DE60032987T2 - Wärmepumpenartige klimaanlage für ein kraftfahrzueg - Google Patents

Wärmepumpenartige klimaanlage für ein kraftfahrzueg Download PDF

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Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wärmepumpenartige Klimaanlage für ein Fahrzeug, und genauer gesagt auf eine wärmepumpeartige Klimaanlage für ein Fahrzeug, welche beim Erwärmen des Passagierraums des Fahrzeugs die Behaglichkeit verbessern kann.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den vergangenen Jahren nahm der Bedarf an einer verbesserten Umgebungsluftqualität zu, und es besteht ein Interesse an der globalen Umweltsituation. Daher nahm der Bedarf an gering verschmutzenden Fahrzeugen und an mit alternativer Energie betriebenen Fahrzeugen zu. Wenn die Energiequelle eines Fahrzeugs auf Erdgas umgestellt wird, kann die herkömmliche Verbrennungsmaschine, die in dem Fahrzeug vorgesehen ist, unter Verwendung von Erdgas betrieben werden; daher ist es nicht erforderlich, die Klimaanlage des Fahrzeugs zu ändern.
  • Der Kühlkompressor der Klimaanlage wird durch die Maschine des Fahrzeugs als eine Antriebsquelle angetrieben, wenn sich das herkömmliche Fahrzeug im Leerlauf befindet. Wenn sich mit alternativer Energie betriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug (das einen elektrisch angetriebenen Motor und eine Maschine gemeinsam als eine Antriebsquelle verwendet) oder dergleichen, im Leerlauf befinden, steht die Antriebsquelle des Kühlkompressors, also die Maschine des Fahrzeugs, still. Wenn daher eine herkömmliche Klimaanlage für Fahrzeuge in einem mit alternativer Energie betriebenen Fahrzeug verwendet wird, ist es erforderlich, eine neue Antriebsquelle für den Kühlkompressor vorzusehen. Wenn der Passagierraum des Fahrzeugs erwärmt wird, verwendet das herkömmliche Fahrzeug Maschinenkühlwasser als eine Wärmequelle. Ein elektrisches Fahrzeug weist jedoch ein Problem dahingehend auf, dass das elektrische Fahrzeug kein Maschinenkühlwasser aufweist. Das Hybridfahrzeug weist ein weiteres Problem dahingehend auf, dass das Hybridfahrzeug keine ausreichende Wärmemenge von dem Maschinenkühlwasser erzielen kann, da die Maschine des Hybridfahrzeugs häufig anhält, weshalb die Temperatur des Maschinenkühlwassers nicht ausreichend ansteigt.
  • Aufgrund dieser Probleme wurde vorgeschlagen, eine wärmepumpenartige Haushaltsklimaanlage als eine Klimaanlage für Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge zu verwenden.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht der Struktur einer herkömmlichen wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug. In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen inneren Wärmetauscher, die Bezugsziffer 2 eine Kompressoreinheit, die Bezugsziffer 3 einen Radiator und die Bezugsziffer 4 einen äußeren Wärmetauscher. Bei der in 2 dargestellten wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug ist der äußere Wärmetaucher 4 vor dem Radiator 3 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs angeordnet, um eine Verbindung zu dem durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugten Wind herzustellen. Ferner können ein Radiator (ein Kühlkörper) für einen Elektromotor, der in einem Elektrofahrzeug oder in einem Hybridfahrzeug vorgesehen ist, und ein Radiator zum Kühlen einer Maschine, die in einem Hybridfahrzeug vorgesehen ist, als Radiator 3 verwendet werden.
  • Bei der herkömmlichen wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug, die in 2 dargestellt ist, wird ein Kühlmittel wie nachfolgend beschrieben zirkuliert, und es kühlt oder erwärmt den Passagierraum des Fahrzeugs.
  • Wenn der Passagierraum des Fahrzeugs erwärmt wird, wird das Kühlmittel im Gegenuhrzeigersinn zirkuliert, wie es durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist. Ein gasförmiges Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck aufgrund des Kompressors in der Kompressoreinheit 2 wird zu dem inneren Wärmetauscher 1 geleitet und tauscht Wärme mit der Luft innerhalb des Passagierraums aus. Somit nimmt die Luft innerhalb des Passagierraums Wärme von dem gasförmigen Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck auf und erwärmt sich. Aufgrund der Tatsache, dass die Wärme des gasförmigen Kühlmittels mit hoher Temperatur und hohem Druck von der Luft innerhalb des Passagierraums aufgenommen wird, kondensiert das gasförmige Kühlmittel gleichzeitig, verflüssigt sich und wird zu einem flüssigen Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck.
  • Das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck wird durch die Kompressoreinheit 2 geleitet, wird zu einem flüssigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck und strömt in den äußeren Wärmetauscher 4. In dem äußeren Wärmetauscher 4 nimmt das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck Wärme von der Luft außerhalb des Passagierraums (Außenluft) auf, verdampft und wird zu einem gasförmigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck. Das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck wird wieder zur Kompressoreinheit 2 geleitet, wird komprimiert und wird zu einem gasförmigen Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck. Das Kühlmittel zirkuliert in dem zuvor beschriebenen Prozess. Wenn die Luft innerhalb des Passagierraums erwärmt wird, arbeitet der äußere Wärmetauscher 4 als ein Verdampfer, und der innere Wärmetauscher 1 arbeitet als ein Kondensator.
  • Wenn das Innere des Fahrzeugs hingegen gekühlt wird, wird das Kühlmittel im Uhrzeigersinn zirkuliert, wie es anhand der durchgezogenen Pfeile dargestellt ist. Ein gasförmiges Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck aufgrund des Kompressors in der Kompressoreinheit 2 wird zu dem äußeren Wärmetauscher 4 geleitet und tauscht Wärme mit der Außenluft aus. Entsprechend gibt das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck Wärme an die Außenluft ab, wird kondensiert, verflüssigt sich und wird zu einem flüssigen Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck. Das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck wird durch eine Drossel in der Kompressoreinheit 2 geleitet, wird zu einem flüssigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck und wird zu dem inneren Wärmetauscher 1 geleitet.
  • Das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck absorbiert Wärme von der Luft innerhalb des Passagierraums. Daher wird die Luft innerhalb des Passagierraums gekühlt. Gleichzeitig wird das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck verdampft und wird zu einem gasförmigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck. Das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck wird erneut zu dem Kompressor in der Kompressoreinheit 2 geleitet, wird kondensiert und wird zu einem gasförmigen Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck. Das Kühlmittel zirkuliert in dem zuvor beschriebenen Prozess. Wenn die Luft innerhalb des Passagierraums gekühlt wird, arbeitet der innere Wärmetauscher 1 als ein Verdampfer und der äußere Wärmetauscher 4 als ein Kondensator.
  • Das Dokument EP-A-1108575, das Stand der Technik gemäß Art. 54 (3) EPÜ darstellt, offenbart eine wärmepumpenartige Klimaanlage für ein Fahrzeug, bei der eine Kühloperation oder eine Erwärmungsoperation durchgeführt werden kann. Sie umfasst ein Paar von Wärmetauschern, die den Radiator aufnehmen. Ein Auswahlventil ist vorgesehen, um die Flussrichtung des Kühlmittels in den äußeren Wärmetauschern auszuwählen. Jedoch offenbart dieses Dokument kein Auswahlventil, das derart betrieben werden kann, dass es die gleichzeitige Verwendung beider Wärmetauscher ermöglicht.
  • Das Dokument US-A-4688394 offenbart eine wärmepumpenartige Klimaanlage, bei der eine Kühl- oder eine Erwärmungsoperation durchgeführt werden kann, indem die Flussrichtung eines Kühlmittels ausgewählt wird. Gemäß einer Ausführungsform sind zwei äußere Wärmetauscher vorgesehen, und zwar einer zum Kühlen und der andere zum Erwärmen. Die Wärmetauscher sind beide hinter dem Radiator des Fahrzeugs in Bezug auf die Richtung des Luftstroms angeordnet.
  • ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Die herkömmliche wärmepumpenartige Klimaanlage für ein Fahrzeug weist die nachfolgend genannten Probleme auf, wenn die Luft innerhalb des Passagierraums gekühlt und erwärmt wird.
  • Wenn die Temperatur der Außenluft gering ist und die Luft innerhalb des Passagierraums erwärmt wurde, ist es allgemein erforderlich, Frost zu entfernen, der sich in dem äußeren Wärmetauscher 4 in der wärmepumpenartigen Klimaanlage gebildet hat. Mit anderen Worten ist eine Entfrostungsoperation für den äußeren Wärmetauscher 4 erforderlich. Die Entfrostungsoperation des äußeren Wärmetauschers 4 wird ausgeführt, indem das Erwärmen ausgesetzt und temporär gekühlt wird.
  • Entsprechend wird Kaltluft in den Passagierraum geblasen. Dies steht im Gegensatz zu den Wünschen der Fahrzeuginsassen, und das Behaglichkeitsgefühl der Insassen geht verloren.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wärmepumpenartige Klimaanlage für ein Fahrzeug zu schaffen, bei welcher der Bedarf an einer Entfrostungsoperation minimiert wird, und welche die Behaglichkeit innerhalb des Passagierraums verbessern kann, wenn die Luft innerhalb des Passagierraums erwärmt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Systemansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Systemansicht, die eine herkömmliche wärmepumpenartige Klimaanlage für ein Fahrzeug zeigt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Zur Lösung der Aufgabe ist die vorliegende Erfindung im beiliegenden Anspruch 1 definiert.
  • Gemäß der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug umfasst die Klimaanlage mehrere äußere Wärmetauscher, von denen wenigstens einer hinter der Wärmequelle in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft angeordnet ist. Daher ist es möglich, eine Bildung von Frost während einer Erwärmungsoperation zu minimieren. Insbesondere wenn der Kühlmitteldurchgang, in dem das Kühlmittel strömt, durch die Drossel ausgewählt wird, ist es möglich, den am meisten bevorzugten äußeren Wärmetauscher bedarfsgerecht auszuwählen. Mit anderen Worten tauschen die Kühlmitteltauscher während der Erwärmungsoperation, wenn die Drossel es dem Kühlmittel gestattet, zu dem äußeren Wärmetauscher zu strömen, der hinter der Wärmequelle in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft angeordnet ist, Wärme mit der relativ heißen Außenluft aus, welche die Wärmequelle kontaktiert. Daher bildet sich kaum Frost an dem äußeren Wärmetauscher. Während der Kühloperation hingegen, wenn die Drossel es dem Kühlmittel gestattet, zu dem äußeren Wärmetauscher zu strömen, der vor der Wärmequelle in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft angeordnet ist, tauschen die Kühlmitteltauscher Wärme mit der Außenluft aus, eine relativ geringe Temperatur aufweist und die Wärmequelle nicht kontaktiert.
  • Somit ist es gemäß der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung möglich, die Außenluft zu verwenden, deren Temperatur sich beträchtlich von der Temperatur des Kühlmittels unterscheidet. Daher kann die Effizienz des Wärmetausches in dem äußeren Wärmetauscher verbessert werden.
  • Genauer gesagt ist es möglich, eine Frostbildung während der Erwärmungsoperation zu minimieren. Somit können Perioden, die für eine Entfrostungsoperation erforderlich sind, reduziert werden, und eine behagliche Luftkonditionierung kann erzielt werden. Es können die Wirkungen erzielt werden, welche die Behaglichkeit innerhalb des Passagierraums realisieren.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren wird eine bevorzugte Ausführungsform der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 einen inneren Wärmetauscher, die Bezugsziffer 20 eine Kompressoreinheit, die Bezugsziffer 3 einen Radiator, der eine Wärmequelle darstellt, die Bezugsziffern 41 und 42 äußere Wärmetauscher, die Bezugsziffer 50 ein Auswahlventil mit einer Auswahleinrichtung, und die Bezugsziffer 60 einen Kühlmitteldurchgang.
  • Der innere Wärmetauscher 10 ist in dem Passagierraum angeordnet und führt dem Passagierraum eingestellte Luft zu. Normalerweise umfasst der innere Wärmetauscher 10 eine innere Einheit zusammen mit einem Gebläse. Ein Kühlmittel wird dem inneren Wärmetauscher 10 von der Kompressoreinheit 20 zugeführt. Jedoch unterscheiden sich die Flussrichtung und die Bedingungen des Kühlmittels, wenn der Passagierraum gekühlt wird, von der Flussrichtung und den Bedingungen des Kühlmittels, wenn der Passagierraum erwärmt wird.
  • Genauer gesagt, wenn der Passagierraum erwärmt wird, wird das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck dem inneren Wärmetauscher 10 zugeführt und tauscht Wärme mit aus dem Passagierraum entnommener Luft aus. Wärme des gasförmigen Kühlmittels mit hoher Temperatur und hohem Druck wird durch die dem Passagierraum entnommene Luft absorbiert. Das gasförmige Kühlmittel kondensiert und verflüssigt. Da die aus dem Passagierraum entnommene Luft Wärme von dem gasförmigen Kühlmittel absorbiert, wird die Luft erwärmt.
  • Wenn der Passagierraum hingegen gekühlt wird, absorbiert das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck Wärme von der dem Passagierraum entnommenen Luft in dem inneren Wärmetauscher 10. Daher wird die dem Passagierraum entnommene Luft gekühlt. Die kühle Luft wird dem Passagierraum zugeführt. Da das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck Wärme von der dem Passagierraum entnommenen Luft absorbiert, verdampft das flüssige Kühlmittel und wird zum gasförmigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck.
  • Allgemein ist die Kompressoreinheit 20 an einer geeigneten Position außerhalb des Passagierraums angeordnet, wie beispielsweise in dem Maschinenaufnahmeraum des Fahrzeugs, der mit einer Maschine als eine Antriebsquelle versehen ist. Wenn das Fahrzeug ferner ein Elektrofahrzeug ist, ist der Motor zum Antreiben an einer Position angeordnet, wie beispielsweise der Maschinenaufnahmeraum vor dem Fahrzeugkörper. Wenn das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist, sind der Motor und die Maschine zum Antreiben an einer Position angeordnet, wie beispielsweise der Maschinenaufnahmeraum vor dem Fahrzeugkörper.
  • Die Kompressoreinheit 20 umfasst im Wesentlichen den Kompressor 21, die Drossel 22, das Vierwegeventil 23 und den Sammler 24. Die Kompressoreinheit 20, der zuvor genannte innere Wärmetauscher 10 sowie die nachfolgend genannten äußeren Wärmetauscher 41 und 42 sind durch den Kühlmitteldurchgang 60 miteinander verbunden und bilden einen Kühlmittelkreislauf.
  • Der Kompressor 21 komprimiert das gasförmige Kühlmittel, erzeugt das gasförmige Kühlmittel mit hohem Druck und hoher Temperatur und führt das gasförmige Kühlmittel dem Vierwegeventil 23 zu. Das Vierwegeventil 23 ändert die Flussrichtung des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf 60. Daher wählt das Vierwegeventil 23 entweder die Erwärmungsoperation oder die Kühloperation aus. Die Drossel 22 dekomprimiert und entspannt das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und überführt das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck in das flüssige (nebelige) Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck. Beispielsweise kann ein Kapillarrohr, ein Expansionsventil oder dergleichen als Drossel 22 verwendet werden. Ferner ist der Sammler 24 angeordnet, um die flüssigen Komponenten, die in dem gasförmigen Kühlmittel, das dem Kompressor 21 zugeführt wird, enthalten sind, zu entfernen.
  • Als ein Radiator 30 kann beispielsweise der Kühlkörper für den Antriebsmotor, der in Elektrofahrzeugen vorgesehen ist, der Radiator zum Kühlen der Maschine, die in Hybridfahrzeugen vorgesehen ist, oder dergleichen verwendet werden. Aufgrund seiner Funktion ist der Radiator 30 in einer Position in dem Fahrzeug angeordnet, an der er ohne Umstände der Außenluft ausgesetzt ist. Wenn das Fahrzeug eine herkömmliche Limousine ist, ist der Radiator 30 an der vorderen Endposition in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs angeordnet, an der leicht ein Kontakt mit dem durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugten Wind auftritt, beispielsweise in dem Maschinenaufnahmeraum.
  • Die äußeren Wärmetauscher 41 und 42 sind ein Paar von Wärmetauschern, die derart angeordnet sind, dass sie den Radiator 30 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs zwischen sich aufnehmen. Ferner sind die äußeren Wärmetauscher 41 und 42 parallel in Bezug auf den Kühlmittelkreislauf 60 angeordnet, der den zuvor genannten inneren Wärmetauscher 10, die Kompressoreinheit 20, etc. aufweist. Zudem liegen die Bewegungsbahn des Fahrzeugs und die Bewegungsbahn der Außenluft auf der gleichen Linie, und die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs und die Flussrichtung der Außenluft sind entgegengesetzt. Das bedeutet, dass die Vorderseite in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs der Rückseite in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft entspricht. Das Kühlmittel wird den äußeren Wärmetauschern 41 und 42 von der Kompressoreinheit 20 zugeführt. Jedoch unterscheiden sich die Flussrichtung und die Bedingungen des Kühlmittels, wenn der Passagierraum gekühlt wird, von der Flussrichtung und den Bedingungen des Kühlmittels, wenn der Passagierraum erwärmt wird.
  • Wenn der Passagierraum erwärmt wird, absorbiert das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck Wärme von der Außenluft in den äußeren Wärmetauschern 41 und 42, verdampft und wird zu dem gasförmigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck, und wird in den Kompressor 21 geleitet. In diesem Fall arbeiten die äußeren Wärmetauscher 41 und 42 als Verdampfer.
  • Wenn der Passagierraum gekühlt wird, wird Wärme des gasförmigen Kühlmittels mit hoher Temperatur und hohem Druck von der Außenluft in den äußeren Wärmetauschern 41 und 42 absorbiert. Dann wird das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck kondensiert, verflüssigt, wird zu dem flüssigen Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und wird zu der Drossel 22 und dem inneren Wärmetauscher 10 geleitet. In diesem Fall arbeiten die äußeren Wärmetauscher 41 und 42 als Kondensatoren.
  • Die äußeren Wärmetauscher 41 und 42 sind derart angeordnet, dass sie den Radiator 30 zwischen sich aufnehmen, und sind parallel in Bezug auf den Kühlmittelkreislauf 60 in der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet, wie es zuvor beschrieben wurde. Zudem ist das Auswahlventil 50, das die Flussrichtung des Kühlmittels wählen kann, in dem Kühlmittelkreislauf 60 zwischen den äußeren Wärmetauschern 41 und 42 und der Kompressoreinheit 20 angeordnet. Als Auswahlventil 50 kann ein Dreiwegeventil geeignet verwendet werden, das die Flussrichtung des Kühlmittels zwischen dem äußeren Wärmetauscher 41 und dem äußeren Wärmetauscher 42 auswählen kann.
  • Ferner kann das Auswahlventil 50 es dem Kühlmittel gestatten, in Abhängigkeit von den Bedingungen in drei Richtungen zu strömen. Mit anderen Worten kann das Auswahlventil 50 es dem Kühlmittel erlauben, gemäß dem Bedarf zu beiden äußeren Wärmetauschern 41 und 42 und nicht nur zu dem äußeren Wärmetauscher 41 oder nur zu dem äußeren Wärmetauscher 42 zu strömen.
  • Die Operationen der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend genauer beschrieben, wobei zwischen der Erwärmungsoperation und der Kühloperation getrennt wird.
  • Die Flussrichtung des Kühlmittels zum Erwärmen des Passagierraums ist durch die gestrichelten Pfeile in 1 dargestellt. Das Auswahlventil 50 ist derart eingestellt, dass es dem Kühlmittel gestattet, nur zu dem äußeren Wärmetauscher 42 zu strömen, der hinter dem Radiator 30 in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft angeordnet ist.
  • Der Kompressor 21 zieht und komprimiert das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck, überführt das gasförmige Kühlmittel in das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und leitet das gasförmige Kühlmittel zu dem Vierwegeventil 23. Das Vierwegeventil 23 ist derart eingestellt, dass es dem Kühlmittel gestattet, zu dem inneren Wärmetauscher 10 zu strömen. Daher wird das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck zu dem inneren Wärmetauscher 10 durch den Kühlmitteldurchgang 60 geleitet und tauscht Wärme mit der dem Passagierraum entnommenen Luft in dem inneren Wärmetauscher 10 aus. Es wird also Wärme des gasförmigen Kühlmittels mit hoher Temperatur und hohem Druck durch die dem Passagierraum entnommene Luft absorbiert. Dann kondensiert das gasförmige Kühlmittel, verflüssigt und wird in das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck überführt. Hingegen wird die Luft erwärmt, da die dem Passagierraum entnommene Luft Wärme von dem gasförmigen Kühlmittel absorbiert. Dann wird die erwärmte Luft dem Passagierraum zugeführt.
  • Das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck, das aus dem inneren Wärmetauscher 10 geleitet wird, dekomprimiert und entspannt in der Drossel 22, welche die Kompressoreinheit 20 aufweist und wird zu dem flüssigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck überführt. Anschließend wird das flüssige Kühlmittel zu dem äußeren Wärmetauscher 42 geleitet. Der äußere Wärmetauscher 42 ist hinter dem Radiator 30, der in dem Antriebsmotor erzeugte Wärme ausströmen lässt, in Bezug auf die Flussrichtung des durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugten Windes angeordnet. Somit wird die Außenluft, die beispielsweise durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugter Wind und die durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Gebläse angesaugte Luft, durch Kontakt mit dem Radiator 30 erwärmt. Das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck tauscht Wärme mit der durch den Radiator 30 erwärmten Außenluft aus, d.h., das Kühlmittel absorbiert Wärme von der Außenluft, verdampft und wird zu dem gasförmigen Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck überführt. Mit anderen Worten wird das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck durch die Außenluft, die eine relativ hohe Temperatur aufweist, erwärmt, verdampft und wird in das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck überführt. Daher wird die Effizienz des Wärmetausches zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft verbessert. Zudem kann kaum Frost an dem äußeren Wärmetauscher 42 gebildet werden.
  • Entsprechend können während einer Erwärmungsoperation Perioden, die für eine Entfrostungsoperation erforderlich sind, sowie die Frequenz der Entfrostungsoperation beträchtlich verringert werden.
  • Ferner erzeugt ein Blasen von Kaltluft während einer Erwärmungsoperation für die Insassen des Fahrzeugs ein Unbehagen. Gemäß der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung können Perioden, die zum Blasen von Kaltluft erforderlich sind, und die Frequenz des Blasens von Kaltluft verringert werden.
  • Das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck, das wie zuvor beschrieben gebildet wird, strömt durch das Auswahlventil 50 und wird erneut zu dem Vierwegeventil 23 geleitet. Nach dem Entfernen flüssiger Komponenten durch den Sammler 24 wird das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck durch den Kompressor 21 angesaugt und in dem Kompressor 21 komprimiert. Die Erwärmungsoperation des Passagierraumes wird ausgeführt, indem eine solche Zirkulation des Kühlmittels wiederholt wird.
  • Die Flussrichtung des Kühlmittels beim Kühlen des Passagierraumes ist durch die gestrichelten Pfeile in 1 dargestellt. Das Auswahlventil 50 ist derart eingestellt, dass es dem Kühlmittel gestattet, nur zu dem äußeren Wärmetauscher 41, der vor dem Radiator 30 in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft angeordnet ist, strömt.
  • Der Kompressor 21 zieht und komprimiert das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck, überführt das gasförmige Kühlmittel in das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und leitet das gasförmige Kühlmittel in das Virwegeventil 23. Das Vierwegeventil 23 ist derart eingestellt, dass es dem Kühlmittel gestattet, zu dem äußeren Wärmetauscher 41 zu strömen. Daher wird das gasförmige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck zu dem äußeren Wärmetauscher 41 durch den Kühlmitteldurchgang 60 geleitet und tauscht mit der Außenluft Wärme aus, die beispielsweise mit dem Wind, der durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugt wird, und mit der Luft, die durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Gebläse angesaugt wird. Anschließend kondensiert das gasförmige Kühlmittel, verflüssigt und wird in das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck überführt. Ferner besteht keine Verbindung zwischen der Außenluft und dem Radiator 30 vor dem Wärmetausch in dem äußeren Wärmetauscher 41, und die Außenluft wird relativ gekühlt. Die Wärme des gasförmigen Kühlmittels mit hoher Temperatur und hohem Druck wird durch die Außenluft absorbiert. Da die Temperatur der Außenluft geringer ist, wird die Effizienz des Wärmetausches zwischen der Außenluft und dem gasförmigen Kühlmittel weiter erhöht.
  • Anschließend wird das flüssige Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck zu der Drossel 22 geleitet und in das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck während des Durchgangs durch die Drossel 22 überführt. Das flüssige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck wird zu dem inneren Wärmetauscher 10 gesendet und tauscht Wärme mit der aus dem Passagierraum entnommenen Luft aus. Das flüssige Kühlmittel absorbiert Wärme von der aus dem Passagierraum entnommenen Luft, verdampft, verflüssigt und wird in das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck überführt. Da die Wärme der aus dem Passagierraum entnommenen Luft durch das flüssige Kühlmittel absorbiert wird, wird gleichzeitig Luft gekühlt und dem Passagierraum zugeführt.
  • Das gasförmige Kühlmittel mit geringer Temperatur und geringem Druck, das von dem inneren Wärmetauscher 10 ausgegeben wird, wird erneut durch das Vierwegeventil 23 und dann zum Sammler 24 geleitet. Flüssige Komponenten, die in dem gasförmigen Kühlmittel enthalten sind, werden in dem Sammler 24 entfernt. Das gasförmige Kühlmittel wird wieder durch den Kompressor 21 angesaugt und in dem Kompressor 21 komprimiert. Die Kühloperation des Passagierraums wird ausgeführt, indem eine solche Zirkulation des Kühlmittels wiederholt wird.
  • Gemäß der wärmepumpenartigen Klimaanlage für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann während der Erwärmungsoperation die Außenluft, die eine relativ hohe Temperatur aufweist, zu dem äußeren Wärmetauscher 42 geleitet werden, und das Kühlmittel absorbiert Wärme von der Außenluft. Im Gegensatz dazu kann während der Kühloperation die Außenluft, die eine relativ geringe Temperatur aufweist, zu dem äußeren Wärmetauscher 41 geleitet werden, und Wärme des Kühlmittels wird durch die Außenluft absorbiert. Somit wird die Effizienz des Wärmetausches in den äußeren Wärmetauschern 41 und 42 sowohl während der Kühloperation als auch während der Wärmeoperation verbessert. Insbesondere während der Erwärmungsoperation absorbiert das Kühlmittel Wärme von der Außenluft, die eine relativ hohe Temperatur aufweist; daher kann kaum Frost an dem äußeren Wärmetauscher 42 gebildet werden, und Perioden, die für eine Entfrostungsoperation erforderlich sind, und die Frequenz der Entfrostungsoperation können beträchtlich verringert werden.
  • Ferner wird der einzige äußere Wärmetauscher 41 für die Kühloperation und der einzige äußere Wärmetauscher 42 für die Erwärmungsoperation bei der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform verwendet. Es ist jedoch möglich, die zwei äußeren Wärmetauscher 41 und 42 temporär gleichzeitig zu verwenden, ebenso wie es möglich ist, die zwei äußeren Wärmetauscher 41 und 42 alternativ in einem geeigneten Intervall zu verwenden. Zudem ist es möglich, die Position, die Anzahl und die Struktur des anzuordnenden Auswahlventils 50 in Übereinstimmung mit einer Designänderung zu modifizieren.

Claims (5)

  1. Wärmepumpenartige Klimaanlage für ein Fahrzeug, in der eine Kühloperation oder eine Erwärmungsoperation durch Auswahl der Flussrichtung eines Kühlmittels durchgeführt wird, wobei die Klimaanlage aufweist: einen inneren Wärmetauscher (10) zum Austausch von Wärme zwischen einem Kühlmittel und Luft innerhalb eines Passagierraums; mehrere äußere Wärmetauscher (41, 42) zum Austausch von Wärme zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft; eine Kompressoreinheit mit einem Kompressor (21), einer Drossel (22) und einem Vierwegeventil (23); und einen Kühlmitteldurchgang (60), der den inneren Wärmetauscher (10), die äußeren Wärmetauscher (41, 42) und die Kompressoreinheit miteinander verbindet, wobei die äußeren Wärmetauscher (41, 42) derart angeordnet sind, dass sie eine Wärmequelle (30) zwischen sich und parallel aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswahlventil (50) zum Auswählen einer Richtung des Kühlmittelstroms an dem Kühlmitteldurchgang (60) zwischen den äußeren Wärmetauschern (41, 42) und der Kompressoreinheit angeordnet ist; und dass die äußeren Wärmetauscher (41, 42), die angeordnet sind, um die Wärmequelle (30) parallel zwischen sich aufzunehmen, simultan durch Einstellen des Auswahlventils (50) verwendet werden können.
  2. Wärmepumpeartige Klimaanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle (30) ein Radiator ist.
  3. Wärmepumpeartige Klimaanlage für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle (30) ein Kühlkörper ist.
  4. Wärmepumpeartige Klimaanlage für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Auswahlventil (50) es dem Kühlmittel gestattet, zu dem äußeren Wärmetauscher (42), der hinter der Wärmequelle in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft während der Erwärmungsoperation angeordnet ist, zu strömen.
  5. Wärmepumpeartige Klimaanlage für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Auswahlventil (50) es dem Kühlmittel erlaubt, zu dem äußeren Wärmetauscher (41), der vor der Wärmequelle in Bezug auf die Flussrichtung der Außenluft während der Kühloperation angeordnet ist, zu strömen.
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