.
Das durch den Kältemittelkreislauf R zirkulierende Kältemittel wird durch den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 einem Wärmeaustausch mit dem durch den Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 zirkulierenden Wärmemedium unterzogen. Der Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 stellt die Temperaturen von temperaturgeregelten Subjekten wie der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 ein, indem das Wärmemedium durch die Batterie 55 und die Motoreinheit 65 zirkuliert. Hier umfasst die Motoreinheit 65 einen elektrischen Antriebsmotor und eine Wärmeerzeugungsvorrichtung, wie z. B. eine Wechselrichterschaltung, um den Elektromotor anzutreiben. Als temperaturgeregeltes Subjekt ist neben der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 auch eine im Fahrzeug montierte Wärmeerzeugungsvorrichtung verwendbar.
Der Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 umfasst eine erste Zirkulationspumpe 62 und eine zweite Zirkulationspumpe 63 als Zirkulationsvorrichtungen, um das Wärmemedium in der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 zu zirkulieren, einen Luft-Wärmemedium-Wärmetauscher 67, Dreiwegeventile 81, 82 und 83 als Strömungspfad-Schaltvorrichtungen, und diese Komponenten sind durch Wärmemediumleitungen 68A bis 68D verbunden.
In dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 ist ein Ende der Wärmemediumleitung 68A mit einer Seite des Wärmemediumströmungspfades 64B verbunden, aus dem das Kältemittel abgeleitet wird, und das andere Ende der Wärmemediumleitung 68A ist mit dem Wärmemediumeinlass verbunden. Das Dreiwegeventil 83, die Batterie 55, das Dreiwegeventil 82, der Luft-Wärmemedium-Wärmetauscher 67, das Dreiwegeventil 81 und die erste Zirkulationspumpe 62 sind in der Wärmeträgerleitung 68A in dieser Reihenfolge von einer Seite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64, aus dem das Wärmemedium austritt, angeordnet. Auf diese Weise bildet der Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 einen Teil des Gerätetemperatur-Einstellkreislaufs 61. Ein Ende der Wärmemediumleitung 68B, die die Batterie 55 umgeht, ist mit der Wärmemediumleitung 68A stromabwärts des Dreiwegeventils 83 in Bezug auf den Wärmemediumstrom verbunden, und das andere Ende der Wärmemediumleitung 68B ist mit der Wärmemediumleitung 68A stromabwärts des Dreiwegeventils 82 in Bezug auf den Wärmemediumstrom verbunden.
Ein Ende der Wärmemediumleitung 68C ist auf einer Seite des Dreiwegeventils 82 gegenüber der Wärmemediumleitung 68B vorgesehen, und das andere Ende der Wärmemediumleitung 68C ist mit der Wärmemediumleitung 68A zwischen der ersten Zirkulationspumpe 62 und dem Dreiwegeventil 81 verbunden.
Ein Ende der Wärmemediumleitung 68D ist mit der Wärmemediumleitung 68A zwischen dem Dreiwegeventil 82 und dem Luft-Wärmemedium-Wärmetauscher 67 verbunden, und das andere Ende der Wärmemediumleitung 68D ist mit der Wärmemediumleitung 68A stromaufwärts von der ersten Zirkulationspumpe 62 im Hinblick auf den Wärmemediumstrom verbunden. Die Motoreinheit 65 und die zweite Zirkulationspumpe 63 sind in der Wärmemediumleitung 68D der Reihe nach stromaufwärts in Bezug auf den Wärmemediumstrom angeordnet. Mit diesem Aufbau des Gerätetemperatur-Einstellkreislaufs 61 wird durch Steuerung der Dreiwegeventile 81, 82 und 83 das Wärmemedium nur in der Batterie 55, nur in der Motoreinheit 65 oder sowohl in der Batterie 55 als auch in der Motoreinheit 65 im Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 zirkuliert. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperaturen der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 einzustellen.
Als Wärmemedium im Gerätetemperatur- Einstellkreislauf 61 können z.B. Wasser, Kältemittel wie HFO-1234yf, Flüssigkeit wie Kühlmittel und Gas wie Luft verwendet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Kühlmittel als Wärmemedium verwendet. Darüber hinaus wird zum Beispiel eine Mantelstruktur am Umfang der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 angebracht, so dass das Wärmemedium durch die Mantelstruktur fließen kann, während ein Wärmeaustausch mit der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 durchgeführt wird.
Wenn das Kühlerexpansionsventil 73 geöffnet ist, fließt ein Teil oder das gesamte Kältemittel, das aus der Kältemittelleitung 13G und dem Außenwärmetauscher 7 geströmt ist, in die Kältemittelleitung 72, wird durch das Kühlerexpansionsventil 73 dekomprimiert, fließt in den Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 und verdampft. Auf der anderen Seite fließt das Wärmemedium, das durch den Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 zirkuliert ist und die Wärme von der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 aufgenommen hat, in den Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64. Während es durch den Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmeaustauschers 64 strömt, nimmt das Kältemittel die Wärme des durch den Wärmemediumströmungspfad 64B strömenden Wärmemediums auf, durchläuft dann den Akkumulator 12 und wird in den Kompressor 2 gesaugt.
2 zeigt einen schematischen Aufbau der Wärmepumpen-ECU 11 als ein Steuergerät der Fahrzeugklimaanlage 1. Die Wärmepumpen-ECU 11 ist über ein fahrzeuginternes Netzwerk wie CAN (Controller Area Network) und LIN (Local Interconnect Network) mit einem Fahrzeugsteuergerät 35 für die allgemeine Steuerung des Fahrzeugs einschließlich der Fahrsteuerung verbunden und können daher miteinander kommunizieren und Informationen senden und empfangen. Ein Mikrocomputer als Beispiel für einen Computer mit einem Prozessor ist sowohl für die Wärmepumpen-ECU 11 als auch für das Fahrzeugsteuergerät 35 geeignet.
Verschiedene Sensoren und Detektoren sind wie folgt mit der Wärmepumpen-ECU 11 verbunden, und Ausgänge dieser Sensoren und Detektoren werden in die Wärmepumpen-ECU 11 eingespeist. Genauer gesagt ist die Wärmepumpen-ECU 11 mit einem Außenlufttemperatursensor 33 verbunden, der dazu eingerichtet ist, die Außenlufttemperatur Tam des Fahrzeugs zu erfassen; einem HLK-Einlasstemperatursensor 36, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur der von der Einlassöffnung 25 in den Luftstromkanal 3 eingelassene Luft zu erfassen; einem Innenlufttemperatursensor 37, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur Tin der Luft im Fahrzeugraum zu erfassen; einem Gebläsetemperatursensor 41, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur der Luft zu erfassen, die von einem Gebläseauslass 29 in den Fahrzeugraum ausgeblasen wird; einen Auslassdrucksensor 42, der dazu eingerichtet ist, den Druck des von dem Kompressor 2 ausgelassenen Kältemittels (Auslassdruck Pd) zu erfassen; einen Auslasstemperatursensor 43, der dazu eingerichtet ist, die Auslasskältemitteltemperatur Td des Kompressors 2 zu erfassen; einen Ansaugtemperatursensor 44, der dazu eingerichtet ist, die angesaugte Kältemitteltemperatur Ts des Kompressors 2 zu erfassen; einen Innenkondensatortemperatursensor 46, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur TCI des Innenkondensators 4 zu erfassen; einen Innenkondensatordrucksensor 47, der dazu eingerichtet ist, den Druck des Innenkondensators 4 zu erfassen (den Druck des Kältemittels unmittelbar nach dem Austritt aus dem Innenkondensator 4: Innenkondensatoraustrittsdruck Pci); einen Wärmeabsorbereinheittemperatursensor 48, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur Te der Wärmeabsorbereinheit 9 zu erfassen; einen Wärmeabsorbereinheitdrucksensor 49, der dazu eingerichtet ist, den Kältemitteldruck der Wärmeabsorbereinheit 9 zu erfassen; eine Klimaanlagen-Betriebseinheit 53, die dazu eingerichtet ist, die voreingestellte Temperatur und das Schalten des Klimaanlagenbetriebs einzustellen; einen Außenwärmetauschertemperatursensor 54, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur TXO des Außenwärmetauschers 7 zu erfassen; einen Außenwärmetauscherdrucksensor 56, der dazu eingerichtet ist, einen Kältemitteldruck PXO des Außenwärmetauschers 7 zu erfassen; und einen Wärmemediumtemperatursensor 79, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur Tw (im Folgenden als „Kühlerwassertemperatur“ bezeichnet) des Wärmemediums zu erfassen, das aus dem Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 ausgetreten ist und durch den Wärmemediumkreislauf zirkuliert.
Auf der anderen Seite ist der Ausgang der Wärmepumpen-ECU 11 mit dem Kompressor 2, dem Außengebläse 15, dem Innengebläse (Lüfter) 27, der Einlassschaltklappe 26, der Luftmischklappe 28, dem Außenexpansionsventil 6, dem Innenexpansionsventil 8, den Magnetventilen 21 und 22, den Dreiwegeventilen 81, 82 und 83, dem Kühlerexpansionsventil 73, der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 verbunden. Die Wärmepumpen-ECU 11 steuert diese Komponenten basierend auf dem Ausgang der einzelnen Sensoren, der durch das Klimaanlagen-Betriebseinheit 53 eingegebenen Einstellung und den Informationen von dem Fahrzeugsteuergerät 35.
Nachfolgend werden Vorgänge während des Heizbetriebs der Fahrzeugklimaanlage 1 mit dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben. Die Wärmepumpen-ECU 11 (Steuergerät) gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt schaltbar einen Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus durch, um Wärme nur durch den Außenwärmetauscher 7 aufzunehmen, und einen Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus, um Wärme nur durch den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 während des Heizbetriebs aufzunehmen. Wenn darüber hinaus der Heizmodus auf den Abwärmerückgewinnungsmodus umgeschaltet wird, wird die Wärme sowohl im Außenwärmetauscher 7 als auch im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 aufgenommen. Daher kann die Fahrzeugklimaanlage gemäß der vorliegenden Ausführungsform drei Heizmodi durchführen, einschließlich des Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus, des Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus und eines Kombinations-Heizmodus. Nachfolgend wird jeder der Heizmodi beschrieben.
(1) Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus (MODUS 1)
3 zeigt den Kältemittelstrom (Pfeile) im Kältemittelkreislauf R in dem Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus. Der Heizbetrieb wird von der Wärmepumpen-ECU 11 (Automatikbetrieb) oder durch manuelle Bedienung der Klimaanlagen-Betriebseinheit 53 (manueller Betrieb) ausgewählt. Wenn die Wärmepumpen-ECU 11 den Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus durchführt, wird das Magnetventil 21 geöffnet und das Innenexpansionsventil 8 ist vollständig geschlossen. Darüber hinaus sind das Kühlerexpansionsventil 73 und das Magnetventil 22 vollständig geschlossen.
Der Kompressor 2 und das Innengebläse 27 werden betätigt, und die Luftmischklappe 28 wird in einen Zustand gestellt, um das Verhältnis zwischen dem Innenkondensator 4 und einem Hilfsheizer (nicht dargestellt), durch den die vom Innengebläse 27 ausgeblasene Luft ventiliert wird, anzupassen. Auf diese Weise strömt gasförmiges Kältemittel mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck, das vom Kompressor 2 ausgelassen wird, in den Innenkondensator 4. Der Innenkondensator 4 wird durch die Luft im Luftstromkanal 3 belüftet, und daher wird die Luft im Luftstromkanal 3 durch das Kältemittel mit einer hohen Temperatur im Innenkondensator 4 erwärmt, und währenddessen wird die Wärme des Kältemittels im Innenkondensator 4 durch die Luft abgeführt, und daher wird das Kältemittel gekühlt und folglich kondensiert und verflüssigt.
Das in dem Innenkondensator 4 verflüssigte Kältemittel tritt aus dem Innenkondensator 4 aus, durchläuft dann die Kältemittelleitungen 13F und 13H und erreicht das Außenexpansionsventil 6. Das Kältemittel wird durch das Außenexpansionsventil 6 dekomprimiert und fließt dann in den Außenwärmetauscher 7. Das in den Außenwärmetauscher 7 geflossene Kältemittel verdampft und absorbiert die Wärme aus der Außenluft, die von außen einströmt, während das Fahrzeug sich bewegt, oder aus der Außenluft, die durch das Außengebläse 15 ventiliert wird. Das heißt, der Kältemittelkreislauf R dient als Wärmepumpe.
Dann durchläuft das Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck, das aus dem Außenwärmetauscher 7 austritt, die Kältemittelleitungen 13A und 13B, das Magnetventil 21 und das Rückschlagventil 20 und fließt in den Akkumulator 12. Das Kältemittel wird im Akkumulator 12 in Gas und Flüssigkeit getrennt, und dann durchläuft gasförmiges Kältemittel die Kältemittelleitung 13D und wird in den Kompressor 2 gesaugt. Dieser Kreislauf des Kältemittels wird wiederholt. Die im Innenkondensator 4 erwärmte Luft bläst aus dem Gebläseauslass 29 aus. Auf diese Weise wird der Fahrzeugraum beheizt.
Die Wärmepumpen-ECU 11 berechnet den Soll-Innenkondensatordruck PCO (den Sollwert des Drucks PCI des Innenkondensators 4) aus der Soll-Gebläsetemperatur TAO; steuert die Anzahl der Umdrehungen des Kompressors 2 basierend auf dem Soll-Innenkondensatordruck PCO und dem Kältemitteldruck des Innenkondensators 4 (dem Innenkondensatordruck PCI, d.h. dem Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs R), der vom Innenkondensatordrucksensor 47 erfasst wird; steuert den Öffnungsgrad des Außenexpansionsventils 6 basierend auf der Temperatur des Innenkondensators 4 (Innenkondensatortemperatur TCI), die von dem Innenkondensatortemperatursensor 46 erfasst wird, und dem Innenkondensatordruck PCI, der von dem Innenkondensatordrucksensor 47 erfasst wird; und steuert den Grad der Unterkühlung des Kältemittels am Ausgang des Innenkondensators 4. Zusätzlich wird, wenn die Heizleistung des Innenkondensators 4 unzureichend ist, ein Hilfsheizer (nicht dargestellt) eingeschaltet, um Wärme zu erzeugen, so dass die Heizung ergänzt wird.
(2) Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus (MODUS 2)
4 bis 6 stellen die Strömung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf R und die Strömung des Wärmemediums im Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 in dem Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus dar. Im Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus schließt die Wärmepumpen-ECU 11 das Magnetventil 21, schließt das Außenexpansionsventil 6 und das Innenexpansionsventil 8 vollständig und öffnet das Magnetventil 22. Darüber hinaus wird das Kühlerexpansionsventil 73 geöffnet und der Öffnungsgrad des Kühlerexpansionsventils 73 gesteuert. Der Kompressor 2 und das Innengebläse 27 werden betätigt.
Auf diese Weise strömt das gesamte Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 4 ausgetreten ist, in das Magnetventil 22, läuft durch die Kältemittelleitung 13G und strömt in die Kältemittelleitung 72. Das Kältemittel strömt durch die Kältemittelleitung 72, wird durch das Kühlerexpansionsventil 73 dekomprimiert und durchläuft dann die Kältemittelleitung 72, strömt in den Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 und verdampft. Zu diesem Zeitpunkt übt das Kältemittel einen Wärmeabsorptionseffekt aus. Das Kältemittel, das im Kältemittelströmungspfad 64A verdampft ist, durchläuft die Kältemittelleitung 75, strömt in die Kältemittelleitung 13B stromabwärts des Rückschlagventils 20, durchläuft den Akkumulator 12 und die Kältemittelleitung 13D und wird in den Kompressor 2 gesaugt. Dieser Kreislauf des Kältemittels wird wiederholt.
Auf der anderen Seite gibt es in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 drei Fälle: einen Fall, in dem die Temperatur der Batterie 55 eingestellt wird, um die Wärme von der Batterie 55 zurückzugewinnen (4); einen Fall, in dem die Temperatur der Motoreinheit 65 eingestellt wird, um die Wärme von der Motoreinheit 65 zurückzugewinnen (5); und einen Fall, in dem die Temperaturen der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 eingestellt werden, um die Wärme von beiden, der Batterie 55 und der Motoreinheit 65, zurückzugewinnen (6).
In dem in 4 dargestellten Fall, in dem die Wärme aus der Batterie 55 zurückgewonnen wird, wird das Wärmemedium von der ersten Zirkulationspumpe 62 zirkuliert, durchläuft das Dreiwegeventil 83, strömt in die Batterie 55, wird in der Batterie 55 einem Wärmeaustausch unterzogen und strömt dann durch das Dreiwegeventil 82, strömt in die Wärmemediumleitung 68C, durchläuft die Wärmemediumleitung 68A und erreicht den Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64. Die Wärme des Wärmemediums wird in dem Kältemittel aufgenommen, das in dem Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verdampft, und folglich wird das Wärmemedium abgekühlt. Das Wärmemedium, das durch den Wärmeabsorptionseffekt des Kältemittels gekühlt wird, tritt aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 aus und strömt wieder in die Batterie 55. Diese Zirkulation des Wärmemediums wird von der ersten Zirkulationspumpe 62 wiederholt.
In dem in 5 dargestellten Fall, bei dem die Wärme aus der Motoreinheit 65 zurückgewonnen wird, wird das Wärmemedium von der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 zirkuliert, durchläuft das Dreiwegeventil 83, strömt in die Motoreinheit 65, wird in der Motoreinheit 65 einem Wärmeaustausch unterzogen und durchläuft dann die Wärmemediumleitung 68D, das Dreiwegeventil 81 und die Wärmemediumleitung 68A und erreicht den Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64. Die Wärme des Wärmemediums wird in dem Kältemittel aufgenommen, das in dem Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verdampft, und folglich wird das Wärmemedium abgekühlt. Das Wärmemedium, das durch den Wärmeabsorptionseffekt des Kältemittels gekühlt wird, tritt aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 aus, durchläuft die Wärmemediumleitung 68A, das Dreiwegeventil 83, die Wärmemediumleitung 68B und die Wärmemediumleitung 68D und strömt wieder in die Motoreinheit 65. Diese Zirkulation des Wärmemediums wird von der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 wiederholt.
In dem in 6 dargestellten Fall, bei dem die Wärme sowohl aus der Batterie 55 als auch aus der Motoreinheit 65 zurückgewonnen wird, wird das Wärmemedium durch die erste Zirkulationspumpe 62 und die zweite Zirkulationspumpe 63 zirkuliert, durchläuft das Dreiwegeventil 83, wird einem Wärmeaustausch in der Batterie 55 unterzogen, und durchläuft dann das Dreiwegeventil 82 und die Wärmemediumleitung 68D und wird weiter einem Wärmeaustausch in der Motoreinheit 65 unterzogen.
Danach wird das Wärmemedium in der Wärmemediumleitung 68D in die zweite Zirkulationspumpe 63 angesaugt, durchläuft das Dreiwegeventil 81 und die Wärmemediumleitung 68A und erreicht den Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64. Die Wärme des Wärmemediums wird in dem Kältemittel aufgenommen, das in dem Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verdampft, und folglich wird das Wärmemedium abgekühlt. Das Wärmemedium, das durch den Wärmeabsorptionseffekt des Kältemittels gekühlt wird, tritt aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 aus, durchläuft die Wärmemediumleitung 68A und das Dreiwegeventil 83 und strömt wieder in die Batterie 55. Diese Zirkulation des Wärmemediums wird von der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 wiederholt.
Auf diese Weise verdampft im Abwärmerückgewinnungseinzelmodus das Kältemittel im Kältemittelkreislauf R im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 und nimmt die Wärme des Wärmemediums nur im Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 auf. In anderen Worten: Das Kältemittel strömt nicht in den Außenwärmetauscher 7 und verdampft, sondern entzieht der Batterie 55 oder der Motoreinheit 65 oder sowohl der Batterie 55 als auch der Motoreinheit 65 über das Wärmemedium die Wärme. Daher ist es möglich, die Batterie 55 und die Motoreinheit 65 zu kühlen und gleichzeitig das Problem einer Frostbildung am Außenwärmetauscher 7 zu lösen und die der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 entzogene Wärme (temperaturgeregelte Subjekte) zum Innenkondensator 4 zu leiten und somit den Fahrzeugraum zu beheizen.
(3) Kombinations-Heizmodus (Abwärmerückgewinnungs-Parallelmodus)
7 bis 9 zeigen den Fluss des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf R und den Fluss des Wärmemediums in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 im Kombinations-Heizmodus. In dem Kombinations-Heizmodus öffnet die Wärmepumpen-ECU 11, aus dem Zustand des Kältemittelkreislaufes R im Außenluft-Wärmeabsorptionsheizbetrieb des in 3 dargestellten Heizbetriebes, zusätzlich das Magnetventil 22 und das Kühlerexpansionsventil 73 und steuert die Öffnungsgrade des Magnetventils 22 und des Kühlerexpansionsventils 73. Auf diese Weise wird ein Teil des Kältemittels, das aus dem Innenkondensator 4 ausgetreten ist, stromaufwärts des Außenexpansionsventils 6 in Bezug auf den Kältemittelstrom aufgeteilt, durchläuft die Kältemittelleitung 13G und strömt in die Kältemittelleitung 72.
Das Kältemittel, das in die Kältemittelleitung 72 geströmt ist, wird im Kühlerexpansionsventil 73 dekomprimiert und läuft dann durch die Kältemittelleitung 72, strömt in den Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 und verdampft. Zu diesem Zeitpunkt übt das Kältemittel den Wärmeabsorptionseffekt aus. Das Kältemittel, das im Kältemittelströmungspfad 64A verdampft ist, durchläuft die Kältemittelleitung 74, strömt in die Kältemittelleitung 13B stromabwärts des Rückschlagventils 20, durchläuft den Akkumulator 12 und die Kältemittelleitung 13D und wird in den Kompressor 2 gesaugt. Diese Zirkulation des Kältemittels wird wiederholt.
Auf der anderen Seite gibt es in dem Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 drei Fälle: einen Fall, in dem die Temperatur der Batterie 55 eingestellt wird, um die Wärme von der Batterie 55 zurückzugewinnen (7); einen Fall, in dem die Temperatur der Motoreinheit 65 eingestellt wird, um die Wärme von der Motoreinheit 65 zurückzugewinnen (8); und einen Fall, in dem die Temperaturen der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 eingestellt werden, um die Wärme von beiden, der Batterie 55 und der Motoreinheit 65, zurückzugewinnen (9), in der gleichen Weise wie im oben beschriebenen Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus.
In dem in 7 dargestellten Fall, bei dem die Wärme aus der Batterie 55 zurückgewonnen wird, wird das Wärmemedium von der ersten Zirkulationspumpe 62 zirkuliert, durchläuft das Dreiwegeventil 83, strömt in die Batterie 55, wird in der Batterie 55 einem Wärmeaustausch unterzogen und durchläuft dann das Dreiwegeventil 82, strömt in die Wärmemediumleitung 68C, durchläuft die Wärmemediumleitung 68A und gelangt in den Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64. Die Wärme des Wärmemediums wird in dem Kältemittel aufgenommen, das in dem Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verdampft, und folglich wird das Wärmemedium abgekühlt. Das Wärmemedium, das durch den Wärmeabsorptionseffekt des Kältemittels gekühlt wird, tritt aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 aus und strömt wieder in die Batterie 55. Diese Zirkulation des Wärmemediums wird von der ersten Zirkulationspumpe 62 wiederholt.
In dem in 8 dargestellten Fall, bei dem die Wärme aus der Motoreinheit 65 zurückgewonnen wird, wird das Wärmemedium von der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 zirkuliert, durchläuft das Dreiwegeventil 83, strömt in die Motoreinheit 65, wird in der Motoreinheit 65 einem Wärmeaustausch unterzogen und durchläuft dann die Wärmemediumleitung 68D, das Dreiwegeventil 81 und die Wärmemediumleitung 68A und erreicht den Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64. Die Wärme des Wärmemediums wird in dem Kältemittel aufgenommen, das in dem Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verdampft, und folglich wird das Wärmemedium abgekühlt. Das Wärmemedium, das durch den Wärmeabsorptionseffekt des Kältemittels gekühlt wird, tritt aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 aus, durchläuft die Wärmemediumleitung 68A, das Dreiwegeventil 83, die Wärmemediumleitung 68B und die Wärmemediumleitung 68D und strömt wieder in die Motoreinheit 65. Diese Zirkulation des Wärmemediums wird von der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 wiederholt.
In dem in 9 dargestellten Fall, bei dem die Wärme sowohl aus der Batterie 55 als auch aus der Motoreinheit 65 zurückgewonnen wird, wird das Wärmemedium durch die erste Zirkulationspumpe 62 und die zweite Zirkulationspumpe 63 zirkuliert, durchläuft das Dreiwegeventil 83, wird einem Wärmeaustausch in der Batterie 55 unterzogen, und durchläuft dann das Dreiwegeventil 82 und die Wärmemediumleitung 68D und wird weiter einem Wärmeaustausch in der Motoreinheit 65 unterzogen. Danach wird das Wärmemedium in der Wärmemediumleitung 68D in die zweite Zirkulationspumpe 63 angesaugt, durchläuft das Dreiwegeventil 81 und die Wärmemediumleitung 68A und erreicht den Wärmemediumströmungspfad 64B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64. Die Wärme des Wärmemediums wird in dem Kältemittel aufgenommen, das in dem Kältemittelströmungspfad 64A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 verdampft, und folglich wird das Wärmemedium abgekühlt. Das Wärmemedium, das durch den Wärmeabsorptionseffekt des Kältemittels gekühlt wird, tritt aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 aus, durchläuft die Wärmemediumleitung 68A und das Dreiwegeventil 83 und strömt wieder in die Batterie 55. Diese Zirkulation des Wärmemediums wird von der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 wiederholt.
Auf diese Weise sind im Kombinations-Heizmodus der Außenwärmetauscher 7 und der Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 parallel zum Kältemittelstrom des Kältemittelkreislaufs R geschaltet. Das Kältemittel strömt daher in den Außenwärmetauscher 7 und den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 und verdampft in jedem von ihnen. Folglich wird die Wärme von der Außenluft durch den Außenwärmetauscher 7 und auch vom Wärmemedium durch den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 4 aufgenommen. Auf diese Weise ist es möglich, die Wärme der Batterie 55 und der Motoreinheit 65 über das Wärmemedium zu entziehen und die entzogene Wärme zum Innenkondensator 4 zu leiten, um die Wärme zur Beheizung des Fahrzeugraums zu nutzen, während die Batterie 55 und die Motoreinheit 65 gekühlt werden.
<Umschaltung des Modus für den Heizbetrieb>
Nachfolgend wird die Steuerung der Umschaltung des Modus vom Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus (MODUS 1) auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus (MODUS 3) unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 zeigt eine Steuerung der Wärmepumpen-ECU 32, um den Kompressor 2, das Außenexpansionsventil 6, das Kühlerexpansionsventil 73, die erste Zirkulationspumpe 62 und die zweite Zirkulationspumpe 63 zu steuern, sowie ein Diagramm, das das Ergebnis der Steuerung darstellt. Der obere Teil zeigt die Steuerung (Eingabe) der Wärmepumpen-ECU 32, und der untere Teil kennzeichnet das Ergebnis der Steuerung im oberen Teil. Darüber hinaus kennzeichnen gestrichelte Linien ein (konventionelles) Referenzbeispiel, und durchgezogene Linien kennzeichnen die Steuerung und das Ergebnis der Steuerung in Bezug auf die Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
(1) Steuerung des Umschaltens des Modus gemäß dem Referenzbeispiel
In der Fahrzeugklimaanlage gemäß dem Referenzbeispiel, wenn der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird, steuert die Wärmepumpen-ECU 11 den Öffnungsgrad des Kühlerexpansionsventils 73 so, dass er einen Sollwert bei einer konstanten Geschwindigkeit erreicht, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Wärmemedium im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 durchzuführen.
Bei dem Referenzbeispiel wird das Kühlerexpansionsventil 73 so gesteuert, dass der Öffnungsgrad den Sollwert annimmt, bis das Außenexpansionsventil 6 vollständig geschlossen wird, d.h. bis die Umschaltung von dem Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus ab dem Beginn der Umschaltung (während der Betriebszeit im Kombinations-Heizmodus) abgeschlossen ist. Zusätzlich wird zusammen mit der Steuerung des Öffnungsgrads des Kühlerexpansionsventils 73 die Anzahl der Umdrehungen des Kompressors 2 basierend auf dem Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs R so gesteuert, dass sie reduziert wird, d. h. die Temperatur der vom Gebläseauslass 29 in den Fahrzeugraum zugeführten Luft. Die Vorgänge der ersten Zirkulationspumpe 62 und der zweiten Zirkulationspumpe 63 werden nicht variiert und somit wird die Menge des Durchflusses des Wärmemediums, das im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 zirkuliert, nicht variiert.
In diesem Fall wird, wie in 10 dargestellt, der Öffnungsgrad des Kühlerexpansionsventils 73 zum Sollwert, wenn das Außenexpansionsventil 6 geschlossen ist, und daher ist es möglich, die Wärme aus dem Wärmemedium sofort aufzunehmen. Wenn jedoch die Temperatur des Wärmemediums höher ist als die Temperatur der Außenluft, steigt der Kältemitteldruck auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs R, insbesondere der Druck des Kältemittels stromabwärts des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64, schnell an. Obwohl die Anzahl der Umdrehungen des Kompressors 2 reduziert wurde, reicht es nicht aus, nur die Anzahl der Umdrehungen zu reduzieren. Dementsprechend schwankt die Temperatur der von der Gebläseauslass 29 in den Fahrzeugraum zugeführten Luft, weshalb sich die Fahrgäste unwohl fühlen können.
(2) Steuerung des Umschaltens des Modus gemäß der vorliegenden Ausführungsform
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsfrom der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus in den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird, steuert die Wärmepumpen-ECU 11, dass das Außenexpansionsventil 6 geschlossen wird, und steuert währenddessen den Drucküberhitzungsgrad des Kältemittels, der vorübergehend auf der Stromabwärtsseite (Kältemittelauslassseite) des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 erhöht wird.
Um genauer zu sein, steuert die Wärmepumpen-ECU 11, dass das Außenexpansionsventil 6 geschlossen wird, und steuert, dass das Kühlerexpansionsventil 73 langsam bis zu einem vorbestimmten Öffnungsgrad geöffnet wird, bis das Außenexpansionsventil 6 vollständig geschlossen ist, d. h. bis die Umschaltung vom Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus ab dem Beginn der Umschaltung (während der Betriebszeit im Kombinations-Heizmodus) abgeschlossen ist.
Zusätzlich wird zusammen mit der Steuerung des Öffnungsgrads des Kühlerexpansionsventils 73 die Anzahl der Umdrehungen des Kompressors 2 basierend auf dem Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs R so gesteuert, dass sie reduziert wird, d. h. die Temperatur der vom Gebläseauslass 29 in den Fahrzeugraum zugeführten Luft. In diesem Fall wird das Kühlerexpansionsventil 73 langsam bis zum vorgegebenen Öffnungsgrad geöffnet, aber es wird nicht vollständig geöffnet. Auf diese Weise wird die Anzahl der Umdrehungen des Kompressors 2 langsamer reduziert als im oben beschriebenen Referenzbeispiel. Darüber hinaus werden die erste Zirkulationspumpe 62 und die zweite Zirkulationspumpe 62 so gesteuert, dass die Durchflussmenge (die Zirkulationsmenge) des Wärmemediums, das durch den Gerätetemperatur-Einstellkreislauf 61 zirkuliert, vorübergehend reduziert und die Durchflussmenge des Wärmemediums wieder erhöht wird, und somit die Durchflussmenge des Wärmemediums wiederherzustellen, bis das Außenexpansionsventil 6 vollständig geschlossen ist. Hierbei ist die Umschaltung des Modus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus abgeschlossen, wenn das Außenexpansionsventil 6 vollständig geschlossen ist und der Wärmeaustausch zwischen der Außenluft und dem Kältemittel im Außenwärmetauscher 7 nicht länger durchgeführt wird.
Während der Betriebszeit im Kombinations-Heizmodus ist die Öffnung des Kühlerexpansionsventils 73 auf den vorgegebenen Öffnungsgrad beschränkt (nicht vollständig geöffnet), und die Durchflussmenge des Wärmemediums ist vorübergehend reduziert. Daher ist die Temperatur des Wärmemediums während der Betriebszeit im Kombinations-Heizmodus höher, d.h. die vom Wärmemedium in das Kältemittel im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 absorbierte Wärmemenge ist geringer als im oben beschriebenen Referenzbeispiel. Durch die Regelung auf diese Weise ist es möglich, den Überhitzungsgrad auf der Stromabwärtsseite (Kältemittelauslassseite) des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 zu erhöhen, um einen Anstieg des Kältemitteldrucks auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs R, insbesondere auf der Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64, zu verhindern.
Zusätzlich steuert die Wärmepumpen-ECU 11, dass der Öffnungsgrad des Kühlerexpansionsventils 73 erhöht wird, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne ab dem Beginn der Umschaltung vom Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus abgelaufen ist, z.B. zum Zeitpunkt der Beendigung der Umschaltung auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus. Auf diese Weise wird die vom Wärmemedium in das Kältemittel im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 64 absorbierte Wärmemenge erhöht, der Grad der Überhitzung des Kältemittels auf der Stromabwärtsseite (Kältemittelauslassseite) des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 wird allmählich verringert, und der Kältemitteldruck auf der Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 wird ebenfalls verringert.
Wie oben beschrieben, erhöht die Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Stromabwärtsseite (Kältemittelauslassseite) des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64, wenn der Außenluft-Wärmeabsorptionsheizmodus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird, und folglich um einen Anstieg des Kältemitteldrucks auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs R, insbesondere auf der Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 zu verhindern. Auf diese Weise ist es möglich die Schwankung der Temperatur der aus dem Innenkondensator 4 ausströmenden Luft zu verhindern, und folglich die Schwankung der Temperatur der in den Fahrzeugraum zugeführten Luft zu verhindern, um die Temperatur konstant zu halten.
Hierbei ist die Kältemittelleitung 13F vom Innenkondensator 4 zum Einlass des Außenwärmetauschers 7 im Kältemittelkreislauf R länger und dicker als die anderen Kältemittelleitungen. Auf diese Weise ist es möglich, die Kältemittelmenge während des Heizens zu erhöhen. Darüber hinaus kann auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs R ein Receiver als Kältemittelreservoir angeordnet werden, z. B. im Kältemittelauslass des Außenwärmetauschers 7, um einen Receiverkreislauf zu bilden.
<Modifikation 1>
11 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kältemittelkreislaufs R1 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 1 der Ausführungsform. Ein Kältemittelströmungspfad 91A eines Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 ist mit dem Kältemittelkreislauf R1 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 1 verbunden, und ein Wärmemediumkreislauf 90 ist mit einem Wärmemediumströmungspfad 91B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 verbunden. Der Kältemittelströmungspfad 91A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 bildet einen Teil des Kältemittelkreislaufs R1, und der Wärmemediumströmungspfad 91B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 bildet einen Teil des Wärmemediumkreislaufs 90. Der Innenkondensator 4 ist im Wärmemediumkreislauf 90 angeordnet.
Daher wird das vom Kompressor 2 ausgelassene Kältemittel, das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, einem Wärmeaustausch mit dem Wärmemedium unterzogen, das durch eine Zirkulationspumpe 94 im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 91 durch den Wärmemediumskreislauf 90 zirkuliert wird, und die Wärme des Kältemittels wird durch das Wärmemedium entzogen, und daher wird das Kältemittel gekühlt und folglich kondensiert und verflüssigt. Die Temperatur des Wärmemediums im Wärmemediumkreislauf 90 wird hoch, und die Luft im Luftstromkanal 3, die durch den Innenkondensator 4 ventiliert wird, wird durch das im Innenkondensator 4 zirkulierende Wärmemedium, das eine hohe Temperatur aufweist, erwärmt.
<Modifikation 2>
12 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kältemittelkreislaufs R2 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 2 der Ausführungsform. Ein Kältemittelströmungspfad 93A eines Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 ist mit dem Kältemittelkreislauf R1 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 2 verbunden, und ein Wärmemediumkreislauf 92 ist mit einem Wärmemediumströmungspfad 93B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 verbunden. Der Kältemittelströmungspfad 93A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 bildet einen Teil des Kältemittelkreislaufs R2, und der Wärmemediumströmungspfad 93B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 bildet einen Teil des Wärmemediumkreislaufs 92. Der Außenwärmetauscher 7 ist im Wärmemediumkreislauf 92 angeordnet.
Im Wärmemediumkreislauf 92 wird das Wärmemedium einem Wärmeaustausch mit der während der Fahrt von außen einströmenden Außenluft oder der vom Außenluftgebläse 15 ventilierten Außenluft unterzogen. Das im Innenkondensator 4 verflüssigte Kältemittel tritt aus dem Innenkondensator 4 aus und durchläuft dann die Kältemittelleitungen 13F und 13H und erreicht das Außenexpansionsventil 6. Das Kältemittel wird durch das Außenexpansionsventil 6 dekomprimiert und strömt dann in den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 93. Das Kältemittel wird einem Wärmeaustausch mit dem Wärmemedium unterzogen, das von einer Zirkulationspumpe 95 im Kältemittel-Wärmemedium -Wärmetauscher 93 durch den Wärmemediumkreislauf 92 zirkuliert wird. Das Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck, das aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 93 austritt, durchläuft die Kältemittelleitungen 13A und 13B, das Magnetventil 21 und das Rückschlagventil 20 und strömt in den Akkumulator 12.
<Modifikation 3>
13 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kältemittelkreislaufs R3 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 3 der Ausführungsform. Der Kältemittelströmungspfad 91A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 und der Kältemittelströmungspfad 93A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 sind mit dem Kältemittelkreislauf R3 der Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 3 verbunden. Derweil ist der Wärmemediumkreislauf 90 mit dem Kältemittelströmungspfad 91B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 verbunden, und der Wärmemediumkreislauf 92 ist mit dem Kältemittelströmungspfad 93B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 verbunden.
Der Kältemittelströmungspfad 91A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 bildet einen Teil des Kältemittelkreislaufs R3, und der Wärmemediumströmungspfad 91B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 91 bildet einen Teil des Wärmemediumkreislaufs 90. Der Kältemittelströmungspfad 93A des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 bildet einen Teil des Kältemittelkreislaufs R3, und der Wärmemediumströmungspfad 93B des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 93 bildet einen Teil des Wärmemediumkreislaufs 92. Der Innenkondensator 4 ist im Wärmemediumkreislauf 90 angeordnet und der Außenwärmetauscher 7 ist im Wärmemediumkreislauf 92 angeordnet.
Das vom Kompressor 2 ausgelassene Kältemittel, das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, wird einem Wärmeaustausch mit dem Wärmemedium unterzogen, das durch die Zirkulationspumpe 94 im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 81 durch den Wärmemediumkreislauf 90 zirkuliert wird, und die Wärme des Kältemittels wird durch das Wärmemedium abgeführt, und daher wird das Kältemittel gekühlt und folglich kondensiert und verflüssigt. In der Zwischenzeit wird die Temperatur des Wärmemediums im Wärmemediumkreislauf 90 hoch, und die Luft im Luftstromkanal 3 wird durch den Innenkondensator 4 ventiliert, und daher wird die Luft im Luftstromkanal 3 durch das Wärmemedium mit einer hohen Temperatur, das im Innenkondensator 4 zirkuliert, erwärmt.
Im Wärmemediumkreislauf 92 wird das Wärmemedium einem Wärmeaustausch mit der während der Fahrt von außen einströmenden Außenluft oder der vom Außengebläse 15 ventilierten Außenluft unterzogen. Das im Innenkondensator 4 verflüssigte Kältemittel tritt aus dem Innenkondensator 4 aus und durchläuft dann die Kältemittelleitungen 13F und 13H und erreicht das Außenexpansionsventil 6. Das Kältemittel wird durch das Außenexpansionsventil 6 dekomprimiert und strömt dann in den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 93. Das Kältemittel wird einem Wärmeaustausch mit dem Wärmemedium unterzogen, das von der Zirkulationspumpe 95 im Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 93 durch den Wärmemediumkreislauf 92 zirkuliert wird. Das Kältemittel mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck, das aus dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher 93 austritt, durchläuft die Kältemittelleitungen 13A und 13B, das Magnetventil 21 und das Rückschlagventil 20 und strömt in den Akkumulator 12.
Die Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 1 bis Modifikation 3 kann auch die drei Heizmodi durchführen, einschließlich des Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus, des Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus und des Kombinations-Heizmodus. Darüber hinaus wird, wenn der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus (MODUS 1) in den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus (MODUS 3) umgeschaltet wird, das Außenexpansionsventil 6 so gesteuert, dass es geschlossen wird, und währenddessen wird der Drucküberhitzungsgrad des Kältemittels so gesteuert, dass er vorübergehend auf der Stromabwärtsseite (Kältemittelauslassseite) des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64 erhöht wird (siehe 10). Um genauer zu sein, steuert die Wärmepumpen-ECU 11, dass das Außenexpansionsventil 6 geschlossen wird, und steuert, dass das Kühlerexpansionsventil 73 so, dass es sich langsam bis zum vorbestimmten Öffnungsgrad öffnet, bis das Außenexpansionsventil 6 vollständig geschlossen wird, d.h. bis die Umschaltung vom Heizmodus mit Außenluft-Wärmeabsorption auf den Heizmodus mit Abwärmerückgewinnung ab Beginn der Umschaltung (während der Betriebszeit im kombinierten Heizmodus) abgeschlossen ist. Um genauer zu sein, steuert die Wärmepumpen-ECU 11, dass das Außenexpansionsventil 6 geschlossen wird, und steuert, dass das Kühlerexpansionsventil 73 langsam bis zu einem vorbestimmten Öffnungsgrad öffnet, bis das Außenexpansionsventil 6 vollständig geschlossen ist, d. h. bis die Umschaltung vom Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus ab dem Beginn der Umschaltung (während der Betriebszeit im Kombinations-Heizmodus) abgeschlossen ist.
Mit der Regelung auf diese Weise erhöht auch die Fahrzeugklimaanlage gemäß Modifikation 1 bis Modifikation 3 den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Stromabwärtsseite (Kältemittelaustrittsseite) des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64, um einen Anstieg des Kältemitteldrucks auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs R, insbesondere auf der Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers 64, zu verhindern, wenn der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Schwankung der Temperatur der aus dem Innenkondensator 4 ausströmenden Luft zu verhindern und somit die Schwankung der Temperatur der in den Fahrzeugraum zugeführten Luft zu vermeiden, um die Temperatur konstant zu halten.
Wie oben beschrieben, wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Der spezifische Aufbau ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und die Ausgestaltung kann geändert werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste
1: Fahrzeugklimaanlage, 2: Kompressor,
3: Luftstromkanal, 4: Innenkondensator,
6: Außenexpansionsventil, 7: Außenwärmetauscher,
8: Innenexpansionsventil, 9: Wärmeabsorbereinheit,
11: Wärmepumpen-ECU (Steuergerät)
61: Gerätetemperatur-Einstellkreislauf,
62; erste Zirkulationspumpe, 63: zweite Zirkulationspumpe,
64, 91, 93: Kältemittel-Wärmemedium Wärmetauscher,
73: Kühlerexpansionsventil
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018184108 [0004]

Claims

Eine Fahrzeugklimaanlage aufweisend: einen Kältemittelkreislauf umfassend: einen Kompressor, der dazu eingerichtet ist, ein Kältemittel zu verdichten; einen Außenwärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Außenluft zu bewirken; eine Wärmeabgabevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, Luft zu erwärmen, die in einen Fahrzeugraum zugeführt wird; ein erstes elektronisches Expansionsventil, das an einer Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers angeordnet ist; einen Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher; und ein zweites elektronisches Expansionsventil, das an einer Kältemitteleinlassseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers angeordnet ist; einen Wärmemediumkreislauf, der dazu eingerichtet ist, ein Wärmemedium zu zirkulieren, um einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Wärmemedium in dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher zu bewirken; und ein Steuergerät, das dazu eingerichtet ist, den Kältemittelkreislauf und den Wärmemediumkreislauf zu steuern, wobei das Steuergerät im Heizbetrieb zum Beheizen des Fahrzeugraums unter Verwendung der Wärmeabgabevorrichtung Heizmodi aufweist, umfassend: einen Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus, um Wärme vom Außenwärmetauscher in das vom Kompressor ausgelassene Kältemittel zu absorbieren und Wärme in der Wärmeabgabevorrichtung abgeben zu lassen; und einen Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus, um Wärme von dem Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher in das vom Kompressor ausgelassene Kältemittel zu absorbieren und Wärme in der Wärmeabgabevorrichtung abgeben zu lassen, und wenn der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus in den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird, steuert das Steuergerät das erste elektronische Expansionsventil so, dass es geschlossen wird, und steuert einen Überhitzungsgrad des Kältemittels so, dass er auf einer Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers erhöht wird.
Die Fahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 1, wobei das Steuergerät einen Öffnungsgrad des zweiten elektronischen Expansionsventils steuert, um den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers zu erhöhen.
Die Fahrzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Steuergerät den Öffnungsgrad des zweiten elektronischen Expansionsventils steuert, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne ab Beginn der Umschaltung auf den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus abgelaufen ist, um den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Stromabwärtsseite des Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauschers zu verringern.
Die Fahrzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: eine Pumpe, die dazu eingerichtet ist, das Wärmemedium zu zirkulieren, in dem Wärmemediumkreislauf vorgesehen ist; und wenn der Außenluft-Wärmeabsorptions-Heizmodus in den Abwärmerückgewinnungs-Heizmodus umgeschaltet wird, steuert das Steuergerät eine Drehzahl der Pumpe, um eine Zirkulationsmenge des Wärmemediums zu verringern.
Die Fahrzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Kältemittelreservoir in einem Kältemittelauslass des Außenwärmetauschers angeordnet ist.
Die Fahrzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Kältemittelleitung von der Wärmeabgabevorrichtung zu einem Kältemitteleinlass des Außenwärmetauschers länger und dicker als andere Kältemittelleitungen in dem Kältemittelkreislauf ist.
Die Fahrzeugklimaanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: der Wärmemediumkreislauf ein Gerätetemperatur-Einstellkreislauf ist; und das Wärmemedium durch den Gerätetemperatur-Einstellkreislauf zirkuliert wird, um Wärme von einem temperaturgeregelten Subjekt, das in einem Fahrzeug montiert ist, durch den Kältemittel-Wärmemedium-Wärmetauscher zurückzugewinnen.