DE60031808T2 - Kühlkreisvorrichtung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Kühlkreisvorrichtung, und insbesondere eine Wärmepumpen-Kühlkreisvorrichtung, die zwischen Heiz-, Kühl- und Entfeuchtungsmodi wechselt.
  • In einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Elektroauto, ist herkömmlicherweise, da Motorabwärme (heißes Wasser) nicht als Wärmequelle zum Heizen eines Fahrgastraums verwendet werden kann, eine Wärmepumpen-Kühlkreisvorrichtung eingebaut, um den Fahrgastraum mit einer Kältemittelkondensationswärme von einem Kondensator zu heizen. Hierbei wird ein Außenwärmetauscher als ein Verdampfapparat während niedriger Außentemperaturen im Winter betrieben. Da jedoch zu dieser Zeit die Wärmegewinnung durch den Außenwärmetauscher gering ist, ist ein Kältemittelansaugdruck des Kompressors verringert. Deshalb ist das spezifische Volumen des Kältemittels erhöht, und das Kältemittelkreisvolumen ist verringert, wodurch die Heizleistung reduziert wird. Das heißt, ein Betrieb im kalten Bereich hat eine geringe Heizleistung für den Fahrgastraum.
  • In der JP-A-9-328013 und der JP-A-11-34640 hat deshalb die Anmelderin eine Kühlkreisvorrichtung vorgeschlagen, welche die Heizleistung erhöht. In der Kühlkreisvorrichtung wird ein Kreiskältemittel höheren Drucks während des Heizens im Druck auf einen Zwischendruck vermindert. Das Zwischendruckkältemittel wird durch eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung in ein gasförmiges und ein flüssiges Kältemittel getrennt. Dann wird das Zwischendruckkältemittel in einen Kompressor gaseingespritzt, wobei die Abwärme von an einem Fahrzeug montierten Wärmegeräten wiedergewonnen wird. Dies erhöht die Heizleistung.
  • In den oben beschriebenen Vorrichtungen wird die Abwärme von an dem Fahrzeug montierten Wärmegeräten durch das Zwischendruckkältemittel wiedergewonnen. Zum Verbessern der Heizleistung durch Gaseinspritzung wird jedoch der absolute Druck des Zwischendruckkältemittels auf 5 kgf/cm2 oder mehr eingestellt und die Temperatur wird auf 15°C oder mehr eingestellt. Deshalb ist, wenn die Temperatur des heißen Wassers (Abwärmewiedergewinnungsfluid) zum Gewinnen von Wärme von den Wärmegeräten niedriger ist, der Temperaturunterschied zwischen dem heißen Wasser und dem Zwischendruckkältemittel unzureichend, wodurch die Abwärmewiedergewinnung unmöglich gemacht ist. Auch ist ein Verdampfapparat für einen Kühlkreis stromauf einer Luftleitung einer Innenklimaeinheit angeordnet. Ein Kondensator ist an der stromabwärtigen Seite davon angeordnet. Mit dieser Anordnung wird eine Entfeuchtung durchgeführt, wodurch eine Windschutzscheibe entfrostet wird.
  • Auch wird in dem oben beschriebenen Stand der Technik die Kältemittelströmungsrichtung so geändert, dass ein vom Kompressor ausgegebenes Gaskältemittel während des Kühlens in einen Außenwärmetauscher und während des Heizens in einen Innenkondensator strömt, kanalisiert durch ein auf der Kompressorausgabeseite angeordnetes Vierwegeventil. Wenn der Außenwärmetauscher während des Heizens Frost bildet, wird die Kältemittelströmungsrichtung durch das Vierwegeventil umgekehrt, was einen Gegenkreis (Kühlkreis) erzeugt. Demgemäß wird der Frost an dem Außenwärmetauscher mit der Wärme des vom Kompressor ausgegeben Hochtemperatur-Gaskältemittels entfernt.
  • Da der Außenwärmetauscher durch den Umkehrkreis entfrostet wird, kann während des Entfrostens kein Innenraumheizen durchgeführt werden. Deswegen bleibt der Fahrzeugraum kalt. Auch ist, da das Vierwegeventil den Betriebsmodus wechselt, um die Richtung des Kältemittelstroms zu verändern, die Kältemittelrohrleitungskonstruktion des Kreises kompliziert und die Anzahl Komponenten, wie beispielsweise Rückschlagventile, ist erhöht. Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Nachteile entwickelt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In Anbetracht dieser und anderer vorgenannter Nachteile sieht die vorliegende Erfindung eine Kühlkreisvorrichtung des Gaseinspritztyps gemäß Anspruch 1 vor. Insbesondere kann der Betriebsmodus der vorliegenden Erfindung basierend auf einer in dem Abwärmewiedergewinnungsfluid enthaltenen Wärmemenge zwischen einem Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus, einem Zwischendruck- Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus und einem Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus gewechselt werden.
  • Da der Betriebsmodus auf diese Weise zwischen den drei Wärmepumpenmodi gewechselt werden kann, wird der Wärmepumpenmodus entsprechend der Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids und der Abwärmemenge vom Wärmegerät (81) ausgewählt. Deshalb kann diese bevorzugte Modusauswahl die Abwärmewiedergewinnung vom Heizgerät (81) effektiv machen, wodurch die Heizleistung über alle Bereich der Abwärmewiedergewinnungsfluidtemperatur und der Abwärmemenge bevorzugt verbessert wird.
  • In der vorliegenden Erfindung enthält die Kühlkreisvorrichtung ferner einen ersten Wärmetauscher (74, 320) zum Wiedergewinnen der Abwärme vom Wärmegerät (81). Im Entfrostungsmodus wird die Abwärme vom Wärmegerät (81) durch das Kältemittel gewonnen und dem Verdampfapparat (11) durch den ersten Wärmetauscher (74, 320) bereitgestellt.
  • 1 ist eine Kühlkreisdarstellung eines ersten Beispiels einer Kühlkreisvorrichtung;
  • 2A ist eine Perspektivansicht eines im ersten Beispiel einer Kühlkreisvorrichtung verwendeten Kältemittel/Kältemittel/Heißwasser-Wärmetauschers;
  • 2B ist eine Schnittansicht entlang 2B-2B von 2A eines Wasser-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 3 ist eine Vorderansicht einer Klimatafel für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine schematische Darstellung von Betriebsbereichen eines Temperaturreglers in einer Klimatafel für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist eine grafische Darstellung eines Kühlbereichs für einen Temperaturregler für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist ein Kennliniendiagramm eines Entfeuchtungsbereichs eines Temperaturreglers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ist eine grafische Darstellung eines Heizbereichs eines Temperaturreglers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist ein Flussdiagramm einer Funktionsweise für eine Kühlkreisvorrichtung von 1;
  • 9 ist eine Tabelle der Funktionsweise von Ventilen und Klappen, die für eine Kühlkreisvorrichtung verwendet werden;
  • 10 ist ein Mollier-Diagramm für einen Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 11 ist ein Mollier-Diagramm in einem Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 12 ist ein Mollier-Diagramm in einem Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 13 ist eine schematische Darstellung der Heizleistung Qc und des COP beim Wechseln des Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 14 ist eine schematische Darstellung eines Kühlkreises für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 15 ist eine schematische Darstellung eines Kühlkreises für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 16 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 17 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 18 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 19 ist eine Tabelle der Funktionsweisen von Ventilen und Klappen für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 20 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 21 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 22 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 23 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 24 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 25 ist ein Mollier-Diagramm in einem Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 26 ist ein Mollier-Diagramm in einem Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 27 ist ein Mollier-Diagramm des Entfrostungskreises für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 28 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 29 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 30 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 31 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 32 ist ein Mollier-Diagramm eines Entfrostungskreises für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 33 ist eine Tabelle der Ventilfunktionen für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 34 ist eine schematische Darstellung eines Wechsels im Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 35 ist ein Flussdiagramm einer Funktionsweise einer Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 36A ist eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen der Heizleistung Qc, dem COP und der Wärmegewinnung für den Wechsel im Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 36B ist eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen der Heizleistung Qc, dem COP und der Wärmegewinnung für den Wechsel im Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 36C ist eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen der Heizleistung Qc, dem COP und der Wärmegewinnung für den Wechsel im Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 36D ist eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen der Heizleistung Qc, dem COP und der Wärmegewinnung für den Wechsel im Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 37 ist ein Flussdiagramm einer Funktionsweise für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 38 ist eine schematische Darstellung des Einstellwerts einer Heißwassertemperatur für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 39 ist eine schematische Darstellung des Wechselns des Wärmepumpenmodus für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 40 ist eine Vorderansicht eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 41 ist eine Schnittansicht entlang Linie 41-41 in 40 für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 42 ist eine Schnittansicht entlang Linie 42-42 in 40 für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 43 ist eine perspektivische Explosionsansicht des wesentlichen Teils eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 44 ist eine Perspektivansicht der Anordnung des wesentlichen Teils eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 45 ist eine perspektivische Explosionsansicht des wesentlichen Teils eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 46 ist eine Perspektivansicht der Anordnung eines wesentlichen Teils eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 47 ist eine Vorderansicht des wesentlichen Teils eines Kältemittel/Kältemittel-Heißwasser-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 48 ist eine Schnittansicht entlang Linie 48-48 in 47 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 49 ist eine Schnittansicht entlang Linie 49-49 in 47 gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 50 ist eine Vorderansicht des wesentlichen Teils eines Kältemittel/Kältemittel-Heißwasser-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 51 ist eine Schnittansicht entlang Linie 51-51 in 50;
  • 52 ist eine Vorderansicht eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 53 ist eine Schnittansicht entlang Linie 53-53 in 52;
  • 54 ist eine Schnittansicht entlang Linie 54-54 in 52;
  • 55 ist eine Schnittansicht eines Kältemittel/Kältemittel/Heißwasser-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 56 ist eine Perspektivansicht des wesentlichen Teils eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 57 ist eine weitere Kühlkreisdarstellung;
  • 58 ist eine Schnittansicht eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 59 ist eine Tabelle der Funktionen von Ventilen und Klappen für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 60 ist ein Mollier-Diagramm der Funktionsweise eines Kühlkreises in einem Heizmodus für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 61 ist eine schematische Darstellung des Heizleistungsunterschiedes aufgrund der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Abwärmewiedergewinnung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 62 ist ein Mollier-Diagramm des Kühlkreisunterschiedes aufgrund der Anwesenheit oder Abwesenheit der Abwärmewiedergewinnung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 63 ist eine Kühlkreisdarstellung der Funktionsweise zu einer Entfrostungszeit für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 64 ist ein Mollier-Diagramm eines Entfrostungsbetriebs für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 65 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 66 ist eine Kühlkreisdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 67 ist ein Mollier-Diagramm eines Entfrostungsbetriebs für eine; Kühlkreisvorrichtung;
  • 68 ist eine Kühlkreisdarstellung für eine Kühlkreisvorrichtung;
  • 69 ist eine schematische Perspektivansicht eines integralen Wärmetauschers für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 70 ist eine Schnittansicht entlang Linie 70-70 in 69 für eine Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 71 ist eine Kühlkreisdarstellung einer Kühlkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt eine Klimaanlage für ein Elektroauto gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel. Eine Klimaeinheit 1 ist eine im Fahrgastraum des Elektroautos montierte Inneneinheit mit einem Klimakanal 2 zum Einleiten der klimatisierten Luft in den Fahrgastraum. Der Klimakanal 2 ist an einem Ende mit Einlässen 3, 4, 5 zum Ansaugen von Innen- und Außenluft ausgestattet. Der Innenlufteinlass 4 und der Außenlufteinlass 5 werden durch eine Innenluft/Außenluft-Wechselklappe 6 geöffnet/geschlossen.
  • Neben den obigen Einlässen 3–5 ist ein Gebläse 7 zum Blasen von Luft in den Klimakanal 2 angeordnet. Das Gebläse 7 besteht aus einem Motor (nicht dargestellt) und durch den Motor angetriebenen Lüfterrädern 7a, 7b. Auf der anderen Seite des Klimakanals 2 sind mehrere Luftauslässe vorgesehen, die mit dem Innern des Fahrgastraums in Verbindung stehen. Diese Luftauslässe enthalten eine Fußauslass 8 zum Blasen klimatisierter Luft zu den Füßen eines Fahrgasts im Fahrgastraum, einen Gesichtsauslass 9 zum Blasen klimatisierter Luft zum Oberkörper des Fahrgasts darin und einen Entfrosterauslass 10 zum Blasen klimatisierter Luft auf die Innenseite der Fahrzeugwindschutzscheibe.
  • Im Klimakanal 2 ist ein kühlender Verdampfapparat 11 stromab des Gebläses 7 angeordnet. Der kühlende Verdampfapparat 11 ist ein Innenwärmetauscher und ein Teil eines Kühlkreises 21. Der kühlende Verdampfapparat 11 arbeitet als ein Kühler zum Entfeuchten und Kühlen der Luft im Klimakanal 2 mittels endothermischer Wirkung des darin strömenden Kältemittels in den später beschriebenen Kühl- und Entfeuchtungsmodi.
  • Im Klimakanal 2 ist ein heizender Kondensator 12 stromab des kühlenden Verdampfapparats 11 angeordnet. Der heizende Kondensator 12 ist ein Innenwärmetauscher, der einen Teil des Kühlkreises 21 bildet und im Heiz- oder Entfeuchtungsmodus als ein Heizer zum Heizen der Luft im Klimakanal 2 arbeitet. Diese heizende Wirkung wird durch Wärmestrahlung von dem darin strömenden Kältemittel bewirkt.
  • Der Luftkanal im Klimakanal 2 ist durch eine Trennwand 13 in einen ersten Luftkanal 14 und einen zweiten Luftkanal auf einer Seite des Kanals 2 nahe dem Gesichtsauslass 9 und dem Entfrosterauslass 10 geteilt. Dieses Halbieren der Luftkanäle 14, 15 wird durch Durchführen des folgenden Innenluft/Außenluftmodus während eines Heizmodus im Winter ausgeführt. Im Innenluft/Außenluftmodus wird erwärmte Innenluft durch den Innenlufteinlass 3 in den ersten Luftkanal 14 eingeleitet und zu den Füßen eines Fahrgasts geblasen, wodurch die Heizlast reduziert wird. Gleichzeitig wird im Innenluft/Außenluftmodus Außenluft niedriger Feuchtigkeit in den zweiten Luftkanal 15 auf der Seite des Entfrosterauslasses 10 durch den Außenlufteinlass 5 eingeleitet, um ein Beschlagen der Windschutzscheibe zu verhindern.
  • Klappen 16, 17 sind Kanalwechselklappen zum Wechseln des Luftkanals zwischen dem Kondensator 12 und dem Bypasskanal 12a. Der Bypasskanal 12a umgeht den Kondensator 12. Die Klappe 17 funktioniert auch als ein Trennelement der Luftkanäle 14, 15. Eine Klappe 18 ist stromab der Luftkanäle 14, 15 angeordnet und ist eine Zustandsänderungsklappe zum Verändern des Zustandes zwischen einem Trennzustand der Luftkanäle 14, 15 und einem Verbindungszustand davon. Die Auslässe 8, 9, 10 werden jeweils durch eine nicht dargestellte Auslasswechselklappe geöffnet/geschlossen. Der Kühlkreis 21 ist ein Wärmepumpen-Kühlkreis zum Kühlen, Heizen und Entfeuchten des Innern des Fahrgastraums mit dem kühlenden Verdampfapparat 11 und dem heizenden Kondensator 12.
  • Der Kühlkreis 21 enthält einen elektrischen Kältemittelkompressor 22 und einen Speicher (Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung) 25 an der Einlassseite des Kompressors 22. Der Speicher 25 trennt Gas und Flüssigkeit des Niederdruckkältemittels des Kreises (in den Kompressor gesaugtes Kältemittel) und speichert das überschüssige Kältemittel. Der Speicher 25 enthält ein U-förmiges Kältemittelauslassrohr 25a, welches das gasförmige Kältemittel aus seiner Öffnung am oberen Ende ansaugt, wodurch ein Rückführen des flüssigen Kältemittels zum Kompressor 22 verhindert wird. Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel, in dem Öl gelöst ist, von den Ölrückführlöchern kleinen Durchmessers (nicht dargestellt), die am Boden des U-förmigen Kältemittelauslassrohrs 25a des Speicher 25 vorgesehen sind, angesaugt. Dann wird das flüssige Kältemittel in das gasförmige Kältemittel gemischt, wodurch die Ölrückführleistung durch den Kompressor 22 gewährleistet wird.
  • Ein Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 ist durch Kombinieren eines Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschabschnitts und eines Wasser/Kältemittel-Wärmetauschabschnitts gebildet und dient dem Wiedergewinnen von Abwärme aus heißem Wasser (Abwärmewiedergewinnungsfluid). Im Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschabschnitt tauscht das Gas/Flüssigkeit-Zwischendruckkältemittel Wärme mit dem Kältemittel höheren Drucks, das vergast werden soll, aus. Die spezielle Konstruktion des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 wird später unter Bezug auf 2 beschrieben.
  • Ein Außenwärmetauscher 24 ist außerhalb des Fahrgastraums des Elektroautos installiert und tauscht Wärme mit der durch einen elektrischen Außenlüfter (nicht dargestellt in der Zeichnung) geblasenen Außenluft aus. Eine erste Druckverminderungsvorrichtung 26 wird von einem Teil des Kältemittels höheren Drucks nach Durchströmen des Kondensators 12 durchströmt und vermindert den Druck dieses Teils auf einen Zwischendruck. Eine zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 vermindert den Druck des Kältemittels höheren Drucks am Auslass des Wärmetauschers 23 während des Heizens auf einen niedrigeren Druck. Die erste und die zweite Druckverminderungsvorrichtung 26, 27 sind aus einem elektrischen Expansionsventil gemacht, bei dem ein Ventilöffnungsgrad elektrisch eingestellt wird. Dieses elektrische Expansionsventil enthält zum Beispiel einen elektrischen Antrieb, wie beispielsweise einen Schrittmotor. In diesem elektrischen Expansionsventil wird die Stellung eines Ventilelements durch einen elektrischen Antrieb eingestellt, wodurch der Öffnungsgrad eines Kältemitteldrosselkanals eingestellt wird.
  • Eine dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 vermindert den Druck des Kältemittels höheren Drucks, das während des Kühlens im Außenwärmetauscher 24 kondensiert, auf einen niedrigeren Druck. Im vorliegenden Beispiel wird eine feste Drossel, die aus einem Kapillarrohr und einer Öffnung besteht und stromab davon positioniert ist, als dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 verwendet. Die dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 kann jedoch auch ähnlich der ersten und der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 26, 27 aus einem elektrischen Expansionsventil gebildet sein. Magnetventile 28a–28d bilden jeweils eine Kältemittelroutenänderungseinrichtung zum Ändern des Kältemittelströmungsweges entsprechend den Betriebszuständen des Kreises.
  • Ein Kältemittelkompressor 22 ist ein elektrischer Kompressor mit einem Wechselstrommotor (nicht dargestellt), integral eingebaut in einem abgedichteten Gehäuse, und wird durch den Fahrzeugmotor angetrieben, um das Kältemittel anzusaugen, zu komprimieren und auszugeben. Eine Wechselspannung wird dem Wechselstrommotor dieses Kältemittelkompressors 22 durch einen Wechselrichter 30 zugeführt, die Frequenz der Wechselspannung wird durch diesen Wechselrichter 30 eingestellt, und die Drehzahl des Motors wird stufenlos verändert. Das heißt, der Wechselrichter 30 ist eine Drehzahleinstelleinrichtung für den Kompressor 22, und eine Gleichspannung wird ihm von einer am Fahrzeug befestigten Batterie 31 angelegt. Die dem Wechselrichter 30 zugeführte Energie wird durch eine Klimasteuerung 40 gesteuert.
  • Der Kältemittelkompressor 20 ist mit einer Ausgabeöffnung 22a, einer Ansaugöffnung 22b und einer Einspritzöffnung 22c ausgestattet. Die Ausgabeöffnung 22a gibt das komprimierte Kältemittel aus, die Ansaugöffnung 22b saugt das Kältemittel von der Niederdruckseite des Kreises an, und die Gaseinspritzöffnung 22c spritzt das Zwischendruck-Gaskältemittel ein. Diese Gaseinspritzöffnung 22c steht mit dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 durch einen Gaseinspritzkanal 22d, der mit dem Magnetventil 28d ausgestattet ist, in Verbindung.
  • In der hochdruckseitigen Kältemittelrohrleitung sind ein Kältemitteltemperatursensor 41a und ein Hochdrucksensor 41b angeordnet, welche die Temperatur bzw. den Druck des Hochdruckkältemittels am Auslass des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 erfassen. Die Ausgangssignale dieser Sensoren 41a, 41b werden der Klimasteuerung 40 eingegeben, um den Öffnungsgrad der ersten Druckverminderungsvorrichtung 26 zu steuern. Dieser steuert den Überhitzungsgrad des Zwischendruckkältemittels am Auslass des Wärmetauschers 23.
  • 2 zeigt ein Beispiel des Wärmetauschers 23. Der Wärmetauscher 23 ist durch Kombinieren eines ersten Kanals 23a, eines zweiten Kanals 23b und eines dritten Kanals 23c gebildet. Durch den ersten Kanal 23a strömt das Hochdruckkältemittel. Im zweiten Kanal 23b strömt das Gas/Flüssigkeit-Zweiphasen-Zwischendruckkältemittel, das durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 im Druck vermindert wurde, oder das Niederdruckkältemittel. Im dritten Kanal 23c strömt das später beschriebene heiße Wasser (das Abwärmewiedergewinnungsfluid). Jeder dieser drei Kanäle 23a–23c besteht aus mehreren flachen Rohren, extrudiert aus Metall wie beispielsweise Aluminium (siehe 2(b)). Der erste (Hochdruck-)Kanal 23a und der dritte (Heißwasser-)Kanal 23c sind mit den abgewandten Seiten des zweiten Kanals 23b verbunden, sodass diese drei Kanäle kombiniert sind. Deshalb kann das Kältemittel im zweiten Kanal 23b Wärme mit dem Kältemittel höheren Drucks im ersten Kanal 23a und dem Wasser im dritten Kanal 23c austauschen.
  • Als nächstes wird ein Heißwasserkreis 80 erläutert, der heißes Wasser in den dritten (Heißwasser-)Kanal 23c des oben beschriebenen Wärmetauschers 23 zirkuliert. Dieser Heißwasserkreis 80 sieht eine Kühlung für am Elektroauto befestigte Wärmegeräte (Abwärmequelle) 81 vor. Zum Beispiel enthalten die Wärmegeräte 81 einen Wechselstrommotor (nicht dargestellt) zum Fahren des Elektroautos, ein Halbleiterschaltelement (Leistungstransistor), eine Brennstoffzelle, eine Brennstoffraffinationsvorrichtung zum Erzeugen des Brennstoffs (Wasserstoff) aus einer Brennstoffzelle und dergleichen.
  • Der Heißwasserkreis 80 enthält nicht nur den oben erwähnten Wärmetauscher 23, sondern auch eine elektrische Wasserpumpe 82 zum Zirkulieren des heißen Wassers, Dreiwege-Magnetventile (Wasserkreiswechseleinrichtungen) 83, 86, einen Kühler 84 zum Abstrahlen der Wärme des heißen Wassers (Kühlwasser) an die Außenluft und einen Bypasskanal 85 für den Kühler 84. Durch Verändern des Betriebszustandes des Dreiwegeventils 83 strömt das an den Wärmegeräten 81 erwärmte heiße Wasser in den Wärmetauscher 21 oder strömt in den Kühler 84. Durch Verändern des Betriebszustandes des Dreiwegeventils 83 strömt das an den Wärmegeräten 81 erwärmte heiße Wasser in den Kühler 84 oder strömt in den Bypasskanal 85.
  • Die Klimasteuerung 40 besteht aus einem Mikrocomputer und Peripherieschaltungen, und ihr werden die Ausgangssignale einer Sensorgruppe 41 eingegeben. Die Sensorgruppe 41 enthält nicht nur die obigen Sensoren 41a, 41b, 41f, 41g, sondern enthält auch einen Außentemperatursensor 41c, einen Verdampfapparattemperatursensor 41d, einen Ausgabetemperatursensor 41e, einen Kältemitteltemperatursensor 41h, einen Wassertemperatursensor 41i, einen Stromsensor 41j und dergleichen. Der Außentemperatursensor 41c ist nahe dem Außenwärmetauscher 24 angeordnet. Der Verdampfapparattemperatursensor 41d erfasst die Temperatur der durch den Verdampfapparat 11 strömenden Luft. Der Ausgabetemperatursensor 41e erfasst die Temperatur des vom Kompressor 22 ausgegebenen Gaskältemittels. Der Kältemitteltemperatursensor 41h erfasst die Temperatur des Kältemittels am Auslass des Außenwärmetauschers 24. Der Wassertemperatursensor 41i erfasst die Temperatur des heißen Wassers am Heißwasserauslass der Wärmegeräte 81 des Heißwasserkreises 80. Der Stromsensor 41j erfasst den Strom des Wechselrichters 30. Ferner werden die die Stellung von Reglern, betätigt durch den Fahrgast (Benutzer) durch eine Klimasteuertafel 50 (dargestellt in 2), darstellenden Signale in die Klimasteuerung 40 eingegeben.
  • In 1 sind nur die elektrischen Verbindungen zwischen dem Kompressor 22, dem Wechselrichter 30 und der Klimasteuerung 40 dargestellt. Weitere elektrische Verbindungen zwischen weiteren Vorrichtung und der Klimasteuerung 40 können jedoch existieren. Demgemäß steuert die Klimasteuerung 40 auch jeden Betrieb der ersten und der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 26, 27, der Magnetventile 28a–28d, der Klappen 6, 16–18, der Auslasswechselklappen (nicht dargestellt), des Gebläses 7, eines (nicht dargestellten) Außenlüfters und der Dreiwege-Magnetventile 83, 86.
  • In der in 3 dargestellten Klimasteuertafel 50 sind die folgenden Funktionen vorgesehen, die manuell durch den Fahrgast betätigt werden. Der Temperaturregler 51 stellt die Solltemperatur der in den Fahrgastraum geblasenen Luft ein und stellt dadurch im vorliegenden Beispiel die Solldrehzahl des elektrischen Kompressors 22 ein.
  • Weiter werden die Magnetventile 28a–28d und die Kanalwechselklappen 16, 17 entsprechend dem durch die Betriebsstellung des Temperaturreglers 51 eingestellten Sollwert auf und zu gesteuert. Dies verändert die Betriebsmodi des Kühlkreises und steuert die Wärmetauschmenge des Kondensators 12.
  • Wie in 4 dargestellt, wird, wenn der Hebel 51 von der linken Seite zur rechten Seite bewegt wird, der Betriebsmodus vom Kühlmodus über den Entfeuchtungsmodus nacheinander in den Heizmodus geändert. Wie in 5–7 dargestellt, wird durch die Betriebsstellung des Temperaturreglers 51 die Solltemperatur der aus dem Verdampfapparat geblasenen Luft im Kühlmodus eingestellt, und der Sollhochdruck wird im Entfeuchtungsmodus und im Heizmodus eingestellt. Ein Signal der Betriebsstellung (Sollwert) des Temperaturreglers 51 wird in die Steuerung 40 eingegeben. Dann steuert die Steuerung 40 die Drehzahl des Kompressors 22 so, dass die aktuelle Temperatur der aus dem Verdampfapparat geblasenen Luft oder der aktuelle Hochdruck, die durch die Sensorgruppe 41 erfasst werden, mit dem obigen Sollwert übereinstimmt, wodurch die Temperatur der in den Fahrgastraum geblasenen Luft gesteuert wird. Ein Verändern des Hebels 52 verändert Luftströmungsgeschwindigkeiten des Gebläses 7. Ein Klimaschalter 53 schaltet den Kompressor 22 ein/aus. Ein Klimaluftblasmoduswechselhebel 54 öffnet/schließt Wechselklappen (nicht dargestellt) von Auslässen 8, 9, 10. Schließlich öffnet/schließt ein Innenluft/Außenluft-Wechselhebel 55 die Innenluft/Außenluft-Wechselklappe 6.
  • Als nächstes wird die Funktionsweise des ersten Beispiels erläutert. Falls der Klimaschalter 53 eingeschaltet wird, wird sein Signal in die Steuerung 40 eingegeben und die Steuerung 40 schaltet den Kompressor 22 ein. 8 zeigt eine durch die Steuerung 40 durchgeführte Steuerroutine, die durch Einschalten des Klimaschalters 53 gestartet wird. In Schritt S100 liest die Steuerung 40 Signale, wie beispielsweise die von der Sensorgruppe 41 erfassten und die Betriebssignale von der Klimasteuertafel 50, ein. Dann wird in Schritt S110 bestimmt, ob der Heizmodus eingestellt ist. Das heißt, wenn der Temperaturregler 51 zwischen PH1 und PH2 positioniert ist, ist der Heizmodus eingestellt, und das Programm geht weiter zu Schritt S120. In Schritt S120 wird bestimmt, ob die Wassertemperatur TW am Heißwasserauslass der Wärmegeräte 81 der Heißwasserkreise 80 höher als ein voreingestellter Wert TW1 ist. Wenn TW ≤ TW1, geht das Programm weiter zu Schritt S130, und ein Gas einspritzmodus wird eingestellt. Im Gaseinspritzmodus werden die Ventile und Klappen in einem in 9 dargestellten Heizmodus im Zustand ➀ gesteuert, wobei das Magnetventil 28c geschlossen und das Magnetventil 28d geöffnet wird. Deshalb steht, wie durch schwarze Pfeile in 1 angegeben, der zweite Kanal 23b des Wärmetauschers 23 durch den Kanal 91 mit der Gaseinspritzöffnung 22c des Kompressors 22 in Verbindung.
  • Wenn der Heizmodus ausgewählt wird, öffnet das Dreiwegeventil 86 den Bypasskanal 85 und schließt den Kanal durch den Kühler 84 im Heißwasserkreis 80. Demgemäß strömt das heiße Wasser durch den Bypasskanal 85, wodurch die Wärmeabstrahlung gestoppt wird. Wenn der Gaseinspritzmodus während des Heizmodus eingestellt wird, öffnet das Dreiwegeventil 83 den Bypasskanal 85 und schließt den Kanal durch den Wärmetauscher 23 des Kühlkreises 21, wodurch der Heißwasserstrom in den Wärmetauscher 23 gestoppt wird. Das vom Kompressor 22 ausgegebene, überhitzte Gaskältemittel hat eine höhere Temperatur und einen höheren Druck und strömt in den Innenkondensator 12 und tauscht Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft aus (strahlt Wärme an sie ab). Die durch die Kältemittelkondensation erwärmte heiße Luft wird hauptsächlich aus dem Fußauslass 8 in den Fahrgastraum geblasen, wodurch der Fahrgastraum geheizt wird. Zu diesem Zeitpunkt strömt die durch das Gebläse 7 geblasene Luft durch den Kondensator 12 und wird erwärmt, da die Kanalwechselklappen 16, 17 den Luftkanal auf der Seite des Kondensators 12 öffnen und den Bypasskanal 12a schließen.
  • Ein Teil des aus dem Kondensator 12 ausgeströmten Hochdruck-Zweiphasenkältemittels gelangt vom Verzweigungspunkt 92 durch den zweiten Kanal 23b des Wärmetauschers 23 und strömt in die erste Druckverminderungsvorrichtung 26, um von dem höheren Druck PH auf den Zwischendruck PM im Druck vermindert zu werden, wie durch ein in 10 dargestelltes Mollier-Diagramm angedeutet. Das im Druck auf den Zwischendruck PM verminderte Zweiphasenkältemittel gelangt durch den zweiten Kanal 23b des Wärmetauschers 23 und tauscht die Wärme mit dem durch den ersten Kanal 23a strömenden Hochdruckkältemittel aus (gewinnt Wärme von ihm), um in Gas umgewandelt zu werden. Das vergaste Kältemittel wird durch den Kanal 91 in die Einspritzöffnung 22c eingeleitet, wie durch schwarze Pfeile A angedeutet.
  • Das von dem Verzweigungspunkt 92 durch den ersten Kanal 23a des Wärmetauschers 23 strömende Hochdruckkältemittel tauscht Wärme mit dem durch den zweiten Kanal 23b strömenden Kältemittel aus (strahlt Wärme daran ab), um unterkühlt zu werden. Das unterkühlte Hochdruckkältemittel wird durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck auf den niedrigeren Druck PL vermindert und strömt in den Außenwärmetauscher 24. Dabei strömt das Kältemittel, da das Magnetventil 28b zum Kühlen geschlossen ist, nicht in den Kältemittelkanal auf der Seite des Magnetventils 28b zum Kühlen. Wenn das Niederdruckkältemittel durch den Außenwärmetauscher 24 gelangt, gewinnt das Kältemittel die Wärme der durch den Außenlüfter geblasenen Luft (Außenluft).
  • Das im Außenwärmetauscher 24 in Gas umgewandelte Gaskältemittel strömt durch das Magnetventil 28a in den Speicher 25. Das aufgrund der Wärmelastschwankung erzeugte flüssige Kältemittel wird im Speicher 25 gespeichert. Im Speicher 25 wird das gasförmige Kältemittel aus der oberen Endöffnung seines U-förmigen Kältemittelauslassrohrs 25a angesaugt. Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel, in dem sich Öl löst, aus den Ölrückführlöchern (nicht dargestellt) angesaugt, die am Boden des U-förmigen Kältemittelauslassrohrs 25a vorgesehen sind. Dann wird das flüssige Kältemittel in das Gaskältemittel gemischt, und das Gaskältemittel wird in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt. Dementsprechend wird, selbst wenn das Kältemittelströmungsvolumen in der Zeit niedrigerer Heizlast wie beispielsweise während einer Übergangszeit, kleiner ist, Öl zum Kompressor 22 zurückgeführt.
  • 10 ist ein Mollier-Diagramm des Kältemittelzustandes des Kühlkreises während des Heizbetriebs gemäß dem Gaseinspritzmodus. Schwarze Pfeile in 1 geben den Kältemittelströmungsweg während des Heizbetriebs an. Der Öffnungsgrad der ersten Druckverminderungsvorrichtung 26 wird durch die Steuerung 40 basierend auf den durch den Temperatursensor 41f und den Drucksensor 41g für das Zwischendruckkältemittel erfassten Signalen gesteuert. Durch diese Öffnungsgradsteuerung wird das Strömungsvolumen des in die Einspritzöffnung 22c des Kompressors 22 strömenden Gaseinspritzkältemittels so gesteuert, dass das Niveau des Überhitzungsgrades SH des Gaseinspritzkältemittels zu einem vorbestimmten Wert wird. Das heißt, falls der Überhitzungsgrad SH des Gaseinspritzkältemittels größer wird, wird die Öffnung der ersten Druckverminderungsvorrichtung (des elektrischen Expansionsventils) 26 vergrößert. Falls der Überhitzungsgrad SH kleiner wird, wird die Öffnung der ersten Druckverminderungsvorrichtung 26 reduziert.
  • Die Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 wird durch die Steuerung 40 gesteuert, wodurch die im Wärmetauscher 23 ausgetauschte Wärmemenge so gesteuert wird, dass der Unterkühlungsgrad SC des den ersten Kanal 23a des Wärmetauschers 23 verlassenden Hochdruckkältemittels zum vorbestimmten Wert wird. Das heißt, wenn der Unterkühlungsgrad SC des Hochdruckkältemittels größer wird, wird der Druckwert des Hochdruckkältemittels durch Vergrößern der Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 vergrößert, wodurch der Unterkühlungsgrad SC verringert wird. Wenn der Unterkühlungsgrad SC kleiner wird, wird der Druckwert des Hochdruckkältemittels durch Reduzieren der Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 erhöht, wodurch der Unterkühlungsgrad SC erhöht wird.
  • In 10 ist Gi das Strömungsvolumen des von dem Einspritzkanal 91 in die Einspritzöffnung 22c eingespritzten Kältemittels, und Ge ist des Strömungsvolumen des durch den Außenwärmetauscher (Verdampfapparat während des Heizens) 24 in den Kompressor 22 gesaugten Kältemittels. Δi1 ist die Enthalpiedifferenz des Zwischendruckkältemittels auf der Gaseinspritzseite, das die Wärme am Wärmetauscher 23 gewinnt. Δi2 ist die Enthalpiedifferenz des Hochdruckkältemittels, das die Wärme am Wärmetauscher 23 abstrahlt und zur zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 strömt. Das Strömungsvolumen des Kühlkreises für den Kondensator 12 wird auf (Gi + Ge) vergrößert, wodurch die Heizleistung verbessert wird.
  • Wenn die Wassertemperatur TW am Heißwasserauslass der Wärmegeräte 81 des Heißwasserkreises 80 in Schritt S120 höher als ein erster voreingestellter Wert TW1 ist, geht das Programm weiter zu Schritt S140. In diesem Schritt wird bestimmt, ob die Wassertemperatur TW höher als der zweite voreingestellte Wert TW2 ist. Insbesondere gilt TW1 < TW2. Wenn TW < TW2, d.h. wenn TW1 < TW < TW2, geht das Programm weiter zu Schritt S150. Hier wird ein Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt. In diesem Modus werden die Ventile und Klappen in dem in 9 dargestellten Heizmodus in einem Zustand ➁ ge steuert, in dem das Magnetventil 28c geöffnet und das Magnetventil 28d geschlossen wird. Deshalb steht der zweite Kanal 23b des Wärmetauschers 23, wie durch den schwarzen Pfeil B angedeutet, mit dem Einmündungspunkt 94 auf der Einlassseite des Speichers 25 durch den Kanal 93 in Verbindung. Da sowohl das Magnetventil 28b zum Kühlen als auch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 geschlossen werden, strömt das Kältemittel nicht in den Außenwärmetauscher 24.
  • Wenn der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt wird, strömt im Heißwasserkreis 80, da das Dreiwegeventil 83 den Wasserkanal auf der Seite des Bypasskanals 85 schließt und den Wasserkanal auf der Seite des Wärmetauschers 23 des Kühlkreises 21 öffnet, das heiße Wasser in den Wärmetauscher 23. Deshalb wird im Kühlkreis der Heizmodus gemäß dem Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wie folgt durchgeführt. Das vom Kompressor 22 ausgegebene, überhitzte Gaskältemittel mit der höheren Temperatur und dem höheren Druck tauscht am Innenkondensator 12 Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft aus (strahlt die Wärme daran ab) und kondensiert. Das gesamte Hochdruckkältemittel, das aus dem Kondensator 12 geströmt ist, strömt in die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 und wird vom Hochdruck PH auf den niedrigeren Druck PL im Druck vermindert, wie durch ein in 11 dargestelltes Mollier-Diagramm angegeben. Das im Druck auf den niedrigeren Druck PL im Druck verminderte Zweiphasenkältemittel strömt durch den zweiten Kanal des Wärmetauschers 23 und tauscht Wärme mit dem durch den dritten Kanal 23c strömenden heißen Wasser aus (gewinnt die Wärme von ihm) und wird in Gas umgewandelt. Das heißt, in diesem Betriebsmodus funktioniert der Wärmetauscher 23 als ein niederdruckseitiger Verdampfapparat. Das im zweiten Kanal 23b des Wärmetauschers 23 in Gas umgewandelte Gaskältemittel wird aus dem Kanal 93 durch den Speicher 25 in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt.
  • Im Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird, wie in 11 dargestellt, die Abwärme aus dem heißen Wasser aufgrund des Niederdruckkältemittels mit einer niedrigeren Verdampfungstemperatur wiedergewonnen. Deshalb wird, selbst wenn die Temperatur des heißen Wassers relativ niedrig ist (TW < TW2), der Temperaturunterschied zwischen dem heißen Wasser und dem Kältemittel sichergestellt. Daher kann die Abwärme aus dem heißen Wasser wiedergewonnen werden. Falls die Abwärme aus dem heißen Wasser relativ niedriger Temperatur durch das Zwischendruckkältemittel wiedergewonnen wird, muss die Temperatur des Zwischendruckkältemittels niedriger als die Temperatur des heißen Wassers erniedrigt werden. Deshalb wird der Druck des Kältemittels verringert, wodurch das Gaseinspritzströmungsvolumen Gi verringert und die Heizleistung reduziert werden. Auf der Niederdruckseite des Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus tritt ein solches Problem jedoch nicht auf.
  • Während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus kann ferner, da das Kältemittel Wärme aus dem heißen Wasser mit einer Temperatur höher als die Außenluft gewinnt, ein Niederdruck PL des Kühlkreises höher als während des oben beschriebenen Gaseinspritzmodus sein. Deshalb kann das Kompressionsverhältnis des Kompressors 22 kleiner sein, wodurch die Effizienz des Kreises verbessert wird. Ferner entsteht am Wärmetauscher 23, der als ein Verdampfapparat arbeitet, aufgrund der Wärmegewinnung aus dem heißen Wasser kein Frost. Deshalb kann der Heizvorgang für eine lange Zeit ohne Stoppen wegen einer Frostbildung fortlaufend betrieben werden.
  • In Schritt S140 in 8 geht das Programm weiter zu Schritt S160, wenn die Wassertemperatur TW höher als ein zweiter voreingestellter Wert TW2 ist (TW > TW2). Hier wird der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt. Während dieses Modus werden die Ventile und Klappen während des in 9 dargestellten Heizmodus im Zustand ➂ gesteuert, wobei das Magnetventil 28c geschlossen und das Magnetventil 28d geöffnet werden. Deshalb steht, wie durch den schwarzen Pfeil A angedeutet, der zweite Kanal 23b des Wärmetauschers 23 wieder durch den Kanal 91 mit der Gaseinspritzöffnung 22c des Kompressors 22 in Verbindung. Da die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 mit einem geregelten Öffnungsgrad geöffnet wird, arbeitet der Außenwärmetauscher 24 als ein Verdampfapparat und gewinnt Wärme aus der Außenluft. Im Heißwasserkreis 80 strömt in der gleichen Weise wie während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus, da das Dreiwegeventil 83 den Wasserkanal auf der Seite des Wärmetauschers 23 des Kühlkreises 21 öffnet, das heiße Wasser in den Wärmetauscher 23.
  • Deshalb wird im Kühlkreis ein Heizmodus gemäß dem Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wie folgt durchgeführt. Überhitztes Gaskältemittel mit einer höheren Temperatur und einem höheren Druck, das vom Kompressor 22 ausgegeben wird, tauscht Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft am Innenkondensator 12 aus (strahlt Wärme daran ab) und kondensiert. Das aus dem Kondensator 12 ausströmende Hochdruckkältemittel wird am Verzweigungspunkt 92 in zwei Ströme geteilt. Einer ist der innere Strom durch den ersten Kanal 23a des Wärmetauschers 23 und die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 zum Außenwärmetauscher 24. Der andere ist der einspritzseitige Strom durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 und den zweiten Kanal des Wärmetauschers 23 zur Gaseinspritzöffnung 22c.
  • 12 ist ein Mollier-Diagramm des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus. Das Kältemittel des anderen Stroms wird durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 vom höheren Druck PH im Druck auf den Zwischendruck PM vermindert. Danach strömt das Zweiphasenkältemittel mit dem Zwischendruck PM durch den zweiten Kanal 23b des Wärmetauschers 23 und tauscht Wärme mit dem durch den ersten Kanal 23a strömenden Kältemittel höheren Drucks und dem durch den dritten Kanal 23c strömenden heißen Wasser aus (gewinnt Wärme von ihnen). Dann wird das Zwischendruckkältemittel durch den Kanal 91 in die Gaseinspritzöffnung 22c eingeleitet, wie durch den schwarzen Pfeil A in 1 angegeben.
  • Das durch den ersten Kanal 23a des Wärmetauschers 23 strömende Hochdruckkältemittel tauscht Wärme mit dem durch den zweiten Kanal 23b strömenden Zwischendruckkältemittel aus (strahlt Wärme an dieses ab) und wird unterkühlt. Das unterkühlte Hochdruckkältemittel wird durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck auf den Niederdruck PL vermindert und strömt in den Außenwärmetauscher 24 und wird durch eine Wärmegewinnung aus der Außenluft in Gas umgewandelt. Das im Außenwärmetauscher 24 in Gas umgewandelte Kältemittel gelangt durch das Magnetventil 28a zum Heizen und den Speicher 25, woraufhin es in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt wird.
  • Der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus kann sowohl die Heizleistung als auch den COP (Wirkungsgrad) verbessern. Im vorliegenden Modus gewinnt das Niederdruckkältemittel Wärme aus der Außenluft, während das Zwischendruckkältemittel Wärme aus dem heißen Wasser gewinnt. Demgemäß können die Heizleistung und der COP durch die folgenden Gleichungen 1, 2 ausgedrückt werden, und beide können verbessert werden. Heizleistung Qc = Wärmegewinnungsmenge des Außenwärmetauschers 24 Qe + Wärmegewinnungsmenge des Zwischendruckkältemittels Qr + Kompressorantriebsleistung L Gleichung 1 COP = Heizleistung Qc/Kompressorantriebsleistung L Gleichung 2
  • Im vorliegenden Modus werden, da der Innenwärmetauscher 12 einen Wärmegewinn aus dem obigen Gaseinspritzpumpenmodus und eine Wärmegewinnungsmenge des Zwischendruckkältemittels Qr abstrahlen kann, sowohl die Heizleistung als auch der COP verbessert. Im vorliegenden Modus wird weiter dem Innenwärmetauscher 12 der oben diskutierte Gewinn, die Wärmegewinnungsmenge des Außenwärmetauschers 24 Qe und die erhöhte Wärmemenge der Kompressorantriebsleistung L aufgrund der Gaseinspritzung hinzugefügt. Deshalb werden die Heizleistung und der COP verbessert.
  • 13 zeigt die Beziehung zwischen der Heizleistung Qc, dem COP und der Änderung während der Heizbetriebszeit während des Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus ➀, dem Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➁ und dem Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➂. Wenn die Heißwassertemperatur TW steigt, wird der obige Modus nacheinander von ➀ → → ➂ geändert. Deshalb kann ein effizienter Heizbetrieb mit einem höheren COP realisiert werden, während die Heizleistung verbessert wird.
  • Als nächstes werden die Modusbetriebe zusammenfassend ohne den Heizmodus erläutert. Wenn der Temperaturregler 51 zwischen PC1 und PC2 positioniert wird, geht das Programm im Flussdiagramm von 8 von Schritt S110 weiter zu Schritt S170, und es wird bestimmt, dass der Kühlmodus eingestellt ist. Dann werden in Schritt S180 die Ventile und Klappen gemäß dem in 9 dargestellten Kühlmodus gesteuert. Im Kühlmodus werden die erste und die zweite Druckverminderungsvorrichtung 26, 27 beide vollständig geschlossen gesteuert, und das Magnetventil 28b zum Kühlen wird offen gesteuert. Kanalwechselklappen 16, 17 schließen den Luftkanal auf der Seite des Kondensators 12 vollständig und öffnen den Bypasskanal 12a vollständig.
  • Weiße Pfeile in 1 zeigen den Kältemittelstrom im Kühlmodus. Das überhitzte Gaskältemittel mit der höheren Temperatur und dem höheren Druck, das vom Kompressor 22 ausgegeben wird, strömt in den Innenkondensator 12. Da jedoch die Kanalwechselklappen 16, 17 den Luftkanal auf der Seite des Kondensators 12 vollständig schließen, tauscht das überhitzte Gaskältemittel keine Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft durch den Kondensator 12 aus (strahlt keine Wärme daran ab). Die gesamte durch das Gebläse 7 geblasene Luft strömt in den Bypasskanal 12a. Deshalb gelangt das vom Kompressor 22 ausgegebene Gaskältemittel im überhitzten Zustand mit hoher Temperatur und hohem Druck durch den Kondensator 12.
  • Während dieser Zeit strömt, da die erste und die zweite Druckverminderungsvorrichtung 26, 27 beide vollständig geschlossen sind und das Magnetventil 28b zum Kühlen geschlossen ist, das gesamte Hochdruck-Gaskältemittel durch das Magnetventil 28b zum Kühlen in den Außenwärmetauscher 24. Hier tauscht das Hochdruckkältemittel Wärme mit der durch den Außenlüfter geblasenen Luft (Außenluft) aus (strahlt Wärme daran ab) und kondensiert. Das am Außenwärmetauscher 24 Kondensierte Kältemittel gelangt aufgrund des geschlossenen Magnetventils 28a durch die dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 und wird im Druck auf den Niederdruck PL vermindert. Danach strömt das Niederdruckkältemittel in den Verdampfapparat 11. Im Verdampfapparat 11 gewinnt das Kältemittel Wärme aus der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft und wird in Gas umgewandelt. Die im Verdampfapparat 11 durch die Wärmeabstrahlung gekühlte Luft strömt nicht durch den Innenkondensator 12 auf der stromabwärtigen Seite, wie oben beschrieben. Stattdessen gelangt sie durch den Bypasskanal 12a. Dann wird diese kühle Luft haupt sächlich aus dem Gesichtsauslass 9 in den Fahrgastraum geblasen, wodurch der Fahrgastraum gekühlt wird. Das im Verdampfapparat 11 in Gas umgewandelte Kältemittel strömt vom Niederdruckauslasskanal 95 durch den Speicher 25 in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22. Im Heizmodus läuft im Heißwasserkreis 80 das heiße Wasser durch den folgenden Weg um, um Wärme vom heißen Wasser von den Wärmegeräten 81 im Kühler 84 an die Außenluft abzustrahlen. Der Weg geht von den Wärmegeräten 81 → Wasserpumpe 82 → Dreiwegeventil 83 → Dreiwegeventil 86 → Kühler 84 → Wärmegeräte 81.
  • Wenn der Temperaturregler 51 zwischen PD1 und PD2 positioniert ist, geht Schritt S170 weiter zu Schritt S190 im Flussdiagramm in 8, um zu bestimmen, ob der Entfeuchtungsmodus eingestellt ist. Dann werden in Schritt S200 Ausrüstungen, wie beispielsweise Ventile und Klappen, im Entfeuchtungszustand in 9 gesteuert. In diesem Entfeuchtungsmodus werden die Magnetventile 28a–28d und die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 vollständig geschlossen gesteuert, während die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 auf einen geregelten Öffnungsgrad geöffnet wird. Weiter schließen die Kanalwechselklappen 16, 17 den Bypasskanal 12a vollständig, um den Luftkanal auf der Seite des Kondensators 12 vollständig zu öffnen.
  • Im Entfeuchtungsmodus läuft das heiße Wasser im Heißwasserkreis 80 durch die folgende Route um, um Wärme von den Wärmegeräten 81 in der gleichen Weise wie zur Kühlzeit im Kühler 84 an die Außenluft abzustrahlen: Wärmegeräte 81 → Wasserpumpe 82 → Dreiwegeventil 83 → Dreiwegeventil 86 → Kühler 84 → Wärmegeräte 81. Die schraffierten Pfeile in 1 zeigen den Kältemittelstrom im Entfeuchtungsmodus. Das überhitzte Gaskältemittel mit höherer Temperatur und höherem Druck und ausgegeben aus dem Kompressor 22 strömt in den Innenkondensator 12. Da hierbei die Kanalwechselklappen 16, 17 den Luftkanal auf der Seite des Kondensators 12 öffnen, tauscht das Gaskältemittel im Kondensator 12 Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft aus (strahlt Wärme daran ab), um kondensiert zu werden.
  • Da die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 und das Magnetventil 28b zum Kühlen vollständig geschlossen sind, strömt das gesamte Hochdruckkältemittel aus dem Auslass des Kondensators 12 durch den ersten Kanal 23a des Wärmetauschers 23. Da hierbei Kältemittel nicht durch den zweiten und den dritten Kanal 23b, 23c des Wärmetauschers 23 strömt, tauscht das durch den ersten Kanal 23a strömende Hochdruckkältemittel am Wärmetauscher 23 keine Wärme aus. Demgemäß strömt das Hochdruckkältemittel durch den Wärmetauscher 23 mit dem gerade aus dem Innenkondensator 12 ausgeströmten Kältemittel in die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27. Das Kältemittel wird durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck auf den Zwischendruck vermindert und strömt in den Außenwärmertauscher 24.
  • Während des ersten Entfeuchtungsmodus, wenn die geblasene Luft mit einer höheren Temperatur erforderlich ist, wird der durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 vorgesehene Zwischendruck auf einen Wert niedriger als der Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei Umgebungslufttemperatur eingestellt. Deshalb kann der Außenwärmetauscher 24 als ein Verdampfapparat betrieben werden, sodass das Kältemittel darin Wärme gewinnt. Das heißt, das Druckverminderungsmaß wird erhöht, indem der Öffnungsgrad der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 kleiner gemacht wird, sodass der Zwischendruck auf einen niedrigeren Druck gesetzt werden kann. Das den Außenwärmetauscher 24 verlassende Zwischendruckkältemittel strömt durch Schließen des Magnetventils 28a in die dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 und wird im Druck auf den Niederdruck PL vermindert. Das im Druck verminderte Niederdruckkältemittel strömt in den Verdampfapparat 11, um Wärme aus der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft zu gewinnen. Dieses Kältemittel wird durch den Speicher 25 in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt.
  • Im Entfeuchtungsmodus wird, da das Kältemittel sowohl in den Verdampfapparat 11 als auch den Kondensator 12 strömt, die in der Innenklimaeinheit 1 vorgesehen sind, die durch das Gebläse 7 geblasene Luft im Verdampfapparat 11 gekühlt und entfeuchtet und im Kondensator 12 erwärmt, wodurch heiße Luft erzeugt wird. Diese heiße Luft wird in den Fahrgastraum geblasen, wodurch die Windschutzscheibe entnebelt wird und der Fahrgastraum entfeuchtet/geheizt wird. Im zweiten Entfeuchtungsmodus, in dem Luft mit niedrigerer Temperatur erforderlich ist, wird der durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 vorgesehen Zwischendruck auf einen Wert höher als den Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei Umgebungslufttemperatur eingestellt. Deshalb kann der Außenwärmetauscher 24 als ein Kondensator betrieben werden, sodass das Kältemittel darin Wärme abstrahlen kann. Das heißt, das Druckverminderungsmaß wird reduziert, indem der Öffnungsgrad der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 größer gemacht wird, sodass der Zwischendruck auf einen höheren Druck eingestellt werden kann.
  • Da der Außenwärmetauscher 24 als ein Kondensator arbeitet, sodass das Kältemittel darin Wärme abstrahlen kann, wird die Wärmestrahlungsmenge Qc vom Innenkondensator 12 niedriger als während des ersten Entfeuchtungsmodus reduziert. Deshalb wird eine Blasluft mit niedrigerer Temperatur bereitgestellt.
  • 14 zeigt ein zweites Vergleichsbeispiel. Im ersten Beispiel ist das Magnetventil 28d zum Einspritzen im Gaseinspritzkanal 91 angeordnet. Im zweiten Beispiel ist jedoch dieses Magnetventil 28d weggelassen. Im Allgemeinen enthält die Gaseinspritzöffnung 22c einen Rückschlagventilmechanismus 22d zur Verhinderung eines Kältemittelrückstroms. Im zweiten Beispiel wird der Rückschlagventilmechanismus 22d beachtet, und der Rückschlagventilmechanismus 22d spielt eine zusätzliche Rolle des Magnetventils 28d. Das heißt, im Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus ➀ und im Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➂ wird, da der Zwischendruck PM des Kreises auf den Rückschlagventilmechanismus 22d wirkt, der Rückschlagventilmechanismus 22d geöffnet, wodurch Gas in das Zwischendruckkältemittel eingespritzt wird.
  • Im Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➁ wirkt der Niederdruck PL auf den Rückschlagventilmechanismus 22d. Da jedoch der Ventilöffnungsdruck des Rückschlagventilmechanismus 22d größer als der Niederdruck PL ist, wird die Gaseinspritzöffnung 22c durch den Rückschlagventilmechanismus 22d geschlossen gehalten. Deshalb kann auf das Magnetventil 28d verzichtet werden.
  • 15 zeigt ein drittes Vergleichsbeispiel. Im ersten Beispiel gibt es während des Heizmodus drei Wärmepumpenmodi ➀, ➁, ➂. Im dritten Beispiel ist jedoch der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➁ weggelassen, und der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus ➀ und der Zwischendruck- Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➂ werden benutzt.
  • 16 zeigt ein viertes Vergleichsbeispiel. Im ersten Beispiel sind, wie in 2 dargestellt, ein erster Kanal 23a, in dem das Hochdruckkältemittel strömt, ein zweiter Kanal 23b und ein dritter Kanal 23c in den Wärmetauscher 23 integriert. Im zweiten Kanal 23b strömt das heiße Wasser (Kühlwasser) aus dem Heißwasserkreis 80. Im dritten Kanal 23c strömt das Gas/Flüssigkeit-Zwischendruckkältemittel oder das durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 im Druck verminderte Niederdruckkältemittel.
  • In einem vierten Beispiel ist der Wärmetauscher 23 in einen ersten Wärmetauscher (Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher) 231 und einen zweiten Wärmetauscher (Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher) 232 geteilt. Der zweite Kanal 23b des ersten Wärmetauschers 231 und der Kältemittelkanal (zweiter Kanal) 123 des zweiten Wärmetauschers 232 sind durch eine Rohrleitung 96 verbunden.
  • 17 zeigt ein fünftes Vergleichsbeispiel. In dem oben beschriebenen vierten Beispiel strömt das im zweiten Wärmetauscher 232 Wärme aus dem heißen Wasser gewinnende Kältemittel in sowohl den Gaseinspritzkanal 91 als auch den Niederdruckkanal 93. Im fünften Beispiel strömt jedoch dieses Kältemittel nur in den Niederdruckkanal 93. Das heißt, der Modus wird nur zwischen dem Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus ➀ und dem Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➁ gewechselt, und der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ➂ wird nicht durchgeführt. Das fünfte Beispiel ist vorteilhafter, wenn das Zwischendruckkältemittel keine Wärme gewinnen kann, weil die Temperatur des heißen Wassers aus dem Wärmegerät 81 niedrig ist.
  • 18 zeigt ein sechstes Vergleichsbeispiel. Im sechsten Vergleichsbeispiel sind der zweite Wärmetauscher 232 im oben beschriebenen fünften Beispiel und der Außenwärmetauscher 24 parallel geschaltet. Wenn der Außenwärmetauscher 24 im Kühlmodus als Kondensator betrieben wird, wird auch der zweite Wärmetauscher 232 als Kondensator betrieben, wodurch die Kühlleistung im Kühlmodus verbessert wird. Der Betriebszustand der Ventile und Klappen gemäß dem sechsten Beispiel ist in 19 gezeigt. Im sechsten Ausführungsbeispiel strömt im Kühlmodus das heiße Wasser im Heißwasserkreis 80 sowohl auf der Seite des Kühlers 84 als auch auf der Seite des Heißwasserkanals (dritter Kanal) 23c des zweiten Wärmetauschers 232. Dann wird das heiße Wasser im Kühler 84 gekühlt, und das Hochdruckkältemittel im Kältemittelkanal 123 des zweiten Wärmetauschers 232 wird durch das gekühlte heiße Wasser gekühlt und kondensiert.
  • 20 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel. Im siebten Beispiel ist der Gaseinspritzvorgang durch Weglassen des ersten Wärmetauschers (Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher) 231 im sechsten Beispiel weggelassen. Im siebten Beispiel wird im Heizmodus das Magnetventil 28d geschlossen und das Magnetventil 28c geöffnet, sodass nur der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungsmodus eingeschaltet ist.
  • 71 ist eine modifizierte Kühlkreisdarstellung der in 20 dargestellten, in der eine Wärmetauscheinrichtung in Reihe mit einem Außenwärmetauscher und stromab zu diesem angeordnet ist.
  • 21 zeigt ein achtes Vergleichsbeispiel. Im achten Beispiel ist der zweite Wärmetauscher (Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher) 232 im sechsten Beispiel in Reihe zu einem Außenwärmetauscher 24 und stromab von diesem angeordnet. Demgemäß funktioniert im Kühlmodus der zweite Wärmetauscher 232 in der gleichen Weise wie im sechsten Beispiel ebenfalls als ein Kondensator, wodurch die Effizienz des Kreises verbessert wird.
  • 22 zeigt ein neuntes Vergleichsbeispiel. Im neunten Beispiel ist der Heißwasserkreis 80 im ersten Beispiel modifiziert, um die Temperatur des im dritten Kanal (Heißwasserkanal) 23c des Wärmetauschers 23 zirkulierenden heißen Wassers einzustellen. Das heißt, ein Wärmeisolationsbehälter 87 mit einer Wärmeisolationskonstruktion, ein Strömungsratenregelventil 88 des Dreiwegeventiltyps, eine elektrische Wasserpumpe 89 und ein Wassertemperatursensor 41k sind dem Heißwasserkreis 80 im ersten Beispiel hinzugefügt. Der Wassertemperatursensor 41k ist am Heißwassereinlass des Wärmetauschers 23 angeordnet, um die Heißwassertemperatur auf der Seite der Klimaanlage zu erfassen. Das Strömungsratenregelventil 88 kann das Verhältnis der Heißwasserströmungsrate auf der Seite des Bypass kreises 100 zur Seite der Wasserpumpe 89 basierend auf der durch den Wassertemperatursensor 41k erfassten Temperatur stufenlos einstellen. Die Wasserpumpe 89 bildet den Heißwasserkreis im klimaanlagenseitigen Heißwasserkreis 102 mit dem Bypasskreis 101 und dem dritten Kanal 23c des Wärmetauschers 23.
  • Das Strömungsratenventil 88 stellt den Anteil des heißen Wassers höherer Temperatur nach Durchströmen der Wärmegeräte 81, das in den klimaanlagenseitigen Heißwasserkreis 102 strömt, basierend auf der durch den Wassertemperatursensor 41k erfassten Temperatur ein, wodurch die Heißwassertemperatur des klimaanlagenseitigen Heißwasserkreises 102 eingestellt wird.
  • 23 zeigt ein zehntes Vergleichsbeispiel. Im zehnten Beispiel besteht der Heißwasserkreis 80 anstelle des Heißwasserkreises 80 im neunten Beispiel aus zwei Kreisen, die voneinander isoliert sind. Insbesondere sind ein wärmegeräteseitiger Heißwasserkreis 103 und ein klimaanlagenseitiger Heißwasserkreis 102 vorgesehen. Zwischen beiden Heißwasserkreisen 102, 103 ist ein Wärmetauscher 104 mit einem ersten und einem zweiten Heißwasserkanal 104a, 104b, angeordnet. Zuerst wird der Heißwasserkanal 104a mit dem Heißwasserkreis 103 verbunden und der zweite Heißwasserkanal wird mit dem Heißwasserkreis 102 verbunden. Demgemäß kann ein Wärmeaustausch zwischen den Kreisen 102, 103 durchgeführt werden. Die Drehzahl der elektrischen Wasserpumpe 89 wird basierend auf der durch den Wassertemperatursensor 41k erfassten Temperatur eingestellt.
  • Gemäß dem zehnten Beispiel wird, wenn die Menge Abwärme von den Wärmegeräten 81 steigt, wodurch die Heißwassertemperatur des wärmegeräteseitigen Heißwasserkreises 103 steigt, die Drehzahl der elektrischen Wasserpumpe 89 des klimaanlagenseitigen Heißwasserkreises 102 erhöht. Deshalb wird die Heißwasserströmungsrate des klimaanlagenseitigen Heißwasserkreises 102 erhöht, wodurch die Heißwassertemperatur des klimaanlagenseitigen Heißwasserkreises 102 gehalten wird.
  • 24 zeigt ein elftes Vergleichsbeispiel. Im elften Beispiel wird das Zwischendruckkältemittel durch eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 in ein gasförmiges und ein flüssiges Kältemittel getrennt. Dann wird das Zwischendruck- Gaskältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 durch den ersten Gaseinspritzkanal 91 in die Gaseinspritzöffnung 22c des Kompressors 22 eingeleitet. Im elften Beispiel ist demgemäß der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 231 (siehe 17 oder dergleichen) für den Gaseinspritzvorgang nicht erforderlich.
  • In den ersten bis zehnten Beispielen sind die Kältemittelkanäle so aufgebaut, dass das von der Ausgabenöffnung 22a des Kompressors 22 ausgegebene Gaskältemittel im Heiz-, im Kühl- und im Entfeuchtungsmodus jeweils immer in den Kanal auf der Seite des Innenkondensators 12 strömt. Im elften Beispiel wird jedoch das Vierwegeventil 201 durch die Steuerung 40 ganz gesteuert und ist zwischen der Ausgabeöffnung 22a des Kompressors 22, dem Innenkondensator 12 und dem Außenwärmetauscher 24 angeordnet.
  • Im Heiz- und im Entfeuchtungsmodus strömt, wie durch schwarze Pfeile und schraffierte Pfeile in 24 angegeben, das vom Kompressor 22 ausgegebene Kältemittel in den Kanal auf der Seite des Innenkondensators 12. Im Kühlmodus strömt, wie durch weiße Pfeile in 24 angegeben, das vom Kompressor 22 ausgegebene Kältemittel durch das Vierwegeventil 201 direkt in den Außenwärmetauscher 24. Während des Kühlens strömt deshalb das vom Kompressor 22 ausgegebene Kältemittel nicht in den Innenkondensator 12.
  • Im elften Beispiel wird ferner das temperaturgetriebene Expansionsventil zum Einstellen des Überhitzungsgrades des in den Kompressor 22 gesaugten Kältemittels als zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 verwendet. Das heißt, im elften Beispiel ist der Kreis so aufgebaut, dass diese zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 sowohl die Rolle der zweiten als auch der dritten Druckverminderungsvorrichtung 27, 29 in den ersten bis zehnten Beispielen spielt. Im elften Beispiel ist ferner der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 232 auf der Niederdruckseite stromab des Außenwärmetauschers 24 angeordnet, um in der gleichen Weise wie in 21 Abwärme wiederzugewinnen. Der zweite Gaseinspritzkanal 203 verbindet den Flüssigkältemittelbereich am Boden der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 und die Gaseinspritzöffnung 22c des Kompressors 22 und ist parallel zum ersten Gaseinspritzkanal 91 angeordnet.
  • Im zweiten Gaseinspritzkanal 203 ist der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 233 auf der Zwischendruckseite angeordnet, um die Abwärme wiederzugewinnen. Im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 233 sind der Kältemittelkanal 23b, in den das flüssige Kältemittel vom Bodenbereich der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 strömt, und der Heißwasserkanal 23c, in den das heiße Wasser aus dem Heißwasserkreis 80 strömt, vorgesehen. Das heiße Wasser aus dem Heißwasserkreis 80 strömt durch den Heißwasserkanal 23c des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 233 auf der Zwischendruckseite. Danach gelangt das heiße Wasser durch den Heißwasserkanal 23c des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 232 auf der Niederduckseite, um zur Seite der Wärmegeräte 81 zurückzukehren.
  • In 24 sind Rückschlagventile 202a, 202b, 202c, 202d dargestellt. Das Magnetventil 28a wird während des Heizmodus geöffnet, das Magnetventil 28b wird während des Kühl- und des Entfeuchtungsmodus geöffnet, das Magnetventil 28e wird während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus des Heizmodus geöffnet, und das Magnetventil 28f wird im Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus des Heizmodus geöffnet. Im elften Beispiel wird während des Heizmodus, wenn die Heißwassertemperatur TW steigt, der Modus nacheinander wie folgt gewechselt. Wie in 13 dargestellt, bewegt sich der Modus in der gleichen Weise wie im erstem Beispiel vom Gaseinspritzmodus → zum Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus → zum Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus.
  • 25 ist ein Mollier-Diagramm des Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus gemäß dem elften Beispiel. Im diesem Modus wird, da die Magnetventil 28a, 28f offen und die Magnetventile 28b, 28e geschlossen sind, das durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 im Druck auf den Zwischendruck verminderte Zwischendruckkältemittel durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 in gasförmiges und flüssiges Kältemittel geteilt. Dann wird das Zwischendruck-Gaskältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 durch den ersten Gaseinspritzkanal 91 in die Gaseinspritzöffnung 22c des Kompressors 22 eingeleitet.
  • Gleichzeitig extrahiert das Zwischendruck-Flüssigkältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 Wärme aus dem heißen Wasser am Kältemittelkanal 23b des im Gaseinspritzkanal 203 vorgesehenen Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 233 und wird dadurch in Gas umgewandelt und in die Gaseinspritzöffnung 22c eingeleitet. Das Zwischendruck-Flüssigkältemittel in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 wird durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck auf den Niederdruck PL vermindert. Dann extrahiert das Niederdruck-Flüssigkältemittel Wärme aus der Außenluft im Außenwärmetauscher (Verdampfapparat) 24 und wird in Gas umgewandelt. Dann gelangt das Niederdruckkältemittel durch den Kältemittelkanal 123 des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 232 und das Magnetventil 28a und wird dadurch in die Ansaugöffnung des Kompressors 22 gesaugt. 26 ist ein Mollier-Diagramm des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus. In diesem Modus trennt die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200, da die Magnetventile 28a, 28e offen und die Magnetventile 28b, 28f geschlossen sind, Gas und Flüssigkeit des Hochdruckkältemittels aus dem Auslass des Innenkondensators 12. Dann wird das Hochdruck-Flüssigkältemittel in der Gas/Flüssig-Trennvorrichtung 200 durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck auf den Niederdruck PL vermindert. Das Niederdruck-Flüssigkältemittel gewinnt Wärme aus der Außenluft im Außenwärmetauscher (Verdampfapparat) 24 und wird in Gas umgewandelt.
  • Dann gewinnt das Niederdruckkältemittel Wärme aus dem heißen Wasser im Kältemittelkanal 123 des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 232. Danach wird das Kältemittel durch das Magnetventil 28a in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt. Im Gaseinspritzmodus strömt, da das Magnetventil 28a offen ist und die Magnetventile 28b, 28e, 28f geschlossen sind, das Zwischendruckkältemittel nicht in den zweiten Gaseinspritzkanal 203. Der Heißwasserstrom in die Wasser/Kältemitte-Wärmetauscher 232, 233 auf der Nieder- und der Zwischendruckseite lässt ein Mollier-Diagramm des Gaseinspritzmodus (nicht dargestellt) von 25 die Wärmegewinnung durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 233 auf der Zwischendruckseite weg.
  • Im elften Beispiel verbindet weiter ein Bypasskanal den Heißwassereinlass der Wärmegeräte 81 und den Auslass des Heißwasserkanals 23c des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 232 auf der Niederdruckseite. Auch ist ein Dreiwegemagnetventil am Heißwassereinlass des Heißwasserkanals 23c hinzugefügt.
  • Während des Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus schließt das Dreiwegeventil den Einlass des Heißwasserkanals 23c und öffnet den oben beschriebenen Bypasskanal. Deshalb kann das heiße Wasser nach Durchströmen des Heißwasserkanals 23c des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 233 auf der Zwischendruckseite durch den oben beschriebenen Bypasskanal direkt zu den Wärmegeräten 81 zurückgeführt werden. Auf der Niederdruckseite im Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus kann, falls das Dreiwegeventil den Einlass des Heizwasserkanals 23c öffnet und den oben beschriebenen Bypasskanal schließt, der gleiche Vorgang wie in der obigen Beschreibung durchgeführt werden.
  • In einem zwölften Vergleichsbeispiel wird während des Heizmodus der Fahrgastraum geheizt, während der Außenwärmetauscher (Verdampfapparat) 24 entfrostet wird. Sein Kreis hat den gleichen Aufbau wie in 1. 27B, 27C zeigen den Entfrostungskreis für den Außenwärmetauscher 24 gemäß dem zwölften Beispiel, und 27A ist ein Mollier-Diagramm (gleich 12) des Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus als Referenz. Falls ein Heizen während niedriger Außentemperatur und hoher Luftfeuchtigkeit durchgeführt wird, wird der Außenwärmetauscher 24 entfrostet, sodass die Wärmegewinnungsmenge aus der Außenluft oder die Heizleistung reduziert wird. Deshalb muss, falls der Außenwärmetauscher 24 Frost bildet, diese Situation erfasst werden, und der Außenwärmetauscher 24 sollte entfrostet werden. Die Erfassung einer Frostbildung am Außenwärmetauscher 24 kann durch verschiedene Verfahren bestimmt werden. Zum Beispiel zeigt die Temperatur Tho, wie sie durch den Kältemitteltemperatursensor 41h am Auslass des Außenwärmetauschers 24 erfasst wird, einen Abfall auf die voreingestellte Temperatur oder darunter, wodurch eine Frostbildung des Außenwärmetauschers 24 angezeigt wird. Sonst wird der Temperaturunterschied zwischen der Außenlufttemperatur und der erfassten Temperatur Tho benutzt, um die voreingestellte Temperatur zu erhöhen, wodurch die Frostbildung des Außenwärmetauschers 24 angezeigt wird.
  • Falls auf diese Weise eine Frostbildung des Außenwärmetauschers 24 bestimmt wird, wird der Kreis in den Entfrostungskreis in 27B oder 27C geschaltet, um den Außenwärmetauscher 24 zu entfrosten. Der Entfrostungskreis in 27B wird durchgeführt, wenn die Temperatur TW des heißen Wassers aus dem Heißwasser kreis 80 relativ höher ist (z.B. 20 bis 30°C oder höher). Das heißt, die Entfrostung wird im Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt. Im Entfrostungskreis in 27B wird das Magnetventil 28b geöffnet, sodass der Außenwärmetauscher 24 auf der Hochdruckseite des Kreises liegt. Demgemäß strömt das Hochdrucktemperatur- und Hochdruckkältemittel in den Außenwärmetauscher 24, wodurch der Außenwärmetauscher 24 entfrostet wird. Hierbei gewinnt das Zwischendruckkältemittel Wärme aus dem Heißwasserkreis 80, während das Kältemittel in den Innenwärmetauscher 11 strömt, um Wärme aus der geblasenen Luft zu gewinnen, indem das Magnetventil 28a geschlossen wird. Deshalb wird der Fahrgastraum mit der Heizleistung Qc gemäß der folgenden Gleichung 3 geheizt. Heizleistung Qc = Wärmegewinnungsmenge durch den Innenverdampfapparat 11 Qei + Wärmegewinnungsmenge auf der Zwischendruckseite Qr' + Kompressorantriebsleistung L – Wärmestrahlmenge Qco Gleichung 3
  • Der Entfrostungskreis in 27C wird durchgeführt, wenn die Temperatur des heißen Wassers aus dem Heißwasserkreis 80 relativ niedriger ist (z.B. 20–30C° oder weniger), oder im Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus. Im Entfrostungskreis in 27C wird das Magnetventil 28b geöffnet und das Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel strömt von der Auslassseite des Innenkondensators 12 in den Außenwärmetauscher 24, wodurch der Außenwärmetauscher 24 entfrostet wird. Hierbei wird der zweite Kältemittelkanal 23b des Wärmetauschers 23 zur Niederdruckseite des Kreises geschaltet, indem das Magnetventil 28c geöffnet wird, während das Kältemittel in den Innenwärmetauscher 11 strömt, um Wärme aus der geblasenen Luft zu gewinnen. Demgemäß extrahiert das Kältemittel Wärme aus dem Heißwasserkreis 80. Deshalb wird der Fahrgastraum mit der Heizleistung Qc gemäß der folgenden Gleichung 4 geheizt. Heizleistung Qc = Wärmegewinnungsmenge durch Innenverdampfapparat 11 Qei + Wärmegewinnungsmenge auf der Niederdruckseite Qr' + Kompressorantriebsleistung L – Wärmestrahlmenge Qco Gleichung 4
  • Während des Entfrostungskreises in 27B, 27C wird, wenn die Temperatur des Innenverdampfapparats 11 so niedrig sinkt, dass der Innenwärmetauscher 11 Frost bildet, das Magnetventil 28a vorübergehend geöffnet, um den Kältemittelstrom in den Innenverdampfapparat 11 vorübergehend zu stoppen, wodurch eine Frostbildung am Innenwärmetauscher 24 verhindert wird.
  • 28 zeigt an dreizehntes Vergleichsbeispiel. Hier ist ein Wärmeisolationsbehälter 87 mit einer Wärmeisolationskonstruktion (gleich jener in 22) dem Heißwasserkreis 80 im ersten Beispiel hinzugefügt. Demgemäß kann für das Entfrosten in 27B oder 27C Wärme von den Wärmegeräten 81 im Voraus im Wärmeisolationsbehälter gespeichert werden. Als Ergebnis kann während des Entfrostungsmodus der Außenwärmetauscher 24 ohne Verringern der Heizleistung im Fahrgastraum entfrostet werden.
  • 29 zeigt ein vierzehntes Vergleichsbeispiel. Im vierzehnten Beispiel ist ein elektrischer Heizer 87a anstelle des Wärmeisolationsbehälters 87 im dreizehnten Beispiel hinzugefügt. Demgemäß kann, wenn der Entfrostungskreis in 27B oder 27C durchgeführt wird, die während des Entfrostungsmodus erzeugte Wärmemenge des heißen Wassers durch Heizen des heißen Wassers mit dem elektrischen Heizer 87a erhöht werden. Als Ergebnis wird während des Entfrostens der Außenwärmetauscher ohne Verringern der Heizleistung im Fahrgastraum entfrostet. Der Strom zum elektrischen Heizer 87a wird basierend auf der durch den Wassertemperatursensor 41k erfassten Temperatur gesteuert, wodurch die Temperatur des in den Wärmetauscher 23 strömenden heißen Wassers eingestellt wird.
  • 30 zeigt ein fünfzehntes Vergleichsbeispiel. Hier ist stromauf des Innenverdampfapparates 11 im dreizehnten Beispiel im Luftstrom weiter ein elektrischer Heizer 87b hinzugefügt. Dieser elektrische Heizer 87b kann integral mit dem Innenwärmetauscher 22 befestigt werden. Demgemäß kann, wenn der Entfrostungskreis in 27B oder 27C durchgeführt wird, die Temperatur des Innenverdampfapparats 11 (Kältemittelverdampfungstemperatur) durch Einschalten des elektrischen Heizers 87b erhöht werden. Als Ergebnis kann der Außenwärmetauscher 24 ohne Reduzieren der Heizleistung im Fahrgastraum entfrostet werden. Falls PTC-Heizer mit positiven Temperatur/Widerstands-Kennlinien als elektrischer Heizer 87a, 87b im vierzehnten und fünfzehnten Beispiel verwendet werden, können die Heizer selbst ihre eigenen Temperaturen steuern. Bei diesen Vorrichtungen ist die positive Temperatur/Widerstands-Kennlinie derart, dass der Widerstand bei einer vorbestimmten Temperatur (Curiepunkt) plötzlich größer wird. In 30 ist dem Heißwasserkreis 80 der Wärmeisolationsbehälter 87 hinzugefügt, und der elektrische Heizer 87b ist im Luftstrom stromauf des Innenverdampfapparats 11 hinzugefügt. Jedoch kann auch nur der elektrische Heizer 87b dem Innenverdampfapparat 11 hinzugefügt werden.
  • 31 zeigt ein sechzehntes Vergleichsbeispiel. Im sechzehnten Beispiel wird während des Heizens der Fahrgastraum geheizt, während der Außenwärmetauscher (Verdampfapparat) 24 in der gleichen Weise wie beim zwölften bis fünfzehnten Beispiel entfrostet wird. Im Entfrostungsmodus ist jedoch ein Teil der Kühlkreiskonstruktion geändert. Im sechzehnten Beispiel sind ein Bypasskanal 301 und eine vierte Druckverminderungsvorrichtung 302 zum Entfrosten dem Kreis in 1 hinzugefügt. Der Bypasskanal 301 verbindet die Ausgabeseite des Kompressors 22 (die Einlassseite des Innenkondensators 12) und die Einlassseite des Außenwärmetauschers 24. Die vierte Druckverminderungsvorrichtung 302 ist in diesem Bypasskanal 201 vorgesehen. Da diese vierte Druckverminderungsvorrichtung 203 keine präzise Öffnungsgradsteuerung erfordert, kann ein Magnetventil als vierte Druckverminderungsvorrichtung 302 benutzt werden, sodass die vierte Druckverminderungsvorrichtung 302 eine feste Drossel einer Magnetventilöffnung enthält. Die vierte Druckverminderungsvorrichtung 302 kann jedoch auch ein elektrisches Expansionsventil haben.
  • Im Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus im Heizmodus wird, wenn eine Frostbildung des Außenwärmetauschers 24 erfasst wird, die vierte Druckverminderungsvorrichtung 302 geöffnet. Dann wird das vom Kompressor 22 ausgegebene Kältemittel in den Innenkondensator 12 und den Bypasskanal 301 aufgeteilt. Demgemäß wird, wie in 32 dargestellt, der Außenwärmetauscher 24 entfrostet, während der Fahrgastraum durch die Wärmestrahlung vom Innen kondensator 12 geheizt wird. 33 zeigt im Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus im Heizmodus den Betriebszustand der Ventile und Klappen während des Entfrostungsmodus.
  • In den zwölften bis sechzehnten Beispielen werden ferner, falls die Wärmegeräte 81 Brennstoffzellen sind, die Brennstoffzellen oder Brennstoffraffinationsvorrichtungen so geregelt, dass sie ihre Ausgangsleistung während des Entfrostens erhöhen. Deshalb kann die während des Entfrostens erzeugte Wärmemenge des heißen Wassers (die Temperatur) erhöht werden, wodurch der Außenwärmertauscher 24 ohne Reduzieren der Heizleistung im Fahrgastraum entfrostet wird.
  • In den Wärmegeräten 81 in einem Elektroauto oder dergleichen kann gemäß diesem Betriebszustand die Abwärmemenge kleiner sein oder die Abwärmeschwankung größer sein. In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb der Wärmegewinnungsmodus für die Abwärmewiedergewinnung auf der Kühlkreisseite unter Berücksichtigung nicht nur der Heißwassertemperatur (Abwärmewiedergewinnungsfluid), sondern auch der Abwärmemenge von den Wärmegeräten 81 in geeigneter Weise ausgewählt. Da das gesamte System im ersten Ausführungsbeispiel die gleiche Konstruktion wie im ersten Beispiel hat, wird auf eine Erläuterung verzichtet. 34 zeigt das Änderungskonzept der Wärmepumpenmodi gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Abwärmemenge (die Wärmemenge, die gewonnen werden kann) von den Wärmegeräten 81 ist auf der Ordinate gezeigt, und die Temperatur TW des heißen Wassers (Abwärmewiedergewinnungsfluid) ist auf der Abszisse gezeigt. Diese Heißwassertemperatur TW ist eine, die auf der Seite der Wärmegeräte 81 durch den Wassertemperatursensor 41i in 1 erfasst wird. In dem in 34 gezeigten Beispiel werden ein erster voreingestellter Wert TW1 und ein zweiter voreingestellter Wert TW2 höher als TW1 als Beurteilungswert der Heißwassertemperatur TW voreingestellt.
  • Der erste voreingestellte Wert TW1 bestimmt den Moduswechsel zwischen dem Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus und dem Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus. Falls die Heißwassertemperatur TW unter den ersten voreingestellten Wert TW1 sinkt, wird ein Kompressoransaugdruck aufgrund der reduzierten Wärmegewinnung aus der Niederdrucksseite verringert, wodurch das Kompressionsverhältnis des Kompressors erhöht wird. Als Ergebnis wird die Kältemittelausgabetemperatur des Kompressors höher als die kritische Betriebstemperatur des Kompressors. Deshalb kann der Kompressor 22 nicht mit der höchsten Drehzahl (maximale Leistung) betrieben werden, weshalb die Heizleistung reduziert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird deshalb die Niedertemperatur auf einen ersten voreingestellten Wert TW1 voreingestellt. Wenn die Heißwassertemperatur TW niedriger als der erste voreingestellte Wert TW1 wird, wird der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus gestoppt und der Modus wird in den Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus gewechselt. Der zweite voreingestellte Wert TW2 bestimmt den Wechsel zwischen dem Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus und dem Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus. TW2 ist um einen vorbestimmten Wert höher als der erste voreingestellte Wert TW1. Falls es keine Temperaturdifferenz zwischen der Heißwassertemperatur und der Sättigungstemperatur, die durch den Druck des Zwischendruckkältemittels bestimmt ist, kann der Wärmeaustausch (Abwärmewiedergewinnung) zwischen dem Zwischendruckkältemittel und dem heißen Wasser nicht durchgeführt werden. Deshalb wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Temperatur, welche höher als die durch den Druck des Zwischendruckskältemittels bestimmte Sättigungstemperatur ist, als ein zweiter voreingestellter Wert TW2 voreingestellt. Falls die Heißwassertemperatur TW unter den zweiten voreingestellten Wert TW2 sinkt, wird der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus gestoppt und der Modus wird zum Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus gewechselt.
  • In 34 werden ein erster voreingestellter Wert QW1 und ein zweiter voreingestellter Wert QW2 (größer als QW1) als Abwärmebeurteilungswert QW voreingestellt. Der Grund, warum beide voreingestellten Werte QW1, QW2 voreingestellt werden, ist wie folgt. Der zweite voreingestellte Wert Qw2 wird als Betriebsschwellenwert während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus benutzt. Da die Heißwassertemperatur TW während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus viel höher als die Außentemperatur ist, steigt der Kältemittelverdampfungsdruck (Kompressoransaugdruck) stärker als während des gewöhnlichen Niederdruck-Luftwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus. Demgemäß wird die Wärmegewinnungsmenge aus dem heißen Wasser erhöht. Deshalb wird, falls die Abwärmemenge gegenüber dem Wärmegewinnungsanstieg nicht im Gleichgewicht ist, die Heißwassertemperatur TW übermäßig geringer, wodurch die Betriebseigenschaften der Wärmegeräte 81 schlechter werden. Deshalb wird im vorliegendem Ausführungsbeispiel der zweite voreingestellte Wert QW2 der Abwärmemenge QW darauf eingestellt, dass die Heißwassertemperatur TW nicht übermäßig sinkt, selbst wenn der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt wird.
  • Der erste voreingestellte Wert QW1 wird als Betriebsschwellenwert während des Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus verwendet. Während dieses Modus ist die Temperatur des Zwischendruckkältemittels höher als jene des Niederdruckkältemittels, der Temperaturunterschied zwischen dem Zwischendruckkältemittel und dem heißen Wasser wird kleiner, und das Kältemittelströmungsvolumen sinkt stärker als während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus. Deshalb wird die aus dem heißen Wasser gewonnene Wärmemenge stärker geringer als während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird deshalb der erste voreingestellte Wert QW1 der Abwärmemenge QW um einen vorbestimmten Wert kleiner als der zweite voreingestellte Wert QW2 voreingestellt (d.h. die Wärmegewinnungsmenge wird reduziert).
  • 35 zeigt ein Flussdiagramm der Kühlkreissteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Vorliegenden Erfindung entsprechend 8. Im ersten Ausführungsbeispiel benutzt der Kühlkreis einen ersten und einen zweiten Sollwert TW1, TW2 der oben beschriebenen Heißwassertemperatur TW und einen ersten und einen zweiten Sollwert QW1, QW2 der oben beschriebenen Abwärmemenge QW. In 35 sind den gleichen Verarbeitungsschritten wie in 8 jeweils die gleichen Bezugsziffern wie in 8 gegeben, und auf ihre Erläuterung wird verzichtet. Wenn die durch den Wassertemperatursensor 41i erfasste Heißwassertemperatur TW niedriger als der erste Sollwert TW1 ist, geht das Programm von Schritt S120 zu Schritt S130 und der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Heißwassertemperatur TW höher als der erste Sollwert TW1 ist, geht Schritt S120 weiter zu Schritt S140 und es wird bestimmt, ob die Heißwassertemperatur TW höher als der zweite Sollwert TW2 ist. Wenn die Heißwassertemperatur TW niedriger als der zweite Sollwert TW2, wird in Schritt S210 bestimmt, ob die Abwärmemenge QW größer als der zweite Sollwert QW2 ist. In dem in 34 dargestellten Beispiel sind trotz der Änderung der Heißwassertemperatur TW der erste und der zweite Sollwert QW1, QW2 der Abwärmemenge QW jeweils konstant gemacht.
  • Die Abwärmemenge QW der Wärmegeräte 81 kann speziell basierend auf der Änderungsrate (°C/sec) der Heißwassertemperatur TW je Zeiteinheit abgeschätzt werden. Zum Beispiel kann nach Betriebsbeginn der Wärmegeräte 81, falls die Rate (Anstiegsrate) der Heißwassertemperatur TW größer wird, die Abwärmemenge als größer angenommen werden. Wenn die Änderungsrate (Anstiegsrate) der Heißwassertemperatur TW kleiner ist, kann die Abwärmemenge QW als kleiner angenommen werden. Nachdem die Wärmegeräte 81 ihren Betrieb beginnen, verstreicht Zeit. Dann wird, nachdem die Heißwassertemperatur auf den Hochtemperaturbereich der vorbestimmten Temperatur oder mehr ansteigt (z.B. gleich dem zweiten Sollwert TW2 oder der Temperatur (TW2 + α)), angenommen, dass die Abwärmemenge QW den zweiten Sollwert QW2 erreicht.
  • Wenn die in der oben beschriebenen Weise abgeschätzte Abwärmemenge QW größer als der zweite Sollwert QW ist, geht den Modus weiter zu Schritt S150 und der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Abwärmenge QW kleiner als der zweite Sollwert QW2 ist, geht der Modus weiter zu Schritt S130 und der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Heißwassertemperatur TW in Schritt S140 höher als der zweite Sollwert TW2 ist, wird im nächsten Schritt S220 bestimmt, ob die Abwärmemenge QW größer als der erste Sollwert QW1 ist. Wenn die Abwärmemenge QW kleiner als der erste Sollwert QW1 ist, geht der Modus weiter zu Schritt S130 und der Gaseinspritzmodus wird eingestellt. Wenn die Abwärmemenge QW größer als der erste Sollwert QW1 ist, wird in Schritt S210 bestimmt, ob die Abwärmemenge QW kleiner als der zweite Sollwert QW. Wenn die Abwärmemenge QW kleiner als der zweite Sollwert QW2 ist, geht der Modus weiter zu Schritt S160 und der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Abwärmemenge QW größer als der zweite Sollwert QW2 ist, geht das Programm zu Schritt S150, und der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird eingestellt.
  • 36 zeigt die Betriebswechselkennlinien des Wärmepumpenmodus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. 36A, 36B zeigen die Wärmegewinnungsmenge QW' aus dem heißen Wasser und die Heizleistung (Wärmestrahlungsmenge vom Innenkondensator 12) bei konstanter Kompressordrehzahl. 36C, 36D zeigen die Wärmegewinnungsmenge QW' aus dem heißen Wasser und den COP (Wirkungsgrad) während konstanter Heizleistung. Wie aus 36 erkennbar, wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus auf der Niedertemperaturseite der Heißwassertemperatur TW eingestellt, und der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus oder der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird in dem Temperaturbereich eingestellt, wo die Heißwassertemperatur TW höher als die vorbestimmte Temperatur (erster und zweiter Sollwert TW1, TW2) ist. Demgemäß können die Heizleistung QC und der COP (Wirkungsgrad) beide selbst während des Kühlbetriebs verbessert werden.
  • Im ersten Ausführungsbeispiel wird ferner berücksichtigt, dass die Wärmegewinnungsmenge QW' während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus größer als während des Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ist. Deshalb werden der erste und der zweite Sollwert QW1, QW2 (QW1 < QW2) als Bestimmungswert der Abwärmemenge QW eingestellt. Wenn QW > QW2, wird der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt. Wenn QW2 > QW > QW1, wird der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpemodus eingestellt. Deshalb wird, wenn die Abwärmemenge QW größer ist, der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt, in dem die Wärmegewinnungsmenge QW' größer ist. Wenn die Abwärmemenge QW kleiner ist, wird der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt, in dem die Wärmegewinnungsmenge QW' kleiner ist. Demgemäß kann der Abwärmewiedergewinnungs-Wärmegewinnungsmodus ausgewählt werden, in dem die Abwärmemenge QW und die Wärmegewinnungsmenge QW' einander anpassbar sind. Deshalb kann die Temperatur der Wärmegeräte 81 übermäßig gesenkt werden, um ihre Betriebsleistung zu senken, indem der Abwärmewiedergewinnungs-Wärmegewinnungsmodus durchgeführt wird.
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung kann in der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel unter Berücksichtigung sowohl der Temperatur des heißen Wassers (Abwärmewiedergewinnungsfluid) und der Abwärmemenge von den Wärmegeräten 81 der Abwärmewiedergewinnungs-Wärmegewinnungsmodus in geeigneter Weise ausgewählt werden. 37 zeigt den Steuerablauf gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und 38 zeigt die Beziehung zwischen der verstrichenen Zeit seit dem Starten der Wärmegeräte 81 und der Heißwassertemperatur TW auf der Seite der Wärmegeräte 81. In 38 sind der erste und der zweite Sollwert TW1', TW2' jeweils zum Bestimmen der Heißwassertemperatur TW etwas höher als der erste bzw. der zweite Sollwert TW1, TW2.
  • In 37 wird im nächsten Schritt S120 bestimmt, ob die Heißwassertemperatur TW höher als der erste Sollwert TW1' ist, wenn in Schritt S110 die Einstellung des Heizmodus bestimmt wird. Wenn die Heißwassertemperatur TW höher als der erste Sollwert TW1' ist, wird in Schritt S150 der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt. Dann wird in Schritt S240 bestimmt, ob die Abwärmemenge Qw von den Wärmegeräten 81 für den Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus geeignet ist. Diese Bestimmung basiert auf der Änderungsrate (°C/sec) der Heißwassertemperatur auf der Seite der Wärmegeräte 81 je Zeit. Das heißt, falls der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt wird, sinkt die Heißwassertemperatur TW aufgrund der Abwärmewiedergewinnung am Wärmetauscher 23. Deshalb wird die Änderungsrate (Temperaturverringerungsrate) ΔTW der Heißwassertemperatur TW berechnet, und es wird bestimmt, ob diese Änderungsrate ΔTW kleiner als ein erster Sollwert ΔTW1 ist. Der erste Sollwert ΔTW1 ist die vorbestimmte Temperaturänderungsrate, die in dem Bereich zulässig ist, in dem die Heißwassertemperatur TW höher als der Sollwert TW1' ist. Wenn die Änderungsrate ΔTW kleiner als der erste Sollwert ΔTW1 ist, wird die Abwärmemenge QW von den Wärmegeräten 81 als für den Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus geeignet bestimmt. Demgemäß setzt der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus seinen Betrieb fort. Wenn die Änderungsrate ΔTW größer als der erste Sollwert ΔTW1 ist, ist die Abwärmemenge QW der Wärmegeräte 81 niedriger als die Wärmegewinnungsmenge im Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus. Deshalb geht Schritt S240 weiter zu Schritt S140, und es wird bestimmt, ob die Heißwassertemperatur TW höher als der zweite Sollwert TW2' ist. Wenn die Heißwassertemperatur TW höher als der zweite Sollwert TW2' ist, wird in Schritt S160 der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt. Dann wird in Schritt S250 bestimmt, ob die Abwärmemenge QW der Wärmegeräte 81 für den Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus geeignet ist. Insbesondere wird die Änderungsrate ΔTW (Temperaturverringerungsrate) der Heißwassertemperatur TW auf der Seite der Wärmegeräte 81 berechnet, und es wird bestimmt, ob diese Temperaturänderungsrate ΔTW niedriger als ein zweiter Sollwert ΔTW2 ist.
  • Der zweite Sollwert ΔTW2 ist die vorbestimmte Temperaturänderungsrate, die zulässig ist, wenn die Heißwassertemperatur TW höher als der zweite Sollwert TW2' ist. Wenn die Änderungsrate ΔTW kleiner als der zweite Sollwert ΔTW2 ist, wird die Abwärmemenge QW von den Wärmegeräten 81 als für den Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus geeignet bestimmt, wodurch der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpemodus fortgesetzt wird. Wenn die Änderungsrate ΔTW größer als der erste Sollwert ΔTW1 ist, ist die Abwärmemenge QW von den Wärmegeräten 81 niedriger als die Wärmegewinnungsmenge während des Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus. Deshalb geht das Programm weiter zu Schritt S130, und der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Heißwassertemperatur TW in Schritt S120 niedriger als der erste Sollwert TW1' bestimmt wird, geht das Programm weiter zu Schritt S130, und der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Heißwassertemperatur TW in Schritt S140 niedriger als der zweite Sollwert TW2' bestimmt wird, wird der oben beschriebene Prozess durchgeführt.
  • Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, die Änderungsrate ΔTW der Heißwassertemperatur berechnet, nachdem in Schritt S150 der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpen modus eingestellt ist oder nachdem in Schritt S160 der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt ist. Dann wird basierend auf der Temperaturänderungsrate ΔTW bestimmt, ob die Abwärmenge QW für den jeweiligen Modus geeignet ist. Basierend darauf wird der Modus gewechselt, wodurch die gleiche Funktionswirkung wie im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt wird.
  • 39 zeigt den Wechsel zwischen dem Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus und dem Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im dritten Ausführungsbeispiel wird die Abwärmemenge QW nur basierend auf der Heißwassertemperatur TW auf der Seite der Wärmegeräte 81 vor dem Starten der Wärmepumpe geschätzt. Wenn die Heißwassertemperatur TW vor dem Betriebsstart der Wärmepumpe niedriger als ein erster Sollwert TW3 ist, wird die Abwärmemenge QW als erster Sollwert QW1 oder niedriger angenommen, und der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Heißwassertemperatur TW vor dem Betriebsstart der Wärmepumpe zwischen dem ersten und einem zweitem Sollwert TW3, TW4 liegt, wird die Abwärmemenge QW als zwischen dem ersten und dem zweitem Sollwert QW1, QW2 angenommen, und der Zwischendruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird eingestellt. Wenn die Heißwassertemperatur TW vor dem Betriebsstart der Wärmepumpe höher als der zweite Sollwert TW4 ist, wird die Abwärmemenge QW als der zweite Sollwert QW2 oder größer angenommen, und der Niederdruck-Wasserwärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird eingestellt.
  • Demgemäß wird die Abwärmemenge QW basierend auf der Heißwassertemperatur TW vor dem Betriebsstart der Wärmepumpe abgeschätzt, und der Wärmepumpenmodus wird gewechselt. Deshalb kann der für die Abwärmemenge QW geeignete Modus ausgewählt werden, wodurch das Problem des übermäßigen Reduzierens der Heißwassertemperatur TW aufgrund einer übermäßigen Wärmegewinnungsmenge vermieden wird.
  • Die obigen ersten bis dritten Ausführungsbeispiele können auf einen Kühlkreis angewendet werden, bei dem eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 des Zwischendruckkältemittels vorgesehen ist, wie im elften Beispiel in 24 dar gestellt. Das an dieser Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 200 getrennte Zwischendruck-Gaskältemittel wird in den Kompressor 22 eingespritzt.
  • In einem vierten Ausführungsbeispiel wird Wärme zwischen zwei Arten von Fluiden im Wärmetauscher in der gleichen Weise wie am ersten Wärmetauscher (Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher) 231 im vierten Beispiel (16) ausgetauscht. Der Zweck des vierten Ausführungsbeispiels besteht darin, den Wärmetauscher zu minimieren und seine Verbindungsrohrleitung zu vereinfachen. 40 bis 44 zeigen die spezielle Konstruktion eines Wärmetauschers gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. In einem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 231 sind zweite flache Rohre 91 mit beiden Seiten des ersten flachen Rohres 90 an seiner Mitte verbunden. Das erste flache Rohr 90 hat einen ersten Kanal 23a, in das das Hochdruckkältemittel aus dem Auslass des Kondensators 12 strömt, und die zweiten Rohre 91 haben einen zweiten Kanal, in den das Zwischendruckkältemittel strömt, das durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 im Druck vermindert wird.
  • Das Zwischendruckkältemittel, das ein größeres spezifisches Volumen als das Hochdruckkältemittel hat, strömt in die zweiten flachen Rohre 91. Deshalb sind die zwei flachen Rohre 91 kombiniert, um die Querschnittsfläche des Zwischendruck-Kältemittelkanals zu vergrößern, während das flache Rohr 91 eines ist. Demgemäß wird der Druckverlust in den Zwischendruck-Kältemittelkanal verringert. Ferner kann das fache Rohr mit der gleichen Querschnittsform als erstes und zweites flaches Rohr 90, 91 verwendet werden.
  • Die ersten und zweiten flachen Rohre 90, 91 haben jeweils ein flache Querschnittsform mit mehreren Löchern, wie in 42 dargestellt, und sind jeweils durch Extrudieren eines Metalls wie beispielsweise Aluminium gebildet. Erste Verteilerelemente 92 (Sammelrohre) sind mit beiden Enden des ersten flachen Rohrs 90 verbunden, und zweite Verteilerelemente 93 (Sammelrohre) sind mit beiden Enden der zweiten flachen Rohre 91 verbunden. Die zweiten flachen Rohre 91 sind in der Kältemittelströmungsrichtung (Rechts/Links-Richtung in 41) kürzer als das erste flache Rohr 90, und die zweiten Verteilerelemente 93 sind in der Kältemittelströmungsrichtung innerhalb der ersten Verteilerelemente 92 angeordnet.
  • Das erste Verteilerelement 92 besitzt einen Röhrenabschnitt 92a, welcher der Verbindungsabschnitt zwischen beiden Enden des ersten flachen Rohrs 90 ist. Ein Deckel 92b schließt ein Ende des Röhrenabschnitts 92a. Ein Anschlussabschnitt 92c ist am anderen Ende des Röhrenabschnitts 92a vorgesehen. Das zweite Verteilerelement 93 besitzt einen Röhrenabschnitt 93a, der beide Enden des zweiten flachen Rohrs 91 verbindet. Ein Deckel 93b schließt ein Ende des Röhrenabschnitts 93a. Ein Anschlussabschnitt 93c ist am anderen Ende des Röhrenabschnitts 93a vorgesehen. Jedes Teil des ersten und des zweiten Verteilers 92, 93 ist aus einem Material wie beispielsweise Aluminium gemacht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, da der Wärmetauscher 231 durch Löten integral aus Aluminium gebildet ist, ein Lot durch Plattieren, Sprühen oder dergleichen auf der Oberfläche der ersten und zweiten flachen Rohren 90, 91 und der ersten und zweiten Verteilerelemente 92, 93 abgeschieden.
  • Ein erster und ein zweiter Schlitz 93d, 93e (43) sind im Röhrenabschnitt 93a des zweiten Verteilerelements 93 in seiner Längsrichtung vorgesehen. Der erste Schlitz 93d hat eine größere Breite, sodass das erste und das zweite flache Rohr (insgesamt drei flache Rohre) 90, 91 darin eingesetzt werden können. Aber der zweite Schlitz 93e hat eine engere Breite, sodass nur das erste flache Rohr 90 darin eingesetzt werden kann. Da der erste und der zweite Schlitz 93d, 93e in der Umfangsfläche des Röhrensabschnitts 93a um 180 Grad voneinander vorgesehen sind, durchdringt das Ende des ersten flachen Rohrs 90 den Röhrenabschnitt 93a des zweiten Verteilerelements 93 durch den ersten und den zweiten Schlitz 93d, 93e. Ein einzelner Schlitz 92d ist im Röhrenabschnitt 92a des ersten Verteilerelements 92 in der Längsrichtung vorgesehen, und der Endabschnitt des ersten flachen Rohrs 90 ist in den Röhrenabschnitt 92a des ersten Verteilerelements 92 durch den Schlitz 92d eingesetzt. Gemäß diesem Aufbau kann jedes Teil in 43 vorläufig montiert werden, wie in 44. Der vorläufig zusammengesetzte Körper wird in einen Lötofen transportiert, wobei der Montagezustand beibehalten wird. Dann wird der vorläufig zusammengebaute Körper auf den Lotschmelzpunkt erhitzt, wodurch der vorläufig zusammengebaute Körper integral verlötet wird.
  • Als nächstes wird die Funktionswirkung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel erläutert. Im vierten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei flache Rohre 90, 91, kombiniert, und zwei zweite flache Rohre 91 stehen mit dem gemeinsamen zweiten Verteilerelement 93 in Verbindung. Deshalb ist die Anzahl der Verteilerelemente mehr reduziert als in dem Fall, wenn die Verteilerelemente jeweils für jedes der drei flachen Rohre 90, 91 vorgesehen sind (zum Beispiel die Verteilerelementanordnung in 2A), wodurch die Verbindungsrohrleitung vereinfacht wird.
  • Weiter durchdringt der Endabschnitt des ersten flachen Rohrs 90 den Röhrenabschnitt 93a des ersten Verteilerelements 93, um in den Röhrenabschnitt 92a des ersten Verteilerelements 92 einzudringen. Deshalb kann, wie in 41 dargestellt, das Dickenmaß D des gesamten Wärmetauschers auf das gleiche Maß wie der Außendurchmesser des ersten und des zweiten Verteilerelements 92, 93 reduziert werden. Demgemäß kann das Dickenmaß D des gesamten Wärmetauschers um ein größeres Maß reduziert werden als bei einem mit einer solchen Verteilerelementanordnung wie in 2A.
  • Ferner ist das erste flache Rohr 90, in dem das Kältemittel mit höherer Temperatur und höherem Druck strömt, in der Mitte angeordnet, und die zweiten flachen Rohre 91, in denen das Kältemittel mit niedriger Temperatur und Zwischendruck strömt, sind zu beiden Seiten des ersten flachen Rohrs 90 angeordnet. Deshalb kann die Wärme des Hochdruckkältemittels effektiv auf das Zwischendruckkältemittel in den zweiten flachen Rohren 91 übertragen werden, wodurch in vorteilhafter Weise eine verschwenderische Abstrahlung der Wärme des Hochdruckkältemittels an die Außenluft verhindert wird.
  • Im vierten Ausführungsbeispiel sind die Schlitze 92d, 93d, 93e jeweils am deckelseitigen Ende der Röhrenabschnitte 92a, 93a der ersten und zweiten Verteilerelemente 92, 93 geöffnet. In einem fünften Ausführungsbeispiel sind jedoch, wie in 45, 46 darstellt, die Schlitze 92d, 93d, 93e jeweils lang gestreckt und rechtwinklig und sind jeweils nicht am deckelseitigen Ende der Röhrenabschnitte 92a, 93a der ersten und zweiten Verteilerelemente 92, 93 geöffnet. Im Übrigen hat das vorliegende Ausführungsbeispiel den gleichen Aufbau wie im vierten Ausführungsbeispiel.
  • Die obigen vierten und fünften Ausführungsbeispiele sind für den Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 231 erläutert, aber die vierten und fünften Ausführungsbeispiele können auch auf den im vierten Vergleichsbeispiel dargestellten Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 232 angewendet werden.
  • Die obigen vierten und fünften Ausführungsbeispiele betreffen den Wärmetauscher, wie beispielsweise den Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 231, zum Austauschen der Wärme zwischen zwei Arten von Fluiden. Ein sechstes Ausführungsbeispiel betrifft jedoch den Wärmetauscher, wie beispielsweise den Wärmetauscher 23 im ersten Beispiel (1), zum Austauschen der Wärme zwischen drei Arten von Fluiden des Hochdruckkältemittels, des Zwischendruckkältemittels und des heißen Wassers.
  • Im sechsten Ausführungsbeispiel sind deshalb, wie in 47-49 dargestellt, dritte flache Rohre 94 außen mit den zweiten flachen Rohren 91 verbunden. Die dritten flachen Rohre 94 bilden dritte Kanäle 23c, in denen das heiße Wasser (Abwärmewiedergewinnungsfluid) von den Wärmegeräten 81 strömt. Ferner sind dritte Verteilerelemente 95 hinzugefügt, die jeweils beide Enden der zwei dritten flachen Rohre 94 miteinander in Verbindung bringen. Die dritten flachen Rohre 94 sind in der Strömungsrichtung des heißen Wassers (des Kältemittels) kürzer als die zweiten flachen Rohre 91, und die dritten Verteilerelemente 95 sind innerhalb der zweiten Verteilerelemente 93 angeordnet. Das dritte Verteilerelement 95 besitzt ebenfalls einen Röhrenabschnitt 95a und einen Deckel 95b. Jedoch hat das dritte Verteilerelement 95 einen Abschnitt vergrößerten Durchmessers 95c zum Verbinden der Heißwasserrohrleitung am Ende des Röhrenabschnitts 95a anstelle der Anschlussabschnitte 92c, 93c, im ersten und zweiten Verteilerelement 92, 93.
  • Der Röhrenabschnitt 95a des dritten Verteilerelements 95 hat einen Schlitz 95d, in den die insgesamt fünf ersten bis dritten flachen Rohre 90, 91, 94 eingesetzt werden können, und einen Schlitz 95e, in den die insgesamt drei ersten und zweiten flachen Rohre 90, 91 eingesetzt werden können. Das sechste Ausführungsbeispiel hat den gleichen Aufbau wie die vierten und fünften Ausführungsbeispiele. Weiter kann im sechsten Ausführungsbeispiel der Wärmetauscher wie in den vierten und fünften Ausführungsbeispielen durch Löten integral zusammengebaut werden.
  • Im obigen sechsten Ausführungsbeispiel lassen die gemeinsamen Verteilerelemente jeweils beide Enden der zwei dritten flachen Rohre 94, in denen das heiße Wasser (Abwärmewiedergewinnungsfluid) strömt, miteinander in Verbindung stehen. Deshalb müssen insgesamt die fünf ersten bis dritten flachen Rohre 90, 91, 94 in die dritten Verteilerelemente 95 eingesetzt und mit ihnen verbunden werden, wodurch die Verbindungsabschnitte kompliziert werden.
  • In einem siebten Ausführungsbeispiel sind, wie in 50, 51 dargestellt, die dritten Verteilerelemente 95 jeweils einzeln mit jedem der beiden Enden jedes dritten flachen Rohrs 94 verbunden, wodurch der Verbindungsabschnitt des dritten Verteilerelements 95 vereinfacht wird.
  • Ein achtes Ausführungsbeispiel. Im Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 231 gemäß den obigen vierten und fünften Ausführungsbeispielen sind die zweiten flachen Rohre 91 auf beiden Seiten des einen ersten flachen Rohrs 90 angeordnet, sodass die insgesamt drei flachen Rohre 90, 91 benutzt werden. In einem achten Ausführungsbeispiel ist jedoch, wie im 52–54 dargestellt, ein zweites flaches Rohr 91 auf einer Seite des einen ersten flachen Rohrs 90 angeordnet, sodass insgesamt zwei flache Rohre 90, 91 benutzt werden.
  • Im Wärmetauscher 23 zum Wärmeaustausch zwischen Fluiden für das Hochdruckkältemittel, das Zwischendruckkältemittel und das heiße Wasser gemäß dem obigen sechsten Ausführungsbeispiel sind ein erstes flaches Rohr 90, zwei zweite flache Rohre 91, und zwei dritte flache Rohre 94 kombiniert, sodass insgesamt fünf erste bis dritte flache Rohre 90, 91, 94 benutzt werden. In einem neunten Ausführungsbeispiel sind jedoch, wie in 55 dargestellt, erste bis dritte flache Rohre 90, 91, 94 jeweils einzeln angeordnet, sodass insgesamt drei flache Rohre 90, 91, 94 benutzt werden.
  • In den obigen ersten bis neunten Ausführungsbeispielen sind mehrere flache Rohre 90, 91, 94 verbunden. In einem zehnten Ausführungsbeispiel ist jedoch, wie in 56 dargestellt, ein integral ausgebildetes flaches Rohr 96 so gemacht, dass es die Rolle mehrerer flacher Rohre spielt. Das heißt, 56 zeigt den Kältemittel/Kälte mittel-Wärmetauscher 231 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel. In diesem Wärmetauscher 231 sind der mittlere Kanal 96a und beide Seitenkanäle 96b durch Extrudieren integral ausgebildet, und die Stirnseite des flachen Rohrs 96 ist so bearbeitet, dass das Ende des mittleren Kanals 96a weiter als das Ende beider Seitenkanäle 96b vorsteht. Hier bildet der mittlere Kanal 96a den ersten Kanal 23a, in dem das Hochdruckkältemittel strömt. Beide Seitenkanäle 96b sind an den Seiten des mittleren Kanals 96a positioniert und bilden einen zweiten Kanal 23b, in dem das Zwischendruckkältemittel strömt. Demgemäß können, selbst wenn nur ein integral ausgebildetes flaches Rohr 96 benutzt wird, erste und zweite Kanäle 23a, 23b mit dem ersten bzw. dem zweiten Verteilerelement 92, 93 verbunden werden. In den obigen ersten bis zehnten Ausführungsbeispielen ist jedes der ersten bis dritten Verteilerelemente 92, 92, 95 ein Röhrenelement, dessen Querschnitt kreisförmig ist. Der Querschnitt der ersten bis dritten Verteilerelemente 92, 93, 95 kann jedoch auch anders als ein Kreis geformt sein.
  • In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Luftströmungskanal in dem Klimakanal 2 durch den ersten Luftströmungskanal 14 auf der Seite des Fußauslasses 8, dem zweiten Luftströmungskanal 15 auf der Seite des Gesichtsauslasses 9 und des Entfrostungsauslasses 10 geteilt. Demgemäß wird der Innenluft/Außenluft-Zweilagenmodus während des Heizmodus durchgeführt. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Klimaanlage 1 mit einer normalen Einluftströmungskanalstruktur angewendet werden, bei der der Luftströmungskanal im Klimakanal 2 nicht in zwei Luftströmungskanäle 14, 15 geteilt ist. In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwei verbundene plattenartige Kanalwechselklappen 16, 17 verwendet, um den Luftstrom zwischen dem Kondensator 12 und dem Bypasskanal 12a zu wechseln. Jedoch kann als diese Klappe auch eine Einplattenklappe, eine Folienklappe oder dergleichen verwendet werden.
  • In 57 ist ein siebzehntes Vergleichsbeispiel veranschaulicht. Hier enthält der Kühlkreis 21 den Kältemittelkompressor 22, den Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23, den Außenwärmetauscher 24, den Speicher (die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung) 25, die erste Druckverminderungsvorrichtung 26, die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27, die dritte Duckverminderungsvorrichtung 29, die Magnetventile (Kältemittelkanalschalteinrichtungen) 28a, 28b, 28c, und den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74. Im Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 wird ein Wärmaustausch zwischen dem Zwischendruckkältemittel mit zwei Gas/Flüssigkeit-Phasen und dem Hochdruckkältemittel durchgeführt, um das Zwischendruckkältemittel in Gas umzuwandeln. Der Speicher 25 trennt das gasförmige und das flüssige Kältemittel des Niederdruckkreises (in den Kompressor gesaugtes Kältemittel) und speichert das überschüssige flüssige Kältemittel. Die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 leitet einen Teil des Hochdruckkältemittels nach Durchströmen des Kondensators 12 ein und reduziert seinen Druck auf einen Zwischendruck. Die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 reduziert den Druck des Hochdruckkältemittels am Auslass des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 während des Heizens auf den Niederdruck. Die dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 reduziert während des Kühlens den Druck des Hochdruckkältemittels nach der Kondensation im Außenwärmetauscher 24 auf das Niederdruckkältemittel. Die Magnetventile 28a, 28b, 28c schalten den Kältemittelkanal für den Kühl-, den Heiz-, den Entfeuchtungs- und den Entfrostungsmodus.
  • Der Außenwärmetauscher 24 ist außerhalb des Fahrgastraums des Fahrzeugs angeordnet, um Wärme mit der durch den Außenlüfter 24 geblasenen Außenluft auszutauschen. Der vorgenannten Kältemittelkompressor 22 ist ein elektrischer Kompressor mit einem nicht dargestellten Wechselstrommotor, der in einem geschlossenen Gehäuse integral eingeschlossen ist. Der Kompressor wird durch den Motor angetrieben, um das Kältemittel anzusaugen, zu komprimieren und auszugeben. Die Wechselspannung wird an den Wechselstrommotor des Kältemittelkompressors 22 durch einen Wechselrichter 30 angelegt. Die Frequenz der Wechselspannung wird durch diesen Wechselrichter 30 eingestellt, wodurch die Drehzahl des Motors stufenlos geändert wird. Das heißt, der Wechselrichter 30 ist eine Drehzahleinstelleinrichtung für den Kompressor 22, und ihm wird von einer am Fahrzeug montierten Batterie 31 eine Gleichspannung angelegt. Die dem Wechselrichter 30 zugeführte Energie wird durch eine Klimasteuerung 40 gesteuert.
  • Der Speicher 25 enthält ein U-förmiges Kältemittelauslassrohr 25a, und er speichert überschüssiges flüssiges Kältemittel an der unteren Seite. Das U-förmige Kältemittelauslassrohr 25a saugt Gaskältemittel von seiner oberen Endöffnung an, wodurch verhindert wird, dass das flüssige Kältemittel zum Kompressor 22 zurückkehrt.
  • Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel, in dem sich Öl löst, von den Ölrückführlöchern kleinen Durchmessers (nicht dargestellt) angesaugt, die am Boden des U-förmigen Kältemittelauslassrohrs 25a des Speichers 25 vorgesehen sind. Dann wird das flüssige Kältemittel in das Gaskältemittel gemischt, wodurch die Ölrückführleistung des Kompressors 22 gewährleistet wird.
  • Die Kältemittelrohrleitung (Hauptkanal) 32 auf der Hochdruckseite verbindet den Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 und die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27. In der Kältemittelrohrleitung 32 sind ein Kältemitteltemperatursensor 41a und ein Hochdrucksensor 41b angeordnet, welche die Temperatur bzw. den Druck des Hochdruckkältemittels am Auslass des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 erfassen. Die Ausgangssignale dieser Sensoren 41a, 41b werden in die Klimasteuerung 40 eingegeben, um die Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 zu steuern, wodurch die Unterkühlungstemperatur des Hochdruckkältemittels am Auslass des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 gesteuert wird.
  • In dem oben beschriebenen Einspritzkanal 22d sind ein Zwischendruckkältemittel-Temperatursensor 41f und ein Zwischendrucksensor 41g angeordnet, welche die Temperatur bzw. den Druck des Zwischendruckkältemittels erfassen. Die Ausgangssignale dieser Sensoren 41f, 41g werden in die Klimasteuerung 40 eingegeben, um die Öffnung der ersten Druckverminderungsvorrichtung 26 zu steuern, wodurch die Überhitzungstemperatur des Zwischendruckkältemittels am Auslass des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers gesteuert wird.
  • Die Klimasteuerung 40 steuert auch jeden Betrieb der ersten bis dritten Druckverminderungsvorrichtungen 26, 27, 29, der Magnetventile 28a, 28b, 28c, der Klappen 6, 16, 17, 18, der Auslasswechselklappen (nicht dargestellt), des Gebläses 7 und des Außenlüfters 24a. Die Magnetventile 28a, 28b, 28c werden gesteuert, um zu öffnen/zu schließen, wie in der später beschriebenen 59 gezeigt, wodurch die Kältemittelzirkulationsroute entsprechend den Kühl-, Heiz-, Entfeuchtungs- und Entfrostungsmodi geschaltet wird.
  • Im oben beschriebenen Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 sind zum Beispiel, wie in 58 dargestellt, ein Innenkanal 23a und ein Außenkanal 23b konzentrisch als eine zylindrische Doppelkanalkonstruktion ausgebildet. Innerhalb des Innenkanals 23a, positioniert in der Mitte des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers, strömt das zum Außenwärmetauscher 24 gerichtete Hauptkältemittel (Hochdruckkältemittel). Der Außenkanal 23b besteht aus mehreren kleinen Kanälen, die umfänglich um den Innenkanal 23a angeordnet sind. Das Zwischendruckkältemittel, das durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 im Druck ermindert wird, strömt von dem Bypasskanal 63 in den Außenkanal 23b.
  • Ein den Innenkanal 23a und den Außenkanal 23b umschließendes Röhrenelement 23c wird aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Aluminium, geformt (z.B. extrudiert). Ein Wärmeisoliermaterial ist an der Umfangsfläche des Röhrenelements 23c angebracht. Deshalb kann der Wärmeaustausch zufriedenstellend nur zwischen dem Hochdruckkältemittel innerhalb des Innenkanals 23a und dem Zwischendruckkältemittel innerhalb des Außenkanals 23b durchgeführt werden.
  • Wenn eine Gaseinspritzung nicht erforderlich ist, wird die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 ganz geschlossen, sodass das Hochdruckkältemittel nur im Innenkanal 23a strömt und dieser Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 als ein Teil der hochdruckseitigen Rohrleitung 32 benutzt wird. Der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 24 kann ebenfalls in der gleichen Weise wie der oben beschriebene Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 ausgebildet werden. Im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 24 können der Innenkanal (Heißwasserkanal) 74a und der Außenkanal (Kältemittelkanal) konzentrisch als zylindrische Doppelkanalkonstruktion ausgebildet sein. Das Zwischendruckkältemittel strömt vom Außenkanal 23b des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 durch die Rohrleitung 71 in den Außenkanal 74b. Die Auslassseite dieses Außenkanals 74b ist durch den Einspritzkanal 22d mit der Einspritzöffnung 22c und durch den Verzweigungspunkt 73a mit der mit dem Magnetventil 28c zum Entfrosten ausgestatteten Rohrleitung 72 verbunden. Diese Rohrleitung 72 ist mit dem Verzweigungspunkt 73b stromab der dritten Druckverminderungsvorrichtung 29 verbunden.
  • Als nächstes werden die Heißwasserkreise 80 erläutert, die das heiße Wasser in den Innenkanal (Heißwasserkanal) 74a des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 74 zirkulieren. Die Heißwasserkreise 80 sind zum Kühlen der Wärmegeräte 81 vorgesehen, die am Fahrzeug montiert sind. Zum Beispiel können die Wärmegeräte 81 einen Wechselstrommotor (nicht dargestellt) zum Fahren des Elektroautos, ein Halbleiterschaltelement (Leistungstransistor) und dergleichen enthalten.
  • Die Heißwasserkreise enthalten nicht nur den oben beschriebenen Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74, sondern auch eine elektrische Wasserpumpe 82 zum Zirkulieren des heißen Wassers, ein Dreiwegemagnetventil (Wasserkreisschalteinrichtung) 83 und einen Kühler 84 zum Abstrahlen der Wärme des heißen Wassers (Kühlwasser) an die Außenluft. Durch Wechseln des Betriebs des Dreiwegeventils 35 strömt das an den Wärmegeräten 81 erwärmte heiße Wasser in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74, wie durch durchgezogene Pfeile A angegeben, oder strömt in den Kühler 84, wie durch gestrichelte Pfeile B angegeben.
  • In der in 3 dargestellten Klimasteuertafel 50 sind die folgenden Betätigungselemente vorgesehen, die durch den Fahrgast manuell betätigt werden. Ein Temperaturregler 51 stellt die Solltemperatur der in den Fahrgastraum geblasenen Luft ein und stellt die Solldrehzahl des elektrischen Kompressors 22 im vorliegenden Beispiel ein. Weiter werden entsprechend dem durch die Betriebsstellung des Temperaturreglers 51 eingestellten Sollwert die Magnetventile 28a, 28b, 28c und die Kanalwechselklappen 16, 17 auf/zu gesteuert, wodurch die Betriebsmodi des Kühlkreises gewechselt werden.
  • Als nächstes wird in der obigen Konstruktion die Funktionsweise des siebzehnten Beispiels erläutert. Wenn der Klimaschalter 53 eingestaltet wird, wird sein Signal in die Steuerung 40 eingeben und die Steuerung 40 schaltet den Kompressor 22 ein. Wenn der Temperaturregler 51 in diesem Zustand in den Stellungen zwischen PH1 und PH2 positioniert ist, bestimmt die Steuerung 40, dass der Heizmodus eingestellt ist und steuert die Ausrüstung wie beispielsweise die Magnetventile 28a, 28b, 28c und die Kanalwechselklappen 16, 17 in dem in 59 dargestellten Heizmodus. In 57 zeigen schwarze Pfeile die Kältemittelströmungsrichtungen während des Heizmodus an. 60 ist ein Mollier-Diagramm, das den Kältemittelzustand des Kühlkreises im Heizmodus anzeigt. Das überhitzte Gaskältemittel mit höherem Druck und höherer Temperatur wird vom Kompressor 22 ausgegeben und strömt in den Innenkondensator 12. Dann tauscht das überhitzte Gaskältemittel im Innenkondensator 12 Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft aus (strahlt die Wärme daran ab) und wird dadurch kondensiert. Die durch die Gas/Flüssigkeit-Kondensation erwärmte heiße Luft wird hauptsächlich aus dem Fußauslass 8 in den Fahrgastraum geblasen, wodurch der Fahrgastraum geheizt wird.
  • Da das Magnetventil 28b zum Kühlen geschlossen ist, strömt ein Teil des den Kondensator 12 verlassenden Hochdruckkältemittels durch den Verzweigungspunkt 21a in den Bypasskanal 63. Dann strömt ein Teil des Hochdruckkältemittels in die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 und wird im Druck auf den Zwischendruck PM vermindert. Das im Druck auf den Zwischendruck PM verminderte Zweiphasenkältemittel strömt in den Außenkanal 23b des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23. Dann tauscht das Zweiphasenkältemittel Wärme mit dem in den Innenkanal 23a strömenden Hochdruckkältemittel am Auslass des Kondensators aus (extrahiert Wärme von ihm), wodurch der gasförmige Kältemittelanteil des Zweiphasenkältemittels erhöht wird.
  • Wie durch die durchgezogenen Pfeile A angegeben, strömt das durch die Wärmegeräte 81 der Heißwasserkreise 80 erwärmt heiße Wasser während des Heizens durch das Dreiwegeventil 81 in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74. Deshalb tauscht das den Außenkanal 23b des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers verlassende Zwischendruckkältemittel die Wärme mit dem heißen Wasser am Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74 aus (gewinnt Wärme daraus). Als Ergebnis wird der Anteil des Zwischendruckkältemittels und des gasförmigen Kältemittels erhöht.
  • Da das Magnetventil 28c während des Heizmodus geschlossen ist, strömt das Zwischendruck-Gaskältemittel durch den Einspritzkanal 22d in die Einspritzöffnung 22c.
  • Das im Innenkanal 23a des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 strömende Hochdruckkältemittel tauscht Wärme mit dem im Außenkanal 23b strömenden Kältemittel aus (strahlt Wärme daran ab) und wird unterkühlt. Dieses unterkühlte Hochdruckkältemittel strömt in die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27, wird durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck auf den Niederdruck PL vermindert und strömt in den Außenwärmetauscher 24. Wenn dieses Niederdruckkältemittel im Außenwärmetauscher 24 strömt, gewinnt es Wärme aus der durch den Außenlüfter 24a geblasenen Luft (Außenluft) und wird in Gas umgewandelt.
  • Das im Außenwärmetauscher 24 in Gas umgewandelte Gaskältemittel strömt durch das Magnetventil 28a, das während des Heizens offen ist, in den Speicher 25. Das aufgrund einer Wärmelastschwankung erzeugte flüssige Kältemittel wird im Speicher 25 gespeichert. Im Speicher 25 wird das gasförmige Kältemittel aus der oberen Endöffnung seines U-förmigen Kältemittelauslassrohrs 25a gesaugt. Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel, in dem Öl gelöst ist, aus den am Boden des U-förmigen Kältemittelauslassrohrs 25a vorgesehenen Ölrückführlöchern (nicht dargestellt) gesaugt. Dann wird das flüssige Kältemittel in das gasförmige Kältemittel gemischt, und das gasförmige Kältemittel wird in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt. Demgemäß kann, selbst wenn das Kältemittelströmungsvolumen klein ist, beispielsweise während einer Heizzeit niedrigerer Last zwischen dem Starten und Stoppen während des Heizmodus, Öl sicher zum Kompressor 22 zurückgeleitet werden.
  • Die Öffnung der ersten Druckverminderungsvorrichtung 26 wird durch die Steuerung 40 basierend auf den durch den Temperatursensor 41f und den Drucksensor 41g erfassten Signalen für das Zwischendruckkältemittel gesteuert. Durch diese Öffnungssteuerung wird das Strömungsvolumen des in die Einspritzöffnung 22c des Kompressors 22 strömenden Gaseinspritzkältemittels so gesteuert, dass die Überhitzungstemperatur SH des Gaseinspritzkältemittels einen vorbestimmten Wert erreicht. Das heißt, falls die Überhitzungstemperatur SH des Gaseinspritzkältemittels größer wird, wird die Öffnung der ersten Druckverminderungsvorrichtung (elektrisches Expansionsventil) 26 vergrößert. Falls die Überhitzungstemperatur SH kleiner wird, wird die Öffnung der ersten Druckverminderungsvorrichtung 26 verkleinert. So wird durch Steuern der Überhitzungstemperatur für das Gaseinspritzkältemittel verhindert, dass das überschüssige flüssige Kältemittel zum Kompressor 22 zurückkehrt.
  • Die Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 wird durch die Steuerung 40 gesteuert, wobei die im Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 ausgetauschte Wärmemenge so gesteuert wird, dass die Unterkühlungstemperatur SC des aus dem Innenkanal 23a des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 ausgeströmten Hochdruckkältemittels zum vorbestimmten Wert wird. Das heißt, falls die Unterkühlungstemperatur SC des Hochdruckkältemittels größer wird, wird der Druckwert des Hochdruckkältemittels durch Vergrößern der Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 reduziert, wodurch die Unterkühlungstemperatur SC verringert wird. Falls die Unterkühlungstemperatur SC kleiner wird, wird der Druckwert des Hochdruckkältemittels erhöht, indem die Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 verkleinert wird, wodurch die Unterkühlungstemperatur SC erhöht wird.
  • In 60 ist Gi das Strömungsvolumen des Kältemittels, das aus dem Einspritzkanal 22d in Gasform in die Einspritzöffnung 22c eingespritzt wird, und Ge ist das Strömungsvolumen des durch den Außenwärmetauscher (Verdampfapparat beim Heizen) 24 in den Kompressor 22 gesaugten Kältemittels. Δi1 ist die Enthalpiedifferenz des Zwischendruckkältemittels auf der Gaseinspritzseite, welches Wärme in dem Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 und dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74 gewinnt. Δi2 ist die Enthalpiedifferenz des Hochdruckkältemittels, welches Wärme am Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 abstrahlt und zur zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 strömt. Da die Kanalwechselklappen 16, 17 den Luftkanal auf der Seite des Kondensators 12 öffnen und den Bypasskanal 12a ganz schließen, wird ein Wärmeaustausch im Kondensator 12 zwischen dem vom Kompressor 22 ausgegebenen Hochdruckkältemittel und der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft durchgeführt.
  • In 61 ist der Druck (Zwischendruck) des durch die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 im Druck verminderten Zwischendruckkältemittels auf der Abszisse dargestellt, und die Überhitzungstemperatur SH des Einspritzkältemittels und die Heizkapazität Qc sind auf der Ordinate dargestellt. Wenn die Überhitzungstemperatur SH ein beliebiger Wert T1 ist, wird der Zwischendruck zu Pm ohne Abwärmewiedergewinnung am Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74 und die Heizkapazität Qc wird zu Q1. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird am Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74 Abwärme wiedergewonnen. Deshalb kann, selbst wenn die Überhitzungstemperatur SH auf den gleichen Wert T1 geregelt wird, da das Zwischendruckkältemittel durch die Abwärmewiedergewinnung aus dem heißen Wasser erhöht und in Gas umgewandelt wird, der Zwischendruckwert von Pm auf Rm1 erhöht werden, wie in 62 dargestellt. Das Strömungsvolumen des Gaseinspritzkältemittels wird aufgrund dieses Zwischendruckanstiegs von Gi auf Gi1 erhöht, und die Heizkapazität kann von Q1 auf Q2 in 61 erhöht werden. 62 ist ein Mollier-Diagramm der Änderung des Kreiskältemittelzustandes zwischen der vorhandenen und der abwesenden Abwärmewiedergewinnung.
  • Als nächstes wird der Entfrostungsmodus während des Heizmodus erläutert. Im Heizmodus wird Wasser an dem als Verdampfapparat betriebenen Außenwärmetauscher 24 kondensiert, und das Kondenswasser gefriert am Außenwärmetauscher 24. Wenn durch die Steuerung 40 bestimmt wird, dass sich der Außenwärmetauscher 24 in einem Frostbildungszustand befindet, wird eine Ausrüstung wie beispielsweise Magnetventile 28a, 28b, 28c und Kanalwechselklappen 16, 17 in den in 59 dargestellten Entfrostungsmodus geschaltet.
  • Der Frostbildungszustand des Außenwärmetauschers 24 kann durch verschiedene Verfahren bestimmt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bestimmt, wenn die Kältemitteltemperatur Tho am Auslass des Außenwärmetauschers 24 wegen einer Frostbildung am Außenwärmetauscher 24 sinkt und die Temperaturdifferenz (Tam-Tho) zwischen der Außentemperatur Tam und der Auslasskältemitteltemperatur Tho größer als ein vorbestimmter Wert (zum Beispiel 20°C) wird, dass sich der Außenwärmetauscher 24 in einem Frostbildungszustand befindet, und der Kühlkreis wird in den in 63 dargestellten Entfrostungsmodus geschaltet. in 63 zeigen weiße Pfeile Kältemittelströmungsrichtungen im Entfrostungsmodus an, 64 ist ein Mollier-Diagramm der Änderung des Kältemittelzustandes im Entfrostungsmodus.
  • Da im Entfrostungsmodus der Luftkanal des Kondensators 12 durch die Kanalwechselklappen 16, 17 ganz geschlossen wird, strömt die gesamte durch das Gebläse 7 geblasene Luft durch den Bypasskanal 12a des Kondensators 12. Deshalb strömt das vom Kompressor 22 ausgegebene Gaskältemittel ohne Wärmeaustausch am Kondensator 12 vorbei, wenn das Kältemittel gerade ausgegeben wird, und der Kältemittelstrom wird am Verzweigungspunkt 61a in zwei Ströme geteilt.
  • Das Kältemittel eines Stroms strahlt Wärme ab, während es durch den Innenkanal 23a des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23 strömt. Danach wird das Kältemittel durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck vermindert und strömt in den Außenwärmetauscher 24. Am Außenwärmetauscher 24 strahlt das im Druck verminderte Gaskältemittel (heißes Gaskältemittel) Wärme ab, wodurch der Außenwärmetauscher 24 entfrostet wird. Das Kältemittel strömt nach Durchströmen des Außenwärmetauschers 24 durch das geöffnete Magnetventil 28a zum Heizen in den Speicher 25.
  • Das Kältemittel des anderen Stroms vom Verzweigungspunkt 61a strömt in die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 und wird im Druck vermindert. Das im Druck verminderte Gaskältemittel gelangt durch den Außenkanal 23b des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23, während es Wärme aus dem durch den Innenkanal 23a strömenden Hochdruck-Gaskältemittel gewinnt. Danach gewinnt das im Druck verminderte Gaskältemittel wieder Wärme aus dem heißen Wasser im Außenkanal (Kältemittelkanal) 74b des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 74. Danach strömt das im Druck verminderte Gaskältemittel durch das Magnetventil 28c zum Entfrosten, strömt in den Innenverdampfapparat 11 und strahlt die Wärme an die durch das Gebläse 7 geblasene Luft ab. Das Kältemittel strömt nach Durchströmen des Innenverdampfapparats 11 in den Speicher 25, wobei es sich mit dem Kältemittel nach Durchströmen des Außenwärmetauschers 24 verbindet und in den Kompressor 22 gesaugt wird.
  • Die durch den Innenverdampfapparat 11 geheizte Blasluft (heiße Luft) gelangt durch den Bypasskanal 12a des Kondensators 12 und wird hauptsächlich aus dem Fußauslass 8 in den Fahrgastraum geblasen, wodurch der Fahrgastraum erwärmt wird. Deshalb wird der Fahrgastraum geheizt, während das Entfrosten durchgeführt wird. Dies verhindert den Temperaturabfall des Fahrgastraums während des Entfrostens. Im Entfrostungsmodus werden die erste und die zweite Druckverminderungs vorrichtung 26, 27 jeweils auf den jeweiligen voreingestellten beliebigen Öffnungen gehalten.
  • Falls der Entfrostungsmodus fortschreitet, wird die Temperatur Tho am Auslass des Außenwärmetauschers 24 erhöht. Falls die Temperaturdifferenz (Tam – Tho) zwischen der Außenlufttemperatur Tam und der Auslasskältemitteltemperatur Tho gleich oder niedriger als der vorbestimmte Wert (zum Beispiel 20°C) wird und dieser Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer (zum Beispiel 10 Sekunden) oder mehr andauert, wird bestimmt, dass das Entfrosten des Außenwärmetauschers 24 abgeschlossen ist, und der Heizmodus wird wieder aufgenommen.
  • Wenn der Temperaturregler 51 zwischen PC1 und PC2 positioniert ist, bestimmt die Steuerung 40, dass der Kühlmodus eingestellt ist und steuert die Ausrüstung wie beispielsweise die Magnetventile 28a, 28b, 28c und die Kanalwechselklappen 16, 17 in dem in 59 dargestellten Kühlmodus. In 57 zeigen die weißen Pfeile den Kältemittelstrom während des Kühlmodus an. Da im Kühlmodus die Kanalwechselklappen 16, 17 den Luftkanal auf der Seite des Kondensators 12 ganz schließen, strömt die gesamte durch das Gebläse 7 geblasene Luft in den Bypasskanal 12a. Deshalb tauscht das überhitzte Gaskältemittel mit dem höheren Druck und der höheren Temperatur, das vom Kompressor 22 ausgegeben wird, keine Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft aus (strahlt keine Wärme daran ab). Deshalb gelangt das Kältemittel durch den Kondensator 12 als überhitztes Kältemittel, das gerade vom Kompressor 22 ausgegeben worden ist.
  • Da zu diesem Zeitpunkt die erste und die zweite Druckverminderungsvorrichtung (elektrische Expansionsventile) 26, 27 vollständig geschlossen gesteuert werden, strömt das gesamte vom Kompressor 22 ausgegebene gasförmige Kältemittel durch das geöffnete Magnetventil 28b zum Kühlen und den Bypasskanal 62 in den Außenwärmetauscher 24. Am Außenwärmetauscher 24 tauscht das Hochdruckkältemittel Wärme mit der durch den Außenlüfter 24a geblasenen Luft (Außenluft) aus (strahlt Wärme daran ab) und kondensiert. Das im Außenwärmetauscher 24 kondensierte Kältemittel wird im Druck auf den niedrigeren Druck PL vermindert, während es aufgrund der geschlossenen Magnetventile 28a, 28c durch die dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 strömt. Danach strömt das Kältemittel in den Ver dampfapparat 11. Die Öffnung der dritten Druckverminderungsvorrichtung 29 wird basierend auf den durch den Hochdrucksensor 41b und den Kältemitteltemperatursensor 41h am Auslass des Außenwärmetauschers 24 erfassten Signalen so gesteuert, dass die Unterkühlungstemperatur des Kältemittels am Auslass des Außenwärmetauschers 24 zum vorbestimmten Wert wird.
  • Am Verdampfapparat 11 gewinnt das Kältemittel Wärme aus der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft und wird in Gas umgewandelt. Wie oben beschrieben, strömt die im Verdampfapparat 11 gekühlte Luft nicht durch den Innenkondensator 12 auf der stromabwärtigen Seite, sondern strömt durch den Bypasskanal 12a als Kühlluft. Dann wird die Kühlluft hauptsächlich aus dem Gesichtsauslass 9 in den Fahrgastraum geblasen, wodurch der Fahrgastraum gekühlt wird. Das am Verdampfapparat 11 in Gas umgewandelte Gaskältemittel strömt in den Speicher 25 und wird aus dem Speicher 25 in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt. Wenn der Temperaturregler 51 zwischen PD1 und PD2 positioniert ist, bestimmt die Steuerung 40, dass der Entfeuchtungsmodus eingestellt ist und steuert die Einrichtungen wie beispielsweise die Magnetventile 28a, 28b, 28c und die Kanalwechselklappen 16, 17 in dem in 29 dargestellten Entfeuchtungsmodus. In 57 zeigen die schraffierten Pfeile die Kältemittelströme während des Entfeuchtungsmodus an.
  • Im Entfeuchtungsmodus wird der Luftkanal des Kondensators 12 durch die Kanalwechselkappen 16, 17 geöffnet, und das überhitzte Gaskältemittel mit höherem Druck und höherer Temperatur, das vom Kompressor 22 ausgegeben wird, strömt in den Kondensator 12. Deshalb tauscht das Gaskältemittel Wärme mit der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft am Kondensator 12 aus (strahlt Wärme daran ab) und kondensiert. Da dabei die erste Druckverminderungsvorrichtung 26 und das Magnetventil 28b zum Kühlen ganz geschlossen sind, strömt das gesamte, am Kondensator kondensierte Hochdruckkältemittel durch den Innenkanal 23a des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23. Dann wird das durch den Innenkanal 23a strömende Kältemittel nicht gekühlt und strömt als Kältemittel, das nur durch den Innenkondensator 12 geströmt ist, in die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27. Das Kältemittel wird durch diese zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 im Druck auf den Zwischendruck vermindert und strömt in den Außenwärmetauscher 24.
  • Im Entfeuchtungsmodus benötigt der erste Entfeuchtungsmodus D1 die Blasluft mit höherer Temperatur. Im ersten Entfeuchtungsmodus D1 wird der durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 vorgesehene Zwischendruck auf einen Wert niedriger als der Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei der Außenlufttemperatur eingestellt. Daher kann der Außenwärmetauscher 24 als ein Verdampfapparat betrieben werden, sodass das Kältemittel darin Wärme gewinnen kann. Das heißt, das Druckverminderungsmaß wird erhöht, indem die Öffnung der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 kleiner gemacht wird, sodass der Zwischendruck auf einen niedrigeren Druck eingestellt werden kann. Das Zwischendruckkältemittel nach Verlassen des Außenwärmetauschers 24 strömt durch Schließen des Magnetventils 28a zum Heizen in die dritte Druckverminderungsvorrichtung 29 und wird auf den niedrigeren Druck PL im Druck vermindert. Das im Druck verminderte Niederdruckkältemittel strömt in den Verdampfapparat 11, um Wärme aus der durch das Gebläse 7 geblasenen Luft zu gewinnen, und strömt in den Speicher 25. Das gasförmige Kältemittel wird vom Speicher 25 in die Ansaugöffnung 22b des Kompressors 22 gesaugt. Da im Entfeuchtungsmodus das Kältemittel in sowohl den Verdampfapparat 11 als auch den Kondensator 12 strömt, die in der Innenklimaeinheit 1 vorgesehen sind, wird die durch das Gebläse 7 geblasene Luft am Verdampfapparat 11 gekühlt und entfeuchtet und am Kondensator 12 als heiße Luft geheizt. Diese heiße Luft wird in den Fahrgastraum geblasen, wodurch die Windschutzscheibe entnebelt und der Fahrgastraum entfeuchtet/geheizt wird.
  • Im ersten Entfeuchtungsmodus D1 kann die Wärmestrahlungsmenge des Innenkondensators 12 die Summe der Antriebsenergiemenge des Kompressors 22 und der Wärmegewinnungsmenge des Außenwärmetauschers 24 und des Innenverdampfapparats 11 sein. Deshalb kann die Blasluft mit höherer Temperatur bereitgestellt werden. Im Entfeuchtungsmodus benötigt der zweite Entfeuchtungsmodus D2 die Blasluft mit niedriger Temperatur. Im zweiten Entfeuchtungsmodus D2 wird der durch die zweite Druckverminderungsvorrichtung 27 bereitgestellte Zwischendruck höher als der Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei der Außenlufttemperatur eingestellt, sodass der Außenwärmetauscher 24 als ein Kondensator betrieben werden kann, der das Kältemittel darin Wärme abstrahlen lässt. Das heißt, das Druckverminderungsmaß wird reduziert, indem die Öffnung der zweiten Druck verminderungsvorrichtung 27 größer gemacht wird, sodass der Zwischendruck auf einen höheren Druck eingestellt werden kann.
  • Demgemäß wird, da der Außenwärmetauscher 24 als ein Kondensator betrieben werden kann, die Summe der Antriebsenergiemenge L des Kompressors 22 und der Wärmegewinnungsmenge des Innenverdampfapparats 11 gleich der Summe der Wärmestrahlungsmenge Qeh des Außenwärmetauschers 24 und der Wärmestrahlungsmenge Qc des Innenkondensators 12. Deshalb wird die Wärmestrahlungsmenge des Innenkondensators 12 stärker als im ersten Entfeuchtungsmodus D1 reduziert, wodurch eine geblasene Luft mit einer niedrigeren Temperatur bereitgestellt wird.
  • Im vorliegenden Beispiel können die Kühlkreiswege aus dem folgenden Grunde vereinfacht werden. Selbst während der Entfrostungs- und Kühlmodi wird, da der Luftstrom in den Kondensator 12 durch die Kanalwechselklappen 16, 17 gestoppt wird, sodass die Luft durch den Bypasskanal 12a strömt, der Kondensator 12 zu einem Teil des Hochdruckkältemittelkanals. Deshalb kann während der Heiz-, Kühl-, Entfeuchtungs- und Entfrostungsmodi, da das Kältemittel durch den Kondensator 12 strömt, das vom Kompressor 22 ausgegebene Gaskältemittel durch den Kondensator 12 in einer Richtung in den Außenwärmetauscher 24 strömen. Als Ergebnis kann ein Vierwegeventil zum Umkehren der Kältemittelströmungsrichtung entfernt werden, oder die Anzahl der Ventile, wie beispielsweise der Rückschlagventile zum Ändern des Kältemittelströmungsweges und der Magnetventile, kann reduziert werden. Dies vereinfacht die Kältemittelrohrleitungsstruktur.
  • 65 zeigt ein achtzehntes Vergleichsbeispiel. Im siebzehnten Beispiel ist das Dreiwegeventil 83 im Heißwasserkreis 80 vorgesehen. Das durch die Wärmegeräte 81 erwärmte heiße Wasser strömt während der Heiz- und Entfrostungsmodi in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74, wie durch die durchgezogenen Pfeile A angegeben. Während der Kühl- und Entfeuchtungsmodi strömt das durch die Wärmegeräte 81 erwärmte heiße Wasser in den Kühler 84, wie durch den gestrichelten Pfeil B angegeben. Im achtzehnten Beispiel sind jedoch das Dreiwegeventil 83 und der Kühler 84 entfernt, und das heiße Wasser strömt immer in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74. Das Kühlen der Wärmegeräte 81 muss durch das Entfernen des Kühlers 84 immer am Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74 durchgeführt werden. Deshalb wird, da das heiße Wasser in den Einspitzkanal 22d strömt, die Temperatur des vom Kompressor ausgegebenen Kältemittels erhöht. Jedoch kann eine Kostenreduzierung durch Verringern der Anzahl von Komponenten des Heißwasserkreises 80 verbessert werden.
  • 66 zeigt ein neunzehntes Vergleichsbeispiel. Im siebzehnten Beispiel ist der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74 auf der Seite des Einspritzkanals 22d vorgesehen, wo das Zwischendruckkältemittel strömt, wodurch die Abwärme durch Einspritzen des Kältemittels wiedergewonnen wird. Im neunzehnten Beispiel wird jedoch die Abwärme von den Wärmegeräten 81 durch das Niederdruckkältemittel wiedergewonnen. Das heißt, wie in 66 dargestellt, der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 74 ist zwischen dem Einlass des Speichers 25 und einem Einmündungspunkt 73c und dem Magnetventil 28a zum Heizen vorgesehen. Da das Kältemittel aus dem Auslass des Verdampfapparats 11 durch den Außenkanal (Kältemittelkanal) 74b des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 74 strömt, wird die Effizienz aufgrund des Druckverlustanstiegs während des Kühlmodus verringert. Die Mengenerhöhungswirkung des Einspritzkältemittels aufgrund der Abwärmewiedergewinnung kann im Heizmodus nicht ausgeübt werden. Im neunzehnten Beispiel wird die Heizleistung durch Wiedergewinnen der Abwärme aus dem heißen Wasser verbessert, selbst wenn die Temperatur des heißen Wassers niedrig ist.
  • 67 ist ein Mollier-Diagramm des Entfrostungsmodus gemäß dem dritten Beispiel (entsprechend 64). Das in die Einlassseite des Speichers 25 strömende Gas/Flüssigkeit-Zweiphasen-Niederdruckkältemittel strömt im Außenkanal (Kältemittelkanal) 74b des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 74. Die Temperatur des Niederdruckkältemittels im Gas/Flüssigkeit-Zweiphasenbereich ist viel niedriger als jene des Kältemittels im überhitzten Gasbereich. Deshalb kann, selbst wenn die Temperatur des heißen Wassers des Heißwasserkreises 80 etwas geringer wird, die Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Wasser und dem Kältemittel gewährleistet werden, wodurch die Heizleistung aufgrund der Abwärmewiedergewinnung aus dem heißen Wasser verbessert wird. Dieser Effekt kann in der gleichen Weise wie im Entfrostungsmodus auch während des Heizmodus ausgeübt werden.
  • In 64, 67 ist der Kältemitteldruck im Verdampfapparat 11 niedriger als jener im Außenwärmetauscher 24 gezeigt, wegen einer vereinfachten Darstellung. Die Kältemitteldrücke in 11, 24 sind jedoch beide ähnlich zueinander.
  • 68 zeigt ein zwanzigstes Vergleichsbeispiel. In den siebzehnten bis neunzehnten Beispielen wurden der Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (erster Wärmetauscher) 74 und der Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher (zweiter Wärmetauscher) 23 individuell aufgebaut. In diesem Beispiel sind, wie in 68–70 dargestellt, beide Wärmetauscher 23, 24 ein integraler Wärmetauscher 230.
  • Als nächstes wird ein Beispiel des integralen Wärmetauschers 230 unter Bezug auf 69, 70 erläutert. Der Hochdruck-Kältemittelkanal 230a entspricht dem Innenkanal 23a, in dem das Hochdruckkältemittel im Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 strömt. Der Zwischendruckkältemittelkanal 230b entspricht dem Außenkanal 23b, in dem das Zwischendruckkältemittel im Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauscher 23 strömt. Der Heißwasserkanal 230c entspricht dem Innenkanal 74a, in dem das heiße Wasser im Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher strömt. Der Hochdruckkältemittelkanal 230a, der Zwischendruckkältemittelkanal 230b und der Heißwasserkanal 230c sind kombiniert.
  • Die obigen drei Kanäle 230a bis 230c sind jeweils aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium als ein flaches Rohr mit mehreren Löchern durch Extrudieren gebildet. Dann sind der Hochdruckkältemittelkanal 230a und der Heißwasserkanal 230c jeweils mit einer Seite des Zwischendruckkältemittelkanals 230b verbunden, sodass diese drei Kanäle kombiniert sind.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen verbindet der Bypasskanal 62 direkt den Verzweigungspunkt 61a an der Auslassseite (stromaufwärtige Seite des Kältemittel/Kältemittel-Wärmetauschers 23) des Kondensators 12 und einen Einmündungspunkt 61b auf der Einlassseite (stromaufwärtige Seite der zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27) des Außenwärmetauschers 24, und das Magnetventil (elektrische Öffnungs/Schließeinrichtung) 28b ist im Bypasskanal 62 vorgesehen. Das Magnetventil kann jedoch auch parallel zur zweiten Druckverminderungsvorrichtung 27 direkt zwischen ihrem Einlass und Auslass geschaltet sein, ohne den Bypasskanal 62 zu entfernen.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen werden zwei verbundene plattenartige Kanalwechselklappen 16, 17 als Klappen zum Ändern des Luftstroms zwischen dem Kondensator 12 und dem Bypasskanal 12a verwendet. Für diese Klappe kann jedoch auch eine Einplattenklappe, wie beispielsweise eine Folienklappe oder dergleichen, verwendet werden.

Claims (29)

  1. Kühlkreisvorrichtung, mit einem Klimakanal (2) zum Leiten von Luft in einen Fahrgastraum; einem Gebläse (7) zum Blasen von Luft durch den Klimakanal (2); einem Kompressor (22) mit einer Gaseinspritzöffnung (22c) zum Einleiten eines Zwischendruck-Kältemittels in den Kompressor, einer Ausgabeöffnung (22a) zum Ausgeben des durch den Kompressor (22) komprimierten Kältemittels und einer Ansaugöffnung (22b) zum Ansaugen des Kältemittels von einer Niederdruckseite des Kühlkreises; einem im Klimakanal (2) angeordneten Innenwärmetauscher (12), der während eines Heizmodus Luft mit einem vom Kompressor (22) ausgegebenen Hochdruck-Gaskältemittel heizt; einem Außenwärmetauscher (24), der während des Heizens ein Niederdruck-Kältemittel durch Gewinnen von Wärme von Außenluft verdampft; einer Wärmetauscheinrichtung (23), in der das Kältemittel Wärme von einem Abwärmewiedergewinnungsfluid gewinnt, das von einer Heizvorrichtung (81) wiedergewonnene Wärme enthält; einer zwischen dem Innenwärmetauscher (12) und der Wärmetauscheinrichtung (23) vorgesehenen Druckverminderungseinrichtung (26) zur Druckverminderung des Kältemittels, wobei die Wärmetauscheinrichtung (23) so ausgebildet ist, dass sie die Wärme des durch die Druckverminderungseinrichtung (26) im Druck verminderten Kältemittels mit der Wärme des Abwärmewiedergewinnungsfluids, das die Abwärme der Heizvorrichtung (81) wiedergewonnen hat, austauscht; einer zwischen der Wärmetauscheinrichtung (23) und dem Kompressor (22) vorgesehenen Schalteinrichtung (28c, 28d) zum Schalten des durch die Wärmetauscheinrichtung (23) strömenden Kältemittelstroms entweder zur Ansaugöffnung (22b) oder zur Gaseinspritzöffnung (22c), wobei die Schalteinrichtung (28c, 28d) durch eine Steuervorrichtung (40) basierend auf einem Signal von außen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (40) basierend auf einer in dem Abwärmewiedergewinnungsfluid enthaltenen Wärmemenge den Öffnungsgrad der Druckverminderungseinrichtung (26) und die Schalteinrichtung (28c, 28d) basierend auf einem Signal von außen zum Schalten entweder zu einem Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus, einem Zwischendruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus oder einem Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus steuert, wobei wenn die Wärmemenge des Abwärmewiedergewinnungsfluids gleich oder geringer als ein erster vorgeschriebener Wert wird, die folgenden Steuerungen durchgeführt werden: der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus wird eingestellt, die Zufuhr des Abwärmewiedergewinnungsfluids zur Wärmetauscheinrichtung (23) wird gestoppt, der Öffnungsgrad der Druckverminderungseinrichtung (26) wird so gesteuert, dass der Druck des durch die Druckverminderungseinrichtung (26) strömenden Kältemittels zu einem Zwischendruck wird, und die Schalteinrichtung (28c, 28d) wird so gesteuert, dass das Kältemittel nach Durchströmen der Wärmetauscheinrichtung (23) zur Gaseinspritzöffnung (22c) strömt; wenn die Wärmemenge des Abwärmewiedergewinnungsfluids über dem ersten vorgeschriebenen Wert und unter einem zweiten vorgeschriebenen Wert liegt, die folgenden Steuerungen durchgeführt werden: der Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird eingestellt, der Öffnungsgrad der Druckverminderungseinrichtung (26) wird so gesteuert, dass der Druck des durch die Druckverminderungseinrichtung (26) strömenden Kältemittels zu einem Niederdruck wird, und die Schalteinrichtung (28c, 28d) so gesteuert wird, dass das Kältemittel nach Durchströmen der Wärmetauscheinrichtung (23) zur Ansaugöffnung (22b) strömt; und wenn die Wärmemenge des Abwärmewiedergewinnungsfluids höher als der zweite vorgeschriebene Wert ist, die folgenden Steuerungen durchgeführt werden: der Zwischendruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus wird eingestellt, der Öffnungsgrad der Druckverminderungseinrichtung (26) wird so gesteuert, dass der Druck des Kältemittels nach Durchströmen der Druckverminderungseinrichtung (26) zu einem Zwischendruck wird, und die Schalteinrichtung (28c, 28d) wird so gesteuert, dass das Kältemittel nach Durchströmen der Wärmetauscheinrichtung (23) zur Gaseinspritzöffnung (22c) strömt.
  2. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung (23) wenigstens einen Kältemitteldurchgang (23b), in dem das Kältemittel strömt, und einen Fluiddurchgang (23c), in dem das Abwärmewiedergewinnungsfluid strömt, enthält; und das Niederdruck-Kältemittel oder das Zwischendruck-Kältemittel in dem Kältemitteldurchgang (23b) strömt.
  3. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung (23) wenigstens einen Kältemitteldurchgang (23b), in dem das Kältemittel strömt, und einen Fluiddurchgang (23c), in dem das Abwärmewiedergewinnungsfluid strömt, enthält; wenn die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids unter einem vorbestimmten Wert ist, das Niederdruck-Kältemittel in dem Kältemitteldurchgang (23b) strömt; und wenn die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids höher als ein vorbestimmter Wert ist, das Zwischendruck-Kältemittel in dem Kältemitteldurchgang (23b) strömt.
  4. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung einen Wärmetauscher (23) enthält, der durch Kombinieren eines ersten Durchgangs (23a), eines zweiten Durchgangs (23b) und eines dritten Durchgangs (23c) gebildet ist; das durch den Innenwärmetauscher (12) strömende Hochdruck-Kältemittel im ersten Durchgang (23a) strömt; das Zwischendruck-Kältemittel im zweiten Durchgang (23b) strömt; das Abwärmewiedergewinnungsfluid im dritten Durchgang (23c) strömt; und das Zwischendruck-Kältemittel Wärme mit sowohl dem Hochdruck-Kältemittel als auch dem Abwärmewiedergewinnungsfluid austauscht.
  5. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung einen ersten Wärmetauscher (231) und einen zweiten Wärmetauscher (232) enthält, die separat ausgebildet sind; ein Wärmeaustausch am ersten Wärmetauscher (231) zwischen dem durch den Innenwärmetauscher (12) strömenden Hochdruck-Kältemittel und dem Zwischendruck-Kältemittel durchgeführt wird; und ein Wärmeaustausch im zweiten Wärmetauscher (232) zwischen dem Abwärmewiedergewinnungsfluid und dem Zwischendruck-Kältemittel durchgeführt wird.
  6. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung (23) einen zwischendruckseitigen Wärmetauscher (233) und einen niederdruckseitigen Wärmetauscher (232) enthält; wenn die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids höher als ein vorbestimmter Wert ist, das Zwischendruck-Kältemittel im zwischendruckseitigen Wärmetauscher (233) Wärme aus dem Abwärmewiedergewinnungsfluid gewinnt; und wenn die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, das Niederdruck-Kältemittel im niederdruckseitigen Wärmetauscher (232) Wärme aus dem Abwärmewiedergewinnungsfluid gewinnt.
  7. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher wenn die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids niedriger als ein erster Sollwert (TW1) ist, die Wärmegewinnung aus dem Abwärmewiedergewinnungsfluid gestoppt und ein Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus, in dem das Zwischendruck-Kältemittel in die Gaseinspritzöffnung (22c) eingeleitet wird, durchgeführt wird; wenn eine Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids höher als der erste Sollwert (TW1) und niedriger als ein zweiter Sollwert (TW2) ist, ein Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt wird, wobei im Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus ein Niederdruck-Kältemittel Wärme aus dem Abwärmewiedergewinnungsfluid gewinnt; und wenn eine Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids höher als der zweite Sollwert (TW2) ist, ein Zwischendruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt wird, wobei das Zwischendruck-Kältemittel Wärme aus dem Wiedergewinnungsfluid gewinnt, wenn der Zwischendruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus durchgeführt wird.
  8. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher während eines Kühlmodus der Außenwärmetauscher (24) als ein Kondensator arbeitet, die Wärmetauscheinrichtung (232) als ein Kondensator arbeitet und das Hochdruck-Kältemittel mit dem Abwärmewiedergewinnungsfluid kühlt.
  9. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung (232) parallel zum Außenwärmetauscher (24) angeordnet ist.
  10. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung (232) in Reihe zu dem und stromab des Außenwärmetauscher(s) (24) angeordnet ist.
  11. Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher, wenn der Außenwärmetauscher (24) während des Heizmodus vereist, der Außenwärmetauscher (24) entfrostet wird, indem das durch den Innenwärmetauscher (12) strömende Hochdruck-Kältemittel in den Außenwärmetaucher (24) geleitet wird.
  12. Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher wenn der Außenwärmetauscher (24) während des Heizmodus vereist, das vom Kompressor (22) ausgegebene Gaskältemittel in zwei Ströme geteilt wird; und das Kältemittel des einen Stroms in den Innenwärmetauscher (12) strömt und das Kältemittel des anderen Stroms in den Außenwärmetauscher (24) strömt, wodurch der Außenwärmetauscher (24) entfrostet wird.
  13. Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher der Verdampfapparat (11) im Klimakanal (2) stromauf des Kondensators (12) angeordnet ist; und der Kondensator (12) während des Heizmodus die im Verdampfapparat (11) gekühlte Luft heizt, wodurch ein Entfeuchtungsbetrieb durchgeführt wird.
  14. Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 10 bis 12, bei welcher der Wärmepumpenmodus basierend auf einer Menge von durch die Heizvorrichtung (81) erzeugter Abwärme zwischen einem Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus, einem Zwischendruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus und einem Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus verändert wird.
  15. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher ein erster Sollwert (QW1) und ein zweiter Sollwert (QW2), der größer als der erste Sollwert (QW1) ist, als Standardwerte eingestellt sind, um die Menge Abwärme zu bestimmen; wenn die Menge Abwärme kleiner als der erste Sollwert (QW1) ist, ein Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus eingestellt wird; wenn die Menge Abwärme zwischen dem ersten Sollwert (QW1) und dem zweiten Sollwert (QW2) liegt, ein Zwischendruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt wird; und wenn die Menge Abwärme größer als der zweite Sollwert (QW2) ist, ein Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt wird.
  16. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher ein erster Sollwert (QW1) und ein zweiter Sollwert (QW2), der größer als der erste Sollwert (QW1) ist, als Standardwerte eingestellt sind, um eine Menge Abwärme zu bestimmen; ein erster Sollwert (TW1) und ein zweiter Sollwert (TW2) als Standardwerte eingestellt sind, um die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids zu bestimmen; wenn die Menge Abwärme größer als der zweite Sollwert (QW2) ist und die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids höher als der erste Sollwert (TW1) ist, der Niederdruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt wird; wenn die Menge Abwärme größer als der erste Sollwert (QW1) ist und die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids höher als der zweite Sollwert (TW2) ist, der Zwischendruck-Wärmegewinnungs-Wärmepumpenmodus eingestellt wird; und wenn die Menge Abwärme kleiner als der erste Sollwert ist und die Temperatur des Abwärmewiedergewinnungsfluids niedriger als der erste Sollwert ist, der Gaseinspritz-Wärmepumpenmodus eingestellt wird.
  17. Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welcher die Menge Abwärme basierend auf einem Änderungsverhältnis der Abwärmewiedergewinnungsfluidtemperatur mit der Zeit berechnet wird.
  18. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung (23, 231) einen ersten flachen Durchgang (23a), in dem das Hochdruck-Kältemittel strömt, einen zweiten flachen Durchgang, in dem das Zwischendruck-Kältemittel strömt, ein mit dem Ende des ersten Durchgangs (23a) verbundenes erstes Verteilerelement (92) und ein mit dem Ende des zweiten Durchgangs (23b) verbundenes zweites Verteilerelement (93) enthält; und der erste Durchgang (23a) und der zweite Durchgang (23b) wenigstes das erste Verteilerelement (92) oder das zweite Verteilerelement (93) durchdringen.
  19. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Wärmetauscheinrichtung (23) einen ersten flachen Durchgang (23a), in welchem das Hochdruck-Kältemittel strömt, einen zweiten flachen Durchgang, in dem das Zwischendruck-Kältemittel strömt, einen dritten flachen Durchgang, in dem das Abwärmewiedergewinnungsfluid strömt, ein mit einem Ende des ersten Durchgangs (23a) verbundenes erstes Verteilerelement (92), ein mit einem Ende des zweiten Durchgangs (23b) verbundenes zweites Verteilerelement (93) und ein mit einem Ende des dritten Durchgangs (23c) verbundenes drittes Verteilerelement (95) enthält; und irgendeiner des ersten Durchgangs (23a), des zweiten Durchgangs (23b) und des dritten Durchgangs (23c) wenigstens eines des ersten Verteilerelements (92), des zweiten Verteilerelements (93) und des dritten Verteilerelements (95) durchdringt.
  20. Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 18, 19, bei welcher die mehreren flachen Durchgänge (23a, 23b, 23c) aus separat gebildeten flachen Rohren (90, 91, 94) bestehen, wobei die mehreren flachen Rohre (90, 91, 94) integral miteinander verbunden sind.
  21. Kühlkreisvorrichtung nach einem der Ansprüche 18, 19, bei welcher die mehreren flachen Durchgänge (23a, 23b, 23c) aus integral gebildeten flachen Rohren (96) bestehen.
  22. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Wärmetauscher (74, 320) zum Wiedergewinnen von Abwärme von der Heizvorrichtung (81), wobei das in den Innenwärmetauscher (11) strömende Kältemittel während des Entfrostungsmodus Abwärme von der Heizvorrichtung (81) durch den ersten Wärmetauscher (74, 320) gewinnt.
  23. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 22, bei welcher der Kompressor (22) eine Ausgabeöffnung (22a), die das komprimierte Kältemittel ausgibt, eine Ansaugöffnung (22b), die das Niederdruck-Kältemittel ansaugt, und eine Gaseinspritzöffnung (22c), die das Zwischendruck-Gaskältemittel ansaugt, enthält; und wenn im Heizmodus ein am Kondensator (12) kondensiertes Hochdruck-Kältemittel im Druck auf einen Zwischendruck vermindert wird, das Zwischendruck-Kältemittel Abwärme von der Heizvorrichtung (81) durch den ersten Wärmetauscher (74, 320) durch Umwandeln des Zwischendruck-Kältemittels in Gas gewinnt, und das Zwischendruck-Gaskältemittel in die Gaseinspritzöffnung (22c) strömt.
  24. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 23, ferner mit einem zweiten Wärmetauscher (23, 230), der Wärme zwischen dem im Kondensator (12) kondensierten Hochdruck-Kältemittel und dem Zwischendruck-Kältemittel austauscht.
  25. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher als ein Wärmetauscher (230) kombiniert sind.
  26. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher während des Heizmodus und Entfrostungsmodus das in den Kompressor (22) gesaugte Niederdruck-Kältemittel Abwärme von der Heizvorrichtung (81) mit dem ersten Wärmetauscher (74, 320) gewinnt.
  27. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 26, ferner mit einem Speicher (25), der Gas- und Flüssigkältemittel trennt, wobei der Speicher (25) an einer Einlassseite der Ansaugöffnung (22b) angeordnet ist, wobei Öl enthaltendes Flüssigkältemittel mit dem Gaskältemittel vermischt ist und in die Ansaugöffnung (22b) gesaugt wird, wobei der erste Wärmetauscher (74, 320) auf der Einlassseite des Speichers (25) angeordnet ist.
  28. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Innenwärmetauscher einen auf der luftstromaufwärtigen Seite im Klimakanal angeordneten stromaufwärtigen Innenwärmetauscher und einen auf der luftstromabwärtigen Seite des stromaufwärtigen Innenwärmetauschers angeordneten stromabwärtigen Innenwärmetauscher enthält; ein Betriebsmodus zwischen einem Heizmodus, einem Kühlmodus und einem Entfeuchtungsmodus wechselbar ist; während des Heizmodus der stromabwärtige Innenwärmetauscher als ein Kondensator funktioniert und der Außenwärmetauscher als ein Verdampfapparat funktioniert, während des Kühlmodus der Außenwärmetauscher als ein Kondensator funktioniert und der stromaufwärtige Innenwärmetauscher als ein Verdampfapparat funktioniert, während des Entfeuchtungsmodus durch den stromaufwärtigen Innenwärmetauscher gekühlte Kühlluft durch den stromab wärtigen Innenwärmetauscher geheizt wird; und wenn der Entfrostungsmodus eingestellt wird, der zweite Teil in den stromaufwärtigen Innenwärmetauscher strömt und die durch den stromaufwärtigen Innenwärmetauscher geheizte Heißluft in den Fahrgastraum geblasen wird.
  29. Kühlkreisvorrichtung nach Anspruch 28, ferner mit einem Bypasskanal (12a) zum Leiten von Luft an dem stromabwärtigen Innenwärmetauscher (12) vorbei, wobei der Bypasskanal (12a) im Klimakanal (2) vorgesehen ist; und einer Klappe (16, 17) zum Ändern des Luftstroms zwischen dem stromabwärtigen Innenwärmetauscher (12) und dem Bypasskanal (12a), wobei das vom Kompressor (22) ausgegebene Gaskältemittel immer in einer Richtung durch den stromabwärtigen Innenwärmetauscher (12) in den Außenwärmetauscher (24) strömt.
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