DE10145951B4 - Fahrzeugklimaanlage mit Entfrosterbetrieb durch externen Wärmetauscher - Google Patents

Fahrzeugklimaanlage mit Entfrosterbetrieb durch externen Wärmetauscher Download PDF

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Abstract

Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle, aufweisend- einen Heizwärmepumpenkreislauf (100) mit einem Verdichter (110) zum Verdichten und Austragen von Kältemittel, einem internen Wärmetauscher (120) zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel und Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, und einem externen Wärmetauscher (130) zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel und Außenluft außerhalb der Fahrgastzelle;- einen Heizerkern (210) zum Heizen von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird durch Durchführen eines Wärmetausches zwischen Luft und einem Fluid, das Abwärme rückgewinnt, die im Fahrzeug erzeugt wird; ein Einfrierermittlungsmittel (S160, S260, S360, S420) zum Ermitteln, ob eine Oberfläche des externen Wärmetauschers eingefroren ist;- ein Heizkapazitätsermittlungsmittel zum Ermitteln, ob eine Heizkapazität des Heizerkerns größer als eine vorbestimmte Kapazität ist;eine Steuereinheit (310) zum Steuern des Betriebs des Heizwärmepumpenkreislaufs, wobeidie Steuereinheit (310) geeignet ist, zumindest dann, wenn das Einfrierermittlungsmittel (S160, S260, S360, S420) einEinfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers (130)ermittelt, und wenn das Heizkapazitätsermittlungsmittel ermittelt, dass die Heizkapazität des Heizerkerns (210)größer als die vorbestimmte Kapazität ist, einen Entfrostungsvorgang durchzuführen, bei dem die Oberfläche des externen Wärmetauschers (130)entfrostet bzw. von eingefrorenem Wasser befreit wird;und- eine Fahrzeuggeschwindigkeitsermittlungseinheit (322) zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs), wobei die Steuereinheit (310) geeignet ist, den Entfrostungsvorgang durchzuführen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine erste vorbestimmte Geschwindigkeit (Vs1) und niedriger als eine zweite vorbestimmte Geschwindigkeit (Vs2) ist, die größer als die erste vorbestimmte Geschwindigkeit ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit einem Heizerkern, der in einem Heizwärmepumpenkreislauf erzeugte Abwärme und ein Fahrzeug als Wärmequelle nutzt und die zur Anwendung auf ein Elektrofahrzeug geeignet ist.
  • Wenn ein Heizvorgang in einem herkömmlichen Heizwärmepumpenkreislauf (Wärmepumpe) durchgeführt wird, ist es bekannt, dass eine Oberfläche eines externen Wärmetauschers einfriert. Wenn die Wärmepumpe betätigt wird, während die Oberfläche des externen Wärmetauschers eingefroren ist, wird jedoch die Wärmeabsorptionsfähigkeit des äußeren Wärmetauschers beeinträchtigt. In der JP H10-166 846 A wird deshalb aus einem Verdichter ausgetragenes Hochtemperaturkältemittel dem externen Wärmetauscher zum Entfrosten der Oberfläche des externen Wärmetauschers zugeführt. Ein Heizvorgang kann jedoch nicht durchgeführt werden, während aus dem Verdichter ausgetragenes Kältemittel dem externen Wärmetauscher zugeführt wird (d. h., während des Entfrostungsvorgangs).
  • Wenn andererseits in der JP H09-142 139 A das Einfrieren der Oberfläche des externen Wärmetauschers ermittelt wird, wird das Einfrieren beschränkt, indem eine auf einen internen Wärmetauscher o. dgl. geblasene Luftmenge verringert wird. Der Zeitpunkt zum Starten des Entfrostungsvorgangs wird demnach verzögert, wodurch die Zeit verlängert wird (Wärmeandauerzeit), für die ein Heizvorgang durchgeführt werden kann. Wenn der Betrieb des Heizwärmepumpenkreislaufs fortgesetzt wird, während die Oberfläche des externen Wärmetauschers eingefroren ist, wird der Heizwärmepumpenkreislauf in einem Zustand betätigt, in dem das Wärmepumpvermögen bzw. der Wärmepumpwirkungsgrad beeinträchtigt ist. Der Energieverbrauch des Heizwärmepumpenkreislaufs (des Verdichters) wird deshalb erhöht.
  • In der JP H10-175 415 A ist ein Heizerkern unter Verwendung von Abwärme zusätzlich zu dem Heizwärmepumpenkreislauf so vorgesehen, dass ein Heizvorgang selbst während eines Entfrostungsvorgangs durchgeführt werden kann. In einem Fahrzeug mit einer relativ kleinen Abwärmemenge, wie etwa einem Elektrofahrzeug, kann ein ausreichendes Heizen jedoch während des Entfrostungsvorgangs nicht erzielt werden.
  • Die JP H05-77 636 A beschreibt eine Wärmepumpen-Klimaanlage für ein Fahrzeug, welche ein Unterkühlen des Fahrzeuginnenraums vermeiden soll.
  • Die JP S60-252 023 A beschreibt eine andere Wärmepumpen-Klimaanlage für ein Fahrzeug, welche einen Anstieg des Brennstoffverbrauchs vermeiden soll.
  • Angesichts der vorstehend genannten Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Fahrzeugklimaanlage zu schaffen, die selbst bei einem Entfrostungsvorgang ausreichendes Heizen erzielen kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst in einer Fahrzeugklimaanlage ein Heizwärmepumpenkreislauf einen Verdichter zum Verdichten und Austragen von Kältemittel, einen internen Wärmetauscher zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel und von in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs geblasener Luft, einen externen Wärmetauscher zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel und Außenluft außerhalb der Fahrgastzelle. Ein Heizerkern ist zum Heizen von Luft vorgesehen, die in die Fahrgastzelle geblasen wird durch Durchführen eines Wärmetausches zwischen Luft und einem Fluid, das Abwärme rückgewinnt, die in dem Fahrzeug erzeugt wird. Die Fahrzeugklimaanlage weist eine Entfrostungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln auf, ob eine Oberfläche des externen Wärmetauschers eingefroren ist, eine Heizkapazitätsermittlungseinrichtung zum Ermitteln, ob eine Heizkapazität des Heizerkerns größer als eine vorbestimmte Kapazität ist, und eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des Heizwärmepumpenkreislaufs. Zumindest dann, wenn in der Fahrzeugklimaanlage die Entfrostungsermittlungseinrichtung einen Entfrostungsvorgang auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers ermittelt, und wenn die Heizkapazitätsermittlungseinrichtung ermittelt, dass die Heizkapazität des Heizerkerns größer als die vorbestimmte Kapazität ist, führt die Steuereinheit einen Entfrostungsvorgang durch, demnach die Oberfläche des externen Wärmetauschers entfrostet wird. Selbst beim Entfrostungsvorgang kann dadurch ein ausreichendes Heizen erzielt werden. Da der Entfrostungsvorgang durchgeführt wird, während ausreichendes Heizen erzielt wird, kann verhindert werden, dass der Heizwärmepumpenkreislauf mit großer Energie betätigt wird und in dem Verdichter verbrauchte Energie kann beim Heizvorgang verringert werden. Wenn bei der vorliegenden Erfindung die Heizkapazität des Heizerkerns größer als die vorbestimmte Kapazität ist, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns zum Heizen der Fahrgastzelle ausreicht.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in einer Fahrzeugklimaanlage eine Verhältniseinstelleinheit vorgesehen, um ein Verhältnis einer Luftmenge, die durch eine Innenlufteinleitöffnung eingeleitet wird, zu einer Luftmenge, die durch eine Außenlufteinleitöffnung eingeleitet wird, einzustellen, und eine Entfrostungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln, ob eine Oberfläche des externen Wärmetauschers entfrostet ist, ist vorgesehen. Zumindest dann, wenn die Entfrostungsermittlungseinrichtung einen Entfrostungsvorgang auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers ermittelt, führt in diesem Fall die Steuereinheit einen Entfrostungsvorgang durch, demnach die Oberfläche des externen Wärmetauschers entfrostet wird und die Verhältniseinstelleinheit vergrößert das Verhältnis der Innenluftmenge, die durch die Innenlufteinleitöffnung eingeleitet wird. In dem Entfrostungsvorgang kann eine Heizlast des Heizerkerns demnach kleiner gemacht werden und ausreichendes Heizen kann erzielt werden. D. h., beim Entfrostungsvorgang zum Entfrosten des externen Wärmetauschers wird die Heizkapazität des Heizerkerns vergrößert. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Heizkapazität des Heizerkerns erhöht werden durch Heizen des Fluids, das dem Heizerkern zugeführt wird, durch Verringern des Durchsatzes des Fluids, durch Erhöhen der Drehzahl eines Motors, durch einen Stoppvorgang für ein Gebläse zum Blasen von Außenluft in Richtung auf einen Kühler, der das Fluid kühlt, durch Erhöhen der Leistungsabgabe einer Kraftstoffzelle o. dgl.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage mit einem Heizwärmepumpenkreislauf in Übereinstimmung mit einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2 ein schematisches Diagramm eines Steuersystems einer Klimaanlage in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
    • 3 eine schematische Ansicht der Klimaanlage bei einem Kühlvorgang in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
    • 4 ein Flussdiagramm des Steuervorgangs der Klimaanlage in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
    • 5 eine schematische Ansicht der Klimaanlage bei einem Heizvorgang in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform,
    • 6 ein Flussdiagramm des Steuervorgangs der Klimaanlage in Übereinstimmung mit einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 7 ein Flussdiagramm des Steuervorgangs der Klimaanlage in Übereinstimmung mit einer dritten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 8 ein Flussdiagramm des Steuervorgangs der Klimaanlage in Übereinstimmung mit einer vierten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 9 eine schematische Darstellung der Klimaanlage in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform,
    • 10 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage bei einem Entfrostungsvorgang in Übereinstimmung mit einer fünften, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 11 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage bei einem Entfrostungsvorgang in Übereinstimmung mit einer sechsten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 12 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage bei einem Entfrostungsvorgang in Übereinstimmung mit einer siebten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 13 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage bei einem Entfrostungsvorgang in Übereinstimmung mit einer achten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 14 eine schematische Ansicht eines Heizvorgangs in Übereinstimmung mit einer neunten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 15 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage bei einem Entfrostungsvorgang in Übereinstimmung mit der neunten Ausführungsform,
    • 16 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage bei einem Entfrostungsvorgang in Übereinstimmung mit einer zehnten, bevorzugten Ausführungsform, und
    • 17 eine schematische Ansicht einer Klimaanlage bei einem Entfrostungsvorgang in Übereinstimmung mit einer elften, bevorzugten Ausführungsform.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Bei der ersten Ausführungsform wird eine Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung typischerweise für ein Elektrofahrzeug mit einer Kraftstoffzelle (FC-Stapel) als Stromversorgung eingesetzt. Die erste Ausführungsform wird nunmehr unter Bezug auf 1 - 5 erläutert.
  • In 1 ist ein Heizwärmepumpenkreislauf (eine Heizpumpe) 100 durch eine doppelt punktierte Linie umschlossen und so ausgelegt, dass sie eine Betriebsart zwischen einer Heizbetriebsart, einer Kühlbetriebsart und einer Entfrosterbetriebsart umschaltet, und eine Kraftstoffzelle (eine makromolekulare Elektrolytkraftstoffzelle) 200 ist dazu ausgelegt, elektrischen Strom durch chemische Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff zu erzeugen.
  • Ein Verdichter 110 (ein elektrischer Verdichter) saugt Kältemittel unter Verwendung einer Invertersteuerung an und verdichtet es. Ein interner Wärmetauscher 120 ist dazu ausgelegt, einen Wärmetausch zwischen Kältemittel und Luft durchzuführen, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, und ein externer Wärmetauscher 130 ist dazu ausgelegt, einen Wärmetausch zwischen Kältemittel und Außenluft durchzuführen.
  • Ein Vierwegeumschaltventil 140 ist dazu ausgelegt, einen Kältemittelstrom bzw. -durchsatz von dem Verdichter 110 zu dem internen Wärmetauscher 120 oder einen Kältemittelstrom bzw. - durchsatz von dem Verdichter 110 zu dem externen Wärmetauscher 130 umzuschalten. Ein Akkumulator (Gas-/Flüssigkeitstrenntank) 150 ist dazu ausgelegt, Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel zu trennen. Der Akkumulator 150 akkumuliert im Innern flüssiges Kältemittel, bei dem es sich um Überschusskältemittel in dem Heizwärmepumpenkreislauf 100 handelt, während gasförmiges Kältemittel zur Ansaugseite des Verdichters 110 eingeleitet wird.
  • Eine elektrische Kühl-/Dekompressionseinrichtung 161 ist dazu ausgelegt, Kältemittel zu dekomprimieren, das aus dem externen Wärmetauscher 130 beim Kühlvorgang ausströmt und eine elektrische Heizdekompressionseinrichtung 162 ist dazu ausgelegt, Kältemittel zu dekomprimieren, das aus dem internen Wärmetauscher 120 beim Heizvorgang ausströmt. Der jeweilige Öffnungsgrad dieser Dekompressionseinrichtungen (Dekompressionsventile) 161, 162 wird durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) gesteuert, wie nachfolgend erläutert.
  • Ein erstes Rückschlagventil 171 ist dazu ausgelegt, zu verhindern, dass Kältemittel durch die Kühldekompressionseinrichtung 161 beim Heizvorgang hindurchtritt, und ein zweites Rückschlagventil 172 ist dazu ausgelegt, zu verhindern, dass Kältemittel durch die Heizdekompressionseinrichtung 162 beim Kühlvorgang hindurchtritt.
  • Ein Klimatisierungsgehäuse 300 ist dazu ausgelegt, einen Luftdurchlass festzulegen, durch den Luft in die Fahrgastzelle geblasen wird. Das Klimatisierungsgehäuse 300 weist eine Innenlufteinleitöffnung 301 auf, durch die Innenluft innerhalb der Fahrgastzelle eingeleitet wird, und eine Außenlufteinleitöffnung 302, durch die Außenluft außerhalb der Fahrgastzelle eingeleitet wird, und zwar auf der stromaufwärtigen Seite hiervon. Eine Innen-/Außenumschaltklappe 303 ist dazu ausgelegt, die Innenlufteinleitöffnung 301 und die Außenlufteinleitöffnung 302 selektiv zu öffnen und zu schließen und ein Zentrifugalgebläse 304 ist dazu ausgelegt, Luft in die Fahrgastzelle durch den Luftdurchlass des Klimatisierungsgehäuses 300 zu blasen.
  • Der interne Wärmetauscher 120 des Heizwärmepumpenkreislaufs 100 ist auf einer luftstromabwärtigen Seite des Gebläses 304 in dem Klimatisierungsgehäuse 300 angeordnet. Ein Heizerkern 210 zum Heizen von Luft unter Verwendung von Kühlwasser (Fluid) mit rückgewonnener Abwärme, die aus der Kraftstoffzelle 200 erzeugt wird, ist auf der luftstromabwärtigen Seite des internen Wärmetauschers 120 in dem Klimatisierungsgehäuse 300 angeordnet.
  • Eine Luftmischklappe (Lufttemperatureinstelleinrichtung) 305 stellt die Temperatur von Luft ein, die in die Fahrgastzelle geblasen wird durch Einstellen eines Verhältnisses zwischen einer Luftströmungsmenge bzw. einer Luftdurchsatzmenge (warme Luft, die durch das Kühlwasser geheizt wird), die durch den Heizerkern 210 hindurchtritt, und einer Strömungsmenge bzw. eines Durchsatzes von Luft (kühle Luft), die den Heizerkern 210 umgeht bzw. umströmt.
  • Auf einer luftstromabwärtigen Seite der Luftmischklappe 305 (Heizerkern 210) weist das Klimatisierungsgehäuse 300 eine Gesichtsöffnung auf, durch die klimatisierte Luft in Richtung auf die obere Hälfte des Körpers eines Fahrgasts geblasen wird, eine Fußöffnung, durch die klimatisierte Luft in Richtung auf den Fußbereich des Fahrgasts geblasen wird, und eine Entfrosteröffnung, durch die Luft in Richtung auf die Innenseite einer Windschutzscheibe geblasen wird. Betriebsartumschaltklappen zum Öffnen und Schließen der Öffnungen sind auf einer luftstromaufwärtigen Seite der Öffnungen in dem Klimatisierungsgehäuse 300 angeordnet.
  • Die Betriebsartumschaltklappen, die Luftmischklappe 305 und die Innen-/Außenumschaltklappe 303 werden durch Servomotoren (Antriebsmittel) M1-M3 angetrieben und diese Servomotoren M1-M3 und ein Elektromotor M4 des Gebläses 304 werden durch die elektronische Steuereinheit (ECU) 310 gesteuert, wie in 2 gezeigt.
  • Ermittlungswerte von einer Sensorgruppe und ein Sollwert, der auf einem Temperatursteuerpult 320 eingestellt wird, werden in die ECU 310 eingegeben. Bei dem Sollwert handelt es sich um eine Temperatur der Fahrgastzelle, die durch einen Fahrgast angefordert wird. Die Sensorgruppe umfasst einen Austragdrucksensor (Austragdruckermittlungsmittel) 311 zum Ermitteln eines Drucks Sp von Kältemittel, das aus dem Verdichter 110 ausgetragen wird, einen internen Auslasskältemitteltemperatursensor (internes Auslasskältemitteltemperaturermittlungsmittel) 312 zum Ermitteln einer Temperatur Tco von Kältemittel, das aus dem internen Wärmetauscher 120 ausströmt, einen externen Auslasskältemitteltemperatursensor (externes Auslasskältemitteltemperaturermittlungsmittel) 313 zum Ermitteln einer Temperatur Tho von Kältemittel, das aus dem externen Wärmetauscher 130 ausströmt, einen Wassertemperatursensor (Wassertemperaturermittlungsmittel) 314 zum Ermitteln einer Temperatur Tw von Kühlwasser (heißes Wasser), das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, einen Austragkältemitteltemperatursensor (Austragkältemitteltemperaturermittlungsmittel) 315 zum Ermitteln einer Temperatur Td von Kältemittel, das aus dem Verdichter 110 ausgetragen wird, einen Außentemperatursensor (Außentemperaturermittlungsmittel) 316 zum Ermitteln einer Temperatur Tam von Außenluft, einen Innenlufttemperatursensor (Innenlufttemperaturermittlungsmittel) 317 zum Ermitteln einer Temperatur Te von Luft, unmittelbar nachdem diese den internen Wärmetauscher 120 durchsetzt hat, einen Innenlufttemperatursensor (Innenlufttemperaturermittlungsmittel) 318 zum Ermitteln einer Temperatur Tr von Innenluft, und einen Sonnenstrahlungssensor (Sonnenstrahlungsintensitätsermittlungsmittel) 319 zum Ermitteln einer Sonnenstrahlungsintensität Ts von Sonnenstrahlung, die in die Fahrgastzelle eintritt.
  • Unter Verwendung der Ermittlungswerte von den Sensoren 311-319 und einer Solltemperatur Tset auf dem Temperatursteuerpult 320 steuert die ECU 310 die Betriebsartumschaltklappen (Servomotor M1), die Luftmischklappe 305 (Servomotor M2), die Innen-/Außenumschaltklappe 303 (Servomotor M3), das Gebläse 304 (Elektromotor M4), die Dekompressionseinrichtungen 161, 162, das Vierwegeumschaltventil 140 und den Verdichter 110 auf Grundlage eines voreingestellten Programms.
  • Als nächstes erfolgt eine Erläuterung der Arbeitsweise in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform.
  • Kühlbetrieb
  • Wenn ein Kühlbetriebsschalter (nicht gezeigt) eingeschaltet wird, strömt aus dem Verdichter 110 ausgetragenes Kältemittel in den externen Wärmetauscher 130, während sämtliche Luft, die den internen Wärmetauscher 120 durchsetzt hat, den Heizerkern 210 umgeht bzw. umströmt durch Verschließen von Kernoberflächen des Heizerkerns 210 unter Verwendung der Luftmischklappe 305, wie in 3 gezeigt. Kältemittel zirkuliert damit in dem Heizwärmepumpenkreislauf 100 von dem Verdichter 110 zum Verdichter 110 durch den externen Wärmetauscher 130, die Kühldekompressionseinrichtung 161, den internen Wärmetauscher 120 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Kältemittel wird deshalb durch Außenluft abgekühlt, um in dem externen Wärmetauscher 130 verflüssigt zu werden, und das verflüssigte Kältemittel wird in dem internen Wärmetauscher 120 durch Absorbieren von Wärme aus Luft verdampft, um in die Fahrgastzelle geblasen zu werden. Durch den internen Wärmetauscher 120 hindurchtretende Luft wird abgekühlt.
  • Da im Klimatisierungsgehäuse 300 im internen Wärmetauscher 120 abgekühlte Luft den Heizerkern 210 umgeht, wird kühle Luft, die im internen Wärmetauscher 120 abgekühlt wurde, in die Fahrgastzelle zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Temperatur von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll, gesteuert werden durch Steuern des Betriebs (beispielsweise der Drehzahl) des Verdichters 110, wie im Folgenden ausgeführt.
  • Zunächst wird eine Zieltemperatur (d. h., eine Ziellufttemperatur TAO) von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, d. h., eine Zieltemperatur von Luft, unmittelbar nachdem diese den internen Wärmetauscher 120 durchsetzt hat (Zielnachlufttemperatur TEO) berechnet auf Grundlage der folgenden Formel (1) unter Verwendung der Solltemperatur Tset, der Innenlufttemperatur (Temperatur, die durch den Innentemperatursensor 318 ermittelt wird) Tr, einer Außenlufttemperatur (Temperatur, die durch den Außentemperatursensor 316 ermittelt wird) Tam und der Sonnenstrahlungsmenge Ts, die in die Fahrgastzelle eintritt (Ermittlungswert von dem Sonnenstrahlungssensor 319) berechnet. TEO  ( TAO ) = Kset × Tset − Kr × Tr − Kam × Tam − Ks × Ts + C
    Figure DE000010145951B4_0001
    wobei Kset, Kr, Kam und Ks Steuerverstärkungen sind, und wobei C eine Korrekturkonstante ist.
  • Daraufhin wird die Drehzahl des Verdichters 110 durch den Inverter derart gesteuert, dass die Temperatur Te (Temperatur ermittelt durch den Innenlufttemperatursensor 317) von Luft, unmittelbar nachdem sie den internen Wärmetauscher 120 durchsetzt hat, die Temperatur TEO einnimmt.
  • Heizbetrieb
  • Der Heizbetrieb bzw. der Heizvorgang der Klimaanlage wird nun unter Bezug auf das Flussdiagramm in 4 erläutert.
  • Wenn ein Heizbetriebsschalter der Klimaanlage eingeschaltet wird, werden Ermittlungssignale von den Sensoren 311 - 319 in die ECU 310 im Schritt S100 eingegeben. Die ECU 310 berechnet eine Zieltemperatur (TAO) von Luft, unmittelbar nachdem diese den Heizerkern 210 durchsetzt hat, d. h., eine Zielwassertemperatur TWO auf Grundlage der folgenden Formel (2) unter Verwendung der eingegebenen Ermittlungswerte im Schritt S110. TWO  ( TAO ) = Kset × Tset − Kr × Tr − Kam × Tam − Ks × Ts + C
    Figure DE000010145951B4_0002
    wobei Kset, Kr, Kam und Ks Steuerverstärkungen sind, und wobei C eine Korrekturkonstante ist. Obwohl die Formel (1) identisch zur Formel (2) ist, unterscheidet sich der jeweilige Wert Kset, Kr, Kam, Ks und C zwischen den Formeln (1) und (2) .
  • Daraufhin wird ermittelt, ob die Temperatur Tw (Temperatur ermittelt durch den Wassertemperatursensor 314) von heißem Wasser, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, gleich oder höher als die berechnete Temperatur TWO ist, und zwar im Schritt S120. Wenn die Temperatur Tw gleich oder höher als die Temperatur TWO ist, wird ermittelt, dass die Fahrgastzelle ausreichend geheizt werden kann unter Verwendung von Abwärme von der Kraftstoffzelle 200. Daraufhin wird ein Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 305 ermittelt und das Verhältnis zwischen dem Durchsatz von warmen Wasser und dem Durchsatz von kühler Luft wird gesteuert durch die Luftmischklappe 305, wodurch die Temperatur von Luft eingestellt wird, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll, und zwar im Schritt S130.
  • Wenn andererseits die Zielwassertemperatur TWO höher als die Wassertemperatur Tw ist, wird ermittelt, dass die Fahrgastzelle nicht ausreichend geheizt werden kann unter Verwendung von Abwärme von der Kraftstoffzelle 200. In diesem Fall wird eine zusätzliche Heizkapazität für den Heizwärmepumpenkreislauf100, die erforderlich ist, um den Heizerkern 210 zusätzlich zu heizen, unter Verwendung einer Differenz zwischen der Zielwassertemperatur TWO und der Wassertemperatur Tw im Schritt S140 berechnet. Als nächstes wird im Schritt S150 die Drehzahl des Verdichters 110 durch den Inverter derart gesteuert, dass die Temperatur Te (Temperatur ermittelt durch den internen Lufttemperatursensor 317) von Luft, unmittelbar nachdem diese den internen Wärmetauscher 120 durchsetzt hat, eine Temperatur entsprechend der Heizkapazität (erforderliche zusätzliche Heizkapazität) des Heizwärmepumpenkreislaufs 100 einnimmt, die im Schritt S140 berechnet wird.
  • In diesem Fall zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den internen Wärmetauscher 120, die Heizdekompressionseinrichtung 162, den externen Wärmetauscher 130 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Das Kältemittel wird in dem internen Wärmetauscher 120 durch Strahlen von Wärme in die Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, verflüssigt, und das verflüssigte Kältemittel wird in dem externen Wärmetauscher 130 durch Absorbieren von Wärme aus Außenluft verdampft. Den internen Wärmetauscher 120 durchsetzende Luft wird dadurch geheizt.
  • Die Luftmischklappe 305 wird derart geöffnet, dass die gesamte Luft, die den internen Wärmetauscher 120 durchsetzt, den Heizerkern 210 durchsetzt, ohne diesen zu umgehen.
  • Als nächstes wird im Schritt S160 (Einfrierermittlungsmittel) ermittelt, ob oder ob nicht die Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 eingefroren ist auf Grundlage der Außenlufttemperatur Tam, der Kältemitteltemperatur (Temperatur ermittelt durch den externen Auslasskältemitteltemperatursensor 313) Tho u. dgl. ermittelt. Wenn ermittelt wird, dass die Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 nicht eingefroren ist, wird der Betrieb des Verdichters 110 kontinuierlich durchgeführt.
  • Wenn im Schritt S160 ermittelt wird, dass die Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 eingefroren ist, wird die Wassertemperatur Tw im Schritt S170 gelesen. Im Schritt S180 (Heizkapazitätsermittlungsmittel) wird ermittelt, ob eine Temperaturdifferenz zwischen der Zielwassertemperatur TWO und der Wassertemperatur Tw, gelesen im Schritt S170, größer als eine vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist.
  • Wenn bei der ersten Ausführungsform eine Temperaturdifferenz ΔT (Tam - Tho) zwischen der Außenlufttemperatur Tam und der externen Auslasskältemitteltemperatur Tho größer als eine vorbestimmte Temperaturdifferenz C2 (beispielsweise 18° C bei der ersten Ausführungsform) ist, und wenn diese Bedingung für eine vorbestimmte Zeitdauer T1 fortdauert, kann das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt werden.
  • Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Zielwassertemperatur TWO und der Wassertemperatur Tw größer als die vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist, d. h., wenn die Wassertemperatur Tw niedriger als eine vorbestimmte Temperatur Tf ist, die durch die Solltemperatur Tset u. dgl. ermittelt wird, wird ermittelt, dass dieser Heizvorgang nicht aufrecht erhalten werden kann durch heißes Wasser, das von der Kraftstoffzelle 200 zugeführt wird, und der Betrieb des Verdichters 110 wird kontinuierlich durchgeführt.
  • Wenn die Temperaturdifferenz (TWO - TW) gleich oder kleiner als die vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist, d. h., wenn die Wassertemperatur Tw gleich oder größer als die vorbestimmte Temperatur Tf ist, wird ermittelt, dass dieser Heizbetrieb aufrecht erhalten werden kann durch heißes Wasser, das von der Kraftstoffzelle 200 zugeführt wird. In diesem Fall wird der Entfrostungsvorgang im Schritt S190 durchgeführt.
  • Bei diesem Entfrostungsvorgang zirkuliert, ähnlich wie beim Kühlvorgang, Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den externen Wärmetauscher 130, die Kühldekompressionseinrichtung 161, den internen Wärmetauscher 120 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge.
  • Als nächstes werden die Merkmale der Klimaanlage entsprechend der ersten Ausführungsform erläutert.
  • Wenn in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform ermittelt wird, dass die Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 eingefroren ist und die Temperatur des Wassers, das dem Heizerkern zugeführt wird, gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, wird das Entfrosten des externen Wärmetauschers 130 durchgeführt. Ein hinreichendes Wärmeempfinden kann dadurch selbst dann erhalten werden, wenn der Entfrostungsvorgang des externen Wärmetauschers 130 durchgeführt wird. Weil der Entfrostungsvorgang durchgeführt werden kann, während ein ausreichendes Wärmeempfinden sichergestellt ist, kann der Heizwärmepumpenkreislauf 100 (Verdichter 110) daran gehindert werden, seinen Betrieb fortzusetzen, während sein Energieverbrauch erhöht ist, wodurch der verbrauchte elektrische Strom (Antriebsenergie) begrenzt wird.
  • Wenn die zum Heizen der Fahrgastzelle erforderliche Wärmemenge ausreichend von der Kraftstoffzelle 200 erhalten werden kann, wird der Heizvorgang ausschließlich unter Verwendung des Heizerkerns 210 ohne Betätigen des Heizwärmepumpenkreislaufs 100 (Verdichter 110) durchgeführt. Die Fahrzeugenergiequelle kann dadurch wirksam genutzt werden.
  • Wenn bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, und wenn die Heizkapazität des Heizerkerns 210 größer als eine vorbestimmte Kapazität ist, wird der Entfrostungsvorgang durchgeführt.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Wenn bei der zweiten Ausführungsform ein Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, wenn die Temperatur des heißen Wassers, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist, und wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vs gleich oder höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit Vso (bei der zweiten Ausführungsform beispielsweise 11 km/Stunde) ist, wird der Entfrostungsvorgang durchgeführt.
  • Der Frost bzw. das Eis wird demnach geschmolzen durch den Entfrostungsvorgang und das Schmelzwasser kann durch den Fahrzeugfahrtwind weggeblasen werden. Wenn der Heizvorgang erneut durchgeführt wird, nachdem der Entfrostungsvorgang beendet ist, kann verhindert werden, dass Wassertropfen (Frost bzw. gefrorenes Wasser), geschmolzen im Entfrostungsvorgang, erneut einfrieren können, wodurch die Heizbetriebszeit verlängert wird.
  • Als nächstes wird die Arbeitsweise einer Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform unter Bezug auf das Flussdiagramm von 6 erläutert.
  • Wenn der Heizbetriebsschalter eingeschaltet wird, werden Ermittlungssignale von den Sensoren 311 - 319 in die ECU 310 im Schritt S200 eingegeben und die Ziellufttemperatur TAO (Zielwassertemperatur TWO) wird auf Grundlage der vorstehend genannten Formel (2) unter Verwendung der eingegebenen Ermittlungssignale im Schritt S210 berechnet.
  • Daraufhin wird ermittelt, ob die Temperatur Tw (Temperatur ermittelt durch den Wassertemperatursensor 314) von heißem Wasser, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, gleich oder höher als die Temperatur TWO ist, und zwar im Schritt S220. Wenn die Temperatur TW gleich oder höher als die Temperatur TWO ist, wird ermittelt, dass die Fahrgastzelle ausreichend geheizt werden kann ausschließlich unter Verwendung der Wärme von der Kraftstoffzelle 200. Daraufhin wird der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 305 ermittelt und das Verhältnis zwischen dem Durchsatz von warmer Luft und dem Durchsatz von kühler Luft wird gesteuert durch die Luftmischklappe 305, wodurch die Temperatur der Luft eingestellt wird, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll, und zwar im Schritt S230.
  • Wenn die Zielwassertemperatur TWO höher als die Wassertemperatur Tw ist, wird ermittelt, dass die Fahrgastzelle nicht ausreichend geheizt werden kann ausschließlich unter Verwendung der Abwärme von der Kraftstoffzelle 200. In diesem Fall wird zusätzliche Wärmekapazität für den Heizwärmepumpenkreislauf 100, die erforderlich ist, um den Heizerkern 210 zusätzlich zu heizen, berechnet unter Verwendung der Differenz zwischen der Zielwassertemperatur TWO und der Wassertemperatur Tw im Schritt S240. Im Schritt S250 wird die Drehzahl des Verdichters 110 durch den Inverter derart gesteuert, dass die Temperatur Te, ermittelt durch den internen Wärmesensor 317, die Temperatur entsprechend der erforderlichen zusätzlichen Heizkapazität einnimmt.
  • In diesem Fall zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den internen Wärmetauscher 120, die Heizdekompressionseinrichtung 162, den externen Wärmetauscher 130 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Das Kältemittel wird im internen Wärmetauscher 120 verflüssigt durch Abstrahlen von Wärme in Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, und das verdichtete Kältemittel wird in dem externen Wärmetauscher 130 durch Absorbieren von Wärme aus Außenluft verdampft. Die Luftmischklappe 305 wird geöffnet, so dass die gesamte, den internen Wärmetauscher 120 durchsetzende Luft den Heizerkern 210 ohne Umgehen desselben durchsetzt.
  • Als nächstes wird im Schritt S260 (Entfrostungsermittlungseinrichtung) ermittelt, ob die Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 eingefroren ist. Wenn ermittelt ist, dass die Oberfläche nicht gefroren ist, wird der Betrieb des Verdichters 110 kontinuierlich durchgeführt. Wenn andererseits im Schritt S260 ermittelt wird, dass die Oberfläche gefroren ist, liest die ECU 310 die Wassertemperatur Tw im Schritt S270. Im Schritt S280 wird ermittelt, ob eine Temperaturdifferenz zwischen der Zielwassertemperatur TWO und der Wassertemperatur Tw, gelesen im Schritt S270, größer als eine vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist.
  • Wenn die Temperaturdifferenz größer als die vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist, wird ermittelt, dass dieser Heizbetrieb nicht ausschließlich durch heißes Wasser aufrecht erhalten werden kann, das von der Kraftstoffzelle 200 zugeführt wird, und der Betrieb des Verdichters 110 wird kontinuierlich durchgeführt.
  • Wenn die Temperaturdifferenz (TWO - TW) gleich oder kleiner als die vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist, wird ermittelt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, ermittelt durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, gleich oder höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit Vso (bei der zweiten Ausführungsform beispielsweise 10 km/Stunde) ist, und zwar im Schritt S285. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs höher als die vorbestimmte Geschwindigkeit Vso ist, wird der Entfrostungsvorgang im Schritt S290 durchgeführt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs niedriger als die vorbestimmte Geschwindigkeit Vso ist, kehrt das Steuerprogramm zum Schritt S200 vom Schritt S285 zurück, ohne den Entfrostungsvorgang durchzuführen.
  • Wenn bei der zweiten Ausführungsform das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, wenn die Temperatur des heißen Wassers, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist, und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als die vorbestimmte Geschwindigkeit ist, wird der Entfrostungsvorgang des externen Wärmetauschers 130 durchgeführt. Die vorbestimmte Geschwindigkeit kann vorliegend mit Null gewählt werden.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit beim Entfrostungsvorgang übermäßig hoch ist, wird der externe Wärmetauscher 130 durch den Fahrzeugfahrtwind stark abgekühlt. Der Entfrostungsvorgangswirkungsgrad kann dadurch verringert werden und der Energieverbrauch in dem Verdichter 110 zum Schmelzen von eingefrorenem Wasser kann erhöht sein.
  • Wenn bei der dritten Ausführungsform das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, wenn die Temperatur von heißem Wasser, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist, und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs höher als eine erste vorbestimmte Geschwindigkeit Vs1 (bei der dritten Ausführungsform beispielsweise 10 km/Stunde) ist, und wenn sie niedriger als eine zweite vorbestimmte Geschwindigkeit Vs2 (bei der dritten Ausführungsform beispielsweise 40 km/Stunde) ist, wird der Entfrostungsvorgang durchgeführt.
  • Als nächstes wird die Arbeitsweise der Fahrzeugklimaanlage in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform unter Bezug auf das Flussdiagramm von 7 erläutert.
  • Wenn der Heizbetriebsschalter eingeschaltet wird, werden Ermittlungssignale von den Sensoren 311 - 319 in die ECU 310 im Schritt S300 eingegeben und die Ziellufttemperatur TAO (Zielwassertemperatur TWO) wird im Schritt S310 auf Grundlage der vorstehend genannten Formel (2) unter Verwendung der eingegebenen Ermittlungssignale berechnet.
  • Daraufhin wird ermittelt, ob die Temperatur Tw (Temperatur ermittelt durch den Wassertemperatursensor 314) von heißem Wasser, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, gleich oder höher als die Temperatur TWO ist, und zwar im Schritt S320. Wenn die Temperatur TW gleich oder höher als die Temperatur TWO ist, wird ermittelt, dass die Fahrgastzelle ausreichend geheizt werden kann ausschließlich unter Verwendung der Wärme von der Kraftstoffzelle 200. Daraufhin wird der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 305 ermittelt und das Verhältnis zwischen dem Durchsatz von warmer Luft und dem Durchsatz von kühler Luft wird gesteuert durch die Luftmischklappe 305, wodurch die Temperatur der Luft eingestellt wird, die in die Fahrgastzelle geblasen werden soll, und zwar im Schritt S330.
  • Wenn die Zielwassertemperatur TWO höher als die Wassertemperatur Tw ist, wird ermittelt, dass die Fahrgastzelle nicht ausreichend geheizt werden kann ausschließlich unter Verwendung der Abwärme von der Kraftstoffzelle 200. In diesem Fall wird zusätzliche Heizkapazität für den Heizwärmepumpenkreislauf 100, die erforderlich ist, um den Heizerkern 210 zusätzlich zu heizen, berechnet unter Verwendung der Differenz zwischen der Zielwassertemperatur TWO und der Wassertemperatur Tw im Schritt S340. Im Schritt S350 wird die Drehzahl des Verdichters 110 durch den Inverter derart gesteuert, dass die durch den internen Temperatursensor 317 ermittelte Temperatur Te einer Temperatur entsprechend der erforderlichen zusätzlichen Heizkapazität wird.
  • In diesem Fall zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den internen Wärmetauscher 120, die Heizdekompressionseinrichtung 162, den externen Wärmetauscher 130 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Das Kältemittel wird im internen Wärmetauscher 120 verflüssigt durch Abstrahlen von Wärme in Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, und das verflüssigte Kältemittel wird in dem externen Wärmetauscher 130 durch Absorbieren von Wärme aus der Außenluft verdampft. Die Luftmischklappe 305 wird derart geöffnet, dass die gesamte Luft, die den internen Wärmetauscher 120 durchsetzt hat, den Heizerkern 210 durchsetzt, ohne diesen zu umgehen.
  • Als nächstes wird im Schritt S360 (Einfrierermittlungsmittel) ermittelt, ob die Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 eingefroren ist. Wenn ermittelt ist, dass die Oberfläche nicht eingefroren bzw. mit Frost überzogen ist, wird der Betrieb des Verdichters 110 kontinuierlich durchgeführt. Wenn andererseits im Schritt S360 ermittelt wird, dass die Oberfläche eingefroren ist, liest die ECU 310 die Wassertemperatur Tw im Schritt S370. Im Schritt S380 wird ermittelt, ob eine Temperaturdifferenz zwischen der Zielwassertemperatur TWO und der Wassertemperatur Tw, gelesen im Schritt S370, größer als eine vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist.
  • Wenn die Temperaturdifferenz größer als die vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist, wird ermittelt, dass dieser Heizbetrieb nicht ausschließlich durch heißes Wasser aufrecht erhalten werden kann, das von der Kraftstoffzelle 200 zugeführt wird, und der Betrieb des Verdichters 110 wird kontinuierlich durchgeführt.
  • Wenn andererseits die Temperaturdifferenz (TWO - TW) gleich oder kleiner als die vorbestimmte Temperaturdifferenz C3 ist, wird ermittelt, ob eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vs höher als die erste Geschwindigkeit Vs1 und niedriger als die zweite Geschwindigkeit Vs2 ist, und zwar im Schritt S385. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs höher als die erste Geschwindigkeit Vs1 und niedriger als die zweite Geschwindigkeit Vs2 ist, wird der Entfrostungsvorgang im Schritt S390 durchgeführt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs gleich oder niedriger als die erste Geschwindigkeit Vs1 oder gleich oder höher als die zweite Geschwindigkeit Vs2 ist, kehrt das Steuerprogramm zum Schritt S300 vom Schritt S385 zurück, ohne den Entfrostungsvorgang durchzuführen.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform wird die Fahrzeugklimaanlage auf Grundlage des in 4 gezeigten Flussdiagramms gesteuert. Bei der vierten Ausführungsform wird eine Fahrzeugklimaanlage auf Grundlage des in 8 gezeigten Flussdiagramms gesteuert.
  • Wenn der Heizbetriebsschalter eingeschaltet wird, wird im Schritt S400 ermittelt, ob die Heizkapazität des Heizerkerns 210 kleiner als eine Heizkapazität ist, die zum Heizen der Fahrgastzelle erforderlich ist, und zwar entsprechend der Solltemperatur Tset. D. h., im Schritt S400 wird ermittelt, ob oder ob nicht die Heizkapazität unzureichend ist zum Heizen der Fahrgastzelle auf Grundlage der Solltemperatur Tset. Wenn die Heizkapazität des Heizerkerns 210 unzureichend ist, wird der Heizbetrieb unter Verwendung des Heizwärmepumpenkreislaufs 100 und des Heizerkerns 210 im Schritt S410 durchgeführt. Im Schritt S420 (Einfrierermittlungsmittel) wird ermittelt, ob oder ob nicht die Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 eingefroren ist. Wenn das Einfrieren bzw. die Frostbildung auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, wird eine Entfrostungsflagge F auf „1“ (F=1) im Schritt S430 gesetzt. Wenn bei der vierten Ausführungsform das in 8 gezeigte Steuerprogramm gestartet wird, ist die Entfrostungsflagge F auf „0“ (F=0).
  • Wenn die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht, um die Fahrgastzelle auf die Solltemperatur Tset zu heizen, wird ermittelt, dass die Fahrgastzelle ausreichend geheizt werden kann ausschließlich unter Verwendung von Abwärme von der Kraftstoffzelle 200, und der Heizbetrieb wird durchgeführt ausschließlich unter Verwendung des Heizerkerns 210 ohne Betätigen des Heizwärmepumpenkreislaufs 100 (Verdichter 110) im Schritt S440. Im Schritt S450 wird ermittelt, ob oder ob nicht die Entfrostungsflagge F auf „1“ gesetzt ist. Wenn ermittelt wird, dass die Flagge F auf „1“ (d. h. F=1) gesetzt werden muss, wird ermittelt, ob die Heizkapazität des Heizerkerns 210 größer als eine vorbestimmte Heizkapazität ist, die erforderlich ist, um Luft, die im internen Wärmetauscher 120 während des Entfrostungsvorgangs abgekühlt wurde, auf die Zieltemperatur TAO zu heizen, und zwar im Schritt S460. D. h., im Schritt S460 wird ermittelt, ob oder ob nicht die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht, um die Fahrgastzelle selbst beim Entfrostungsvorgang zu heizen, bei dem Luft im internen Wärmetauscher 120 abgekühlt wird.
  • Wenn die Heizkapazität des Heizerkerns 210 als größer als die vorbestimmte, erforderliche Heizkapazität im Schritt S460 ermittelt wird, d. h., wenn die Heizkapazität des Heizerkerns 210 im Schritt S460 als ausreichend ermittelt wird, wird der Entfrostungsvorgang im Schritt S470 durchgeführt. D. h., wenn die Heizkapazität des Heizerkerns 210 im Schritt S400 als nicht ausreichend ermittelt wird, wenn die Heizkapazität des Heizerkerns 210 im Schritt S460 als ausreichend ermittelt wird, und wenn die Entfrostungsflagge F im Schritt S460 auf „1“ gesetzt ist, wird der Entfrostungsvorgang durchgeführt.
  • Als nächstes folgt eine Erläuterung einer speziellen Ermittlungseinrichtung im Schritt S460 gemäß der vierten Ausführungsform.
  • Wenn beispielsweise im Schritt S460 bei der vierten Ausführungsform die Temperaturdifferenz zwischen der Wassertemperatur Tw und der Zielwassertemperatur TWO größer als die vorbestimmte Temperatur C3 (Tw - TWO > C3) ist, ähnlich wie im Schritt S180 bei der ersten Ausführungsform, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht.
  • Wenn im Schritt S460 gemäß der vierten Ausführungsform der Öffnungsgrad SW der Luftmischklappe 305 nicht mit der in 5 gezeigten, maximalen Heizposition gewählt ist, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht. Wenn in diesem Fall die Luftmischklappe 305 sich aus der in 5 gezeigten, maximalen Heizposition in die in 3 gezeigte Position bewegt, kann demnach der Entfrostungsvorgang durchgeführt werden. Die Lufttemperatureinstelleinrichtung ist nicht auf die Luftmischklappe 305 beschränkt; vielmehr kann eine an sich bekannte Wiederaufheizeinrichtung zum Einstellen einer Temperatur von Luft verwendet werden, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, durch Einstellen eines Luftdurchsatzes des heißen Wassers, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird. Wenn in diesem Fall der Durchsatz von heißem Wasser, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, nicht maximal ist, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht, und zwar im Schritt S460.
  • In dem Fall, dass Kühlwasser (heißes Wasser) zum Kühlen des Motors 400 (siehe 10) dem Heizerkern 210 zugeführt wird, kann dann, wenn das Kühlwasser in den Kühler durch Durchführen eines Wärmetausches zwischen dem Kühlwasser und der Außenluft durchgeführt wird, im Schritt S460 ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreichend ist. Wenn in diesem Fall ein Betriebszustand, in dem das Kühlwasser in dem Kühler nicht gekühlt wird, geändert wird in einen Betriebszustand, in dem das Kühlwasser in dem Kühler abgekühlt wird, kann der Entfrostungsvorgang durchgeführt werden.
  • Wenn die Ziellufttemperatur TAO, die bei der ersten Ausführungsform erläutert ist, gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht, und zwar im Schritt S460. Wenn ein Betriebszustand, in dem die Zielblaslufttemperatur TAO höher als die vorbestimmte Temperatur geändert wird in einen Betriebszustand, in dem die Zielblaslufttemperatur TAO gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, wird der Entfrostungsvorgang durchgeführt.
  • In dem Fall, dass Kühlwasser zum Kühlen des Motors dem Heizerkern 210 zugeführt wird, wie in 10 gezeigt, kann eine Drehzahlermittlungseinheit 321 zum Ermitteln einer Drehzahl Sr des Motors vorgesehen sein, wie in 9 gezeigt. Wenn in diesem Fall die Drehzahl Sr des Motors höher als eine vorbestimmte Drehzahl ist, kann ermittelt werden, dass die Temperatur des Kühlwassers ausreichend hoch ist, und es kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreichend ist, und zwar im Schritt S460.
  • Die Drehzahl Sr wird ermittelt durch die Drehzahlermittlungseinrichtung 321 und sie wird in die ECU 310 eingegeben, wie in 9 gezeigt. Die vorbestimmte Drehzahl kann vorliegend die Drehzahl Null umfassen und die Heizkapazität des Heizerkerns 210 kann so ermittelt werden, dass sie stets ausreicht, wenn der Motor angetrieben wird.
  • Wenn die Außenlufttemperatur Tam, die in der ersten Ausführungsform erläutert ist, gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, kann die Heizlast auf dem Heizerkern 210 als ausreichend niedrig ermittelt werden, und es kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreichend ist, und zwar im Schritt S460. Wenn alternativ die Innenlufttemperatur Tr gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreichend ist, und zwar im Schritt S460.
  • Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs höher wird, wird die Fahrzeugkarosserie durch den Fahrzeugfahrtwind zusätzlich abgekühlt, wodurch eine Wärmelast auf den Heizerkern 210 erhöht wird. In einer Außenlufteinleitbetriebsart, in der Außenluft aus der Außenlufteinleitöffnung 302 eingeleitet wird, nimmt dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs höher wird, der Staudruck zusätzlich zu. Dadurch wird eine größere Menge an kühler Außenluft in die Fahrgastzelle geleitet und die Heizlast auf den Heizerkern 210 wird erhöht. Eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 322 ist vorgesehen, wie in 9 gezeigt, und eine Fahrzeuggeschwindigkeit Vs, ermittelt durch die Geschwindigkeitsermittlungseinheit 322 wird in die ECU 310 eingegeben. Wenn die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit Vs gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht, und zwar im Schritt S460. Die vorbestimmte Geschwindigkeit kann Null km/Stunde umfassen. Die Heizkapazität des Heizerkerns 210 kann demnach stets als ausreichend ermittelt werden, wenn beispielsweise das Fahrzeug gestoppt ist. Wenn eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, nachdem der Betrieb des Motors gestartet wurde, kann ermittelt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ausreicht, und zwar im Schritt S460.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Beim Entfrostungsvorgang bei den vorstehend erläuterten ersten bis dritten Ausführungsformen zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den externen Wärmetauscher 130, die Kühldekompressionseinrichtung 161, den internen Wärmetauscher 120 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge, ähnlich wie bei dem Kühlbetrieb. Bei dem Entfrostungsbetrieb gemäß der fünften Ausführungsform und wie in 10 gezeigt, zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den internen Wärmetauscher 120, die Heizdekompressionseinrichtung 162, den externen Wärmetauscher 130 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Gleichzeitig strömt ein Teil des Kältemittels von dem Verdichter 110 in Richtung zum externen Wärmetauscher 130 unter Umgehung des internen Wärmetauschers 120.
  • D. h., bei der fünften Ausführungsform ist ein Kältemittelumgehungsdurchlass 432a, durch den Kältemittel, das von dem Verdichter 110 ausgetragen wird, zu dem externen Wärmetauscher 130 strömt, während es den internen Wärmetauscher 120 umgeht bzw. umströmt, vorgesehen, und ein Solenoidventil 432 ist in dem Kältemittelumgehungsdurchlass 432a angeordnet. Wenn der Entfrostungsvorgang beim Heizbetrieb unter Verwendung des Heizwärmepumpenkreislaufs 100 durchgeführt wird, strömt ein Teil des Kältemittels, das vom Verdichter 110 zum internen Wärmetauscher 120 strömt, durch den Kältemittelumgehungsdurchlass 432a durch Öffnen des Solenoidventils 432.
  • Da Kältemittel mit hohem Druck und hoher Temperatur, das aus dem Verdichter 110 ausgetragen wird, in den externen Wärmetauscher 130 strömt, kann der Entfrostungsvorgang veranlasst werden, dieses gasförmige Kältemittel zu heizen. D. h., bei der fünften Ausführungsform kann der Entfrostungsvorgang durchgeführt werden, während ein zusätzliches Heizen auf Grund des Heizwärmepumpenkreislaufs 100 durchgeführt wird.
  • Obwohl Kühlwasser von der Kraftstoffzelle 200 dem Heizerkern 210 bei den vorstehend erläuterten ersten bis dritten Ausführungsformen zugeführt wird, wird Kühlwasser eines Motors 400 (E/G) dem Heizerkern 210 bei der fünften Ausführungsform zugeführt. D. h., bei der fünften Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung typischerweise angewendet auf ein Fahrzeug mit einem Motor 400 (E/G).
  • In 10 ist eine elektrische Wasserpumpe (elektrische Pumpe) 430 dazu ausgelegt, dass sie Kühlwasser in einem Kühlwasserkreislauf des Motors 400 umwälzt. Bei der fünften Ausführungsform ist außerdem eine mechanische Wasserpumpe (mechanische Pumpe) zum Umwälzen von Kühlwasser in dem Kühlwasserkreislauf des Motors 400, ebenfalls getrennt von der elektrischen Pumpe 430, vorgesehen. Eine Drehung der Kurbelwelle des Motors 400 wird auf die mechanische Pumpe über einen Riemen o. dgl. derart übertragen, dass die mechanische Pumpe durch den Motor 400 mechanisch angetrieben wird. Bei der vorliegenden Erfindung können sowohl die elektrische Pumpe 430 wie die mechanische Pumpe vorgesehen sein. Wie in 10 gezeigt, ist ein Kühler 410 zum Abkühlen des Kühlwassers von dem Motor 400 vorgesehen, und ein Gebläse 420 zum Blasen von Außenluft in Richtung auf den Kühler 410 ist vorgesehen.
  • In 10 ist ein Wasserumgehungsdurchlass 431a, durch den Kühlwasser den Kühler 410 umgeht bzw. umströmt, vorgesehen, und ein Thermoventil 431 ist vorgesehen, um eine Kühlwassermenge, die durch den Wasserumgehungsdurchlass 431a strömt und eine Kühlwassermenge, die durch den Kühler 410 strömt, einzustellen. Durch den Betrieb des Thermoventils 431 kann der Motor 400 auf eine vorbestimmte Temperatur eingestellt werden.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • Bei der sechsten Ausführungsform ist ein Wasser/Kältemittelwärmetauscher (Kältemittelheizmittel) 500 in dem Wasserumgehungsdurchlass 431a angeordnet, der bei der fünften Ausführungsform erläutert ist. Bei dem Entfrostungsvorgang der sechsten Ausführungsform zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den internen Wärmetauscher 120, die Heizdekompressionseinrichtung 162, den externen Wärmetauscher 130 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Zu diesem Zeitpunkt wird Kältemittel, das in den externen Wärmetauscher 130 strömt, durch den Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 geheizt. In 11 ist ein Dreiwegeumschaltventil 433 vorgesehen, um in einem Fall, in dem Kühlwasser in den Wasserumgehungsdurchlass 431a strömt, in den Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 umzuschalten, oder in einem Fall, in dem Kühlwasser in den Wasserumgehungsdurchlass 431a strömt, in den Wasserumgehungsdurchlass 433a umzuschalten, während es den Wasser/Kältemittelwärmetasuscher 500 umgeht bzw. umströmt.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • Bei der vorstehend erläuterten sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 in dem Wasserumgehungsdurchlass 431a angeordnet. Bei der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 in einem Wasserdurchlass angeordnet, durch den Kühlwasser von dem Heizerkern 210 zu dem Motor 400 strömt, wie in 12 gezeigt. Bei der siebten Ausführungsform heizt der Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 Kältemittel, das von der Kühldekompressionseinrichtung 161 zu dem internen Wärmetauscher 120 strömt, durch Durchführen eines Wärmetausches zwischen Kühlwasser, das von dem Heizerkern 210 zum Motor 400 strömt, und dem Kältemittel, das von der Kühldekompressionseinrichtung 161 zu dem internen Wärmetauscher 120 strömt.
  • Beim Entfrostungsvorgang gemäß der siebten Ausführungsform zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den externen Wärmetauscher 130, die Kühldekompressionseinrichtung 161, den internen Wärmetauscher 120 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Zu diesem Zeitpunkt wird Kältemittel, das in den internen Wärmetauscher 120 strömt, durch den Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 geheizt. Der Wasserumgehungsdurchlass 433a ist derart vorgesehen, dass Kühlwasser von dem Heizerkern 210 den Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 umgeht bzw. umströmt.
  • Bei dem Entfrostungsvorgang, wie in 12 gezeigt, vermag Kältemittel, das von der Kühldekompressionseinrichtung 161 strömt, in den Kältemittelumgehungsdurchlass 435a zu strömen, während es den internen Wärmetauscher 120 umgeht bzw. umströmt, und zwar durch einen Umschaltvorgang des Dreiwegeumschaltventils 435.
  • (Achte Ausführungsform)
  • Bei der vorstehend erläuterten siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 dazu ausgelegt, Kältemittel zu heizen, das von der Kühldekompressionseinrichtung 161 in Richtung auf den internen Wärmetauscher 120 strömt. Bei der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 dazu ausgelegt, Kältemittel zu heizen, das von dem externen Wärmetauscher 130 in Richtung zum Akkumulator 150 (interner Wärmetauscher 120) strömt, wie in 13 gezeigt.
  • Beim Entfrostungsvorgang gemäß der achten Ausführungsform zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den internen Wärmetauscher 120, die Heizdekompressionseinrichtung 162, den externen Wärmetauscher 130 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Zu diesem Zeitpunkt heizt der Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 Kältemittel, das von dem externen Wärmetauscher 130 in Richtung zum Akkumulator 150 strömt.
  • In 13 ist das Dreiwegeumschaltventil 433 dazu ausgelegt, einen Fall umzuschalten, demnach Kühlwasser von dem internen Wärmetauscher 210 in den Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 strömt, oder einen Fall, demnach Kühlwasser durch den Wasserumgehungsdurchlass 433a strömt, während es den Wasser/Kältemittelwärmetauscher 500 umgeht bzw. umströmt.
  • (Neunte Ausführungsform)
  • Bei dem Entfrostungsvorgang gemäß der neunten Ausführungsform wird die Temperatur von Kühlwasser erhöht durch Verringern des Durchsatzes des Kühlwassers, das durch den Motor 400 strömt, so dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 verbessert wird.
  • Bei dem Heizvorgang gemäß der neunten Ausführungsform und wie in 14 gezeigt, zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den internen Wärmetauscher 120, die Heizdekompressionseinrichtung 162, den externen Wärmetauscher 130 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Wie in 15 gezeigt, zirkuliert bei dem Entfrostungsvorgang außerdem das Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den externen Wärmetauscher 130, die Kühldekompressionseinrichtung 161, den internen Wärmetauscher 120 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge.
  • Ein Durchsatz W2 von Kühlwasser, das in den Motor 400 im Entfrostungsbetrieb bzw. -vorgang strömt, wird außerdem kleiner gemacht als ein Durchsatz W1 von Kühlwasser, das in den Motor 400 im Heizbetrieb strömt (W1 > W2). Ein Durchsatz W22 von Kühlwasser, das vom Motor 400 zu einer Seite des Kühlers 410 im Entfrostungsvorgang strömt, wird demnach kleiner gemacht als ein Durchsatz W12 im Heizbetrieb (W12 > W22). Außerdem wird ein Durchsatz W21 des Kühlwassers, das von dem Motor 400 zu einer Seite des Heizerkerns 210 im Entfrostungsvorgang strömt, kleiner gemacht als W11 beim Heizbetrieb (W11 > W21).
  • (Zehnte Ausführungsform)
  • Bei der zehnten Ausführungsform ist ein Heizer 600 zum Heizen von Kühlwasser vorgesehen und die Heizkapazität des Heizerkerns 210 ist erhöht durch Heizen von Kühlwasser unter Verwendung des Heizers 600 im Entfrostungsbetrieb.
  • Im Entfrostungsbetrieb bzw. beim Entfrostungsvorgang gemäß der zehnten Ausführungsform zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den externen Wärmetauscher 130, die Kühldekompressionseinrichtung 161, den internen Wärmetauscher 120 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. In diesem Fall wird Kühlwasser, das in den Heizerkern 210 von dem Motor 400 strömt, durch den Heizer 600 geheizt.
  • Wenn das Einfrieren bzw. die Frostbildung auf der Oberfläche des externen Wärmtauschers ermittelt wird, kann der Durchsatz des Kühlwassers derart verringert werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 erhöht ist. Wenn alternativ das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, kann die Drehzahl des Motors 400 derart erhöht werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 erhöht ist. Wenn alternativ das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, kann der Durchsatz des Kühlwassers derart verringert werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 erhöht ist. Wenn alternativ das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, kann der Betrieb des Gebläses 420 derart gestoppt werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 erhöht ist. Wenn alternativ bei einem Fahrzeug mit der Kraftstoffzelle 200 das Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers 130 ermittelt wird, kann die Leistungsabgabe der Kraftstoffzelle derart erhöht werden, dass die Heizkapazität des Heizerkerns 210 erhöht ist.
  • (Elfte Ausführungsform)
  • Beim Entfrostungsvorgang gemäß der elften Ausführungsform und wie in 17 gezeigt, zirkuliert Kältemittel von dem Verdichter 110 zu dem Verdichter 110 durch den externen Wärmetauscher 130, die Kühldekompressionseinrichtung 161, den internen Wärmetauscher 120 und den Akkumulator 150 in dieser Abfolge. Beim Entfrostungsvorgang wird die Innen-/Außenluftumschaltklappe 303 in eine Position betätigt, die in 17 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, so dass eine Innenlufteinleitbetriebsart, in der Innenluft in die Innenlufteinleitöffnung 301 eingeleitet wird, gewählt ist. In ähnlicher Weise kann beim Entfrostungsvorgang ein Verhältnis der Innenluftmenge zur Außenluftmenge erhöht werden. Da bei diesem Betrieb Innenluft durch den internen Wärmetauscher 120 entfeuchtet wird, kann verhindert werden, dass die Windschutzscheibe beschlägt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert wurde, wird bemerkt, dass sie zahlreichen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich ist, wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Fahrzeug mit einer Kraftstoffzelle in den ersten bis dritten Ausführungsformen angewendet, oder auf ein motorangetriebenes Fahrzeug bei den fünften bis elften Ausführungsformen. Ohne hierauf beschränkt zu sein, kann die vorliegende Erfindung jedoch auf ein Elektrofahrzeug unter Verwendung einer Sekundärzelle, wie etwa einer Batterie, als Strom- bzw. Energiequelle angewendet sein, auf ein Fahrzeug mit einem Heizmotor, wie etwa einem Benzinmotor und einem Dieselmotor u. dgl. Die Abwärmequelle ist nicht beschränkt auf die Kraftstoffzelle 200 und den Motor 400; vielmehr kann es sich bei ihr auch um eine elektrische Schaltung, wie etwa eine Inverterschaltung und eine wärmeerzeugende Vorrichtung handeln, wie etwa einen Heizmotor.
  • Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen kann ein Umschaltvorgang für die Kältemittelströmung durchgeführt werden unter Verwendung von mehreren Kältemittelrohren und mehreren Solenoidventilen anstelle des Vierwegeumschaltventils 140. Obwohl der Verdichter 110 durch elektrischen Strom bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen angetrieben ist, kann er durch den (Verbrennungs-) Motor 400 angetrieben werden. Obwohl die Luftmischklappe 305 als Lufttemperatureinstelleinrichtung in den vorstehend angeführten Ausführungsformen angewendet ist, kann eine an sich bekannte Vorheizeinrichtung zum Einstellen des Durchsatzes von heißem Wasser, das dem Heizerkern 210 zugeführt wird, zum Einsatz kommen.
  • Derartige Abwandlungen und Modifikationen fallen unter den Umfang der vorliegenden Erfindung, die durch die anliegenden Ansprüche festgelegt ist.

Claims (18)

  1. Klimaanlage für ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle, aufweisend - einen Heizwärmepumpenkreislauf (100) mit einem Verdichter (110) zum Verdichten und Austragen von Kältemittel, einem internen Wärmetauscher (120) zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel und Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, und einem externen Wärmetauscher (130) zum Durchführen eines Wärmetausches zwischen Kältemittel und Außenluft außerhalb der Fahrgastzelle; - einen Heizerkern (210) zum Heizen von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird durch Durchführen eines Wärmetausches zwischen Luft und einem Fluid, das Abwärme rückgewinnt, die im Fahrzeug erzeugt wird; ein Einfrierermittlungsmittel (S160, S260, S360, S420) zum Ermitteln, ob eine Oberfläche des externen Wärmetauschers eingefroren ist; - ein Heizkapazitätsermittlungsmittel zum Ermitteln, ob eine Heizkapazität des Heizerkerns größer als eine vorbestimmte Kapazität ist; eine Steuereinheit (310) zum Steuern des Betriebs des Heizwärmepumpenkreislaufs, wobei die Steuereinheit (310) geeignet ist, zumindest dann, wenn das Einfrierermittlungsmittel (S160, S260, S360, S420) ein Einfrieren auf der Oberfläche des externen Wärmetauschers (130)ermittelt, und wenn das Heizkapazitätsermittlungsmittel ermittelt, dass die Heizkapazität des Heizerkerns (210)größer als die vorbestimmte Kapazität ist, einen Entfrostungsvorgang durchzuführen, bei dem die Oberfläche des externen Wärmetauschers (130)entfrostet bzw. von eingefrorenem Wasser befreit wird;und - eine Fahrzeuggeschwindigkeitsermittlungseinheit (322) zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs), wobei die Steuereinheit (310) geeignet ist, den Entfrostungsvorgang durchzuführen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als eine erste vorbestimmte Geschwindigkeit (Vs1) und niedriger als eine zweite vorbestimmte Geschwindigkeit (Vs2) ist, die größer als die erste vorbestimmte Geschwindigkeit ist.
  2. Klimaanlage nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Fluidtemperaturermittlungseinheit (314) zum Ermitteln einer Temperatur des Fluids, das dem Heizerkern (210)zugeführt wird, wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist, dann, wenn die Temperatur des Fluids, ermittelt durch die Fluidtemperaturermittlungseinheit (314), höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, zu ermitteln, dass die Heizkapazität des Heizerkerns (210) größer als die vorbestimmte Kapazität ist.
  3. Klimaanlage nach Anspruch 1, außerdem aufweisend ein Lufttemperatureinstellmittel (305) zum Einstellen der Temperatur von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird durch Einstellen eines Heizgrades auf Grund des Heizerkerns (210), wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist, dann, wenn das Lufttemperatureinstellmittel den Heizgrad mit dem Maximalheizgrad einstellt,zu ermitteln, dass die Heizkapazität des Heizerkerns (210) niedriger als die vorbestimmte Kapazität ist.
  4. Klimaanlage nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Ziellufttemperaturberechungseinrichtung zum Berechnen einer Zieltemperatur (TAO) von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist,dann, wenn die Zieltemperatur von Luft, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, zu ermitteln, dass die Heizkapazität größer als die vorbestimmte Kapazität ist.
  5. Klimaanlage nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Außenluftermittlungseinheit (316) zum Ermitteln der Temperatur (Tam) der Außenluft, wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist, dann, wenn die Temperatur der Außenluft höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, zu ermitteln, dass die Heizkapazität größer als die vorbestimmte Kapazität ist.
  6. Klimaanlage nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Innenluftermittlungseinheit (318) zum Ermitteln der Temperatur der Innenluft (Tr) innerhalb der Fahrgastzelle, wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist, dann, wenn die Temperatur der Innenluft höher als eine vorbestimmte Temperatur ist,zu ermitteln, dass die Heizkapazität größer als die vorbestimmte Kapazität ist.
  7. Klimaanlage nach Anspruch 1, außerdem aufweisend eine Fahrzeuggeschwindigkeitsermittlungseinheit zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs), wobei die Heizkapazitätsermittlungseinrichtung geeignet ist,dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, zu ermitteln, dass die Heizkapazität größer als die vorbestimmte Kapazität ist.
  8. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei das dem Heizerkern zugeführte Fluid Kühlwasser zum Kühlen eines Motors (400) des Fahrzeugs ist, wobei die Klimaanlage außerdem aufweist einen Kühler (410) zum Kühlen des Kühlwassers durch Durchführen eines Wärmetausches zwischen dem Kühlwasser und der Außenluft, wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist, dann, wenn das Kühlwasser in dem Kühler gekühlt wird, zu ermitteln, dass die Heizkapazität größer als die vorbestimmt Kapazität ist.
  9. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei das dem Heizerkern zugeführte Fluid Kühlwasser zum Kühlen eines Motors (400) ist, der in dem Fahrzeug vorgesehen ist, wobei die Klimaanlage außerdem aufweist eine Drehzahlermittlungseinheit (321) zum Ermitteln einer Drehzahl (Sr) des Motors, wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist, dann, wenn die Drehzahl des Motors höher als eine vorbestimmte Drehzahl ist, zu ermitteln, dass die Heizkapazität größer als eine vorbestimmt Kapazität ist.
  10. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei das dem Heizerkern zugeführte Fluid Kühlwasser zum Kühlen eines im Fahrzeug vorgesehenen Motors ist, wobei das Heizkapazitätsermittlungsmittel geeignet ist, dann, wenn eine abgelaufene Zeit, ausgehend vom Start des Motors, größer als eine vorbestimmte Zeit ist, zu ermitteln, dass die Heizkapazität größer als die vorbestimmt Kapazität ist.
  11. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-10, wobei beim Entfrostungsvorgang der Heizwärmepumpenkreislauf dahingehend gesteuert wird, dass Wärme vom Kältemittel in den externen Wärmetauscher (130) abgestrahlt und in dem internen Wärmetauscher (120) absorbiert wird.
  12. Klimaanlage nach einem der Anspruche 1 - 10, wobei die Steuereinheit (310) im Heizbetrieb geeignet ist zum Heizen der Fahrgastzelle den Heizwärmepumpenkreislauf derart zu steuern, dass das aus dem Verdichter (110) ausgetragene Kältemittel in den externen Wärmetauscher (130) strömt, nachdem es den internen Wärmetauscher (120) umgangen bzw. umströmt hat, und beim Entfrostungsvorgang ein Teil des Kältemittels, das aus der Austragsseite des Verdichters (110) strömt, direkt in den externen Wärmetauscher (130) unter Umgehung des internen Wärmetauschers strömen zu lassen.
  13. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-12, außerdem aufweisend eine Kältemittelheizeinheit (500), in dem das Fluid mit dem Kältemittel zum Heizen des Kältemittels zum Wärmetausch gebracht wird, wobei der Entfrostungsvorgang durchgeführt wird durch Heizen des Kältemittels unter Verwendung der Kältemittelheizeinheit.
  14. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-13, wobei der Heizwärmepumpenkreislauf (100) zusätzlich ein Vierwegeumschaltventil (140) zum Umschalten einer Kältemittelströmung in dem Heizwärmepumpenkreislauf aufweist, und das Vierwegeumschaltventil (140)dazu ausgelegt ist, entweder einen Kühlvorgang, demnach Wärme vom Kältemittel in dem externen Wärmetauscher (130) abgestrahlt und in dem internen Wärmetauscher (120) absorbiert wird, und/oder einen Heizbetrieb umzuschalten, demnach Wärme von dem Kältemittel in dem internen Wärmetauscher (120) abgestrahlt und in dem externen Wärmetauscher (130) absorbiert wird.
  15. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-14, außerdem aufweisend eine Temperaturermittlungseinheit (314) zum Ermitteln der Temperatur des Fluids, das in den Heizerkern (210) zugeführt wird; und eine Lufttemperatureinstelleinheit (305) zum Einstellen eines Heizgrades auf Grund des Heizerkerns (210), basierend auf der Temperatur, die durch die Temperaturermittlungseinheit (314) ermittelt wird, um die Temperatur von Luft einzustellen, die in die Fahrgastzelle geblasen wird.
  16. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-15, wobei der interne Wärmetauscher (120) auf einer luftstromaufwärtigen Seite des Heizerkerns (210) zu liegen kommt.
  17. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1-16, wobei es sich bei dem Verdichter (110) um einen elektrisch angetriebenen elektrischen Verdichter handelt.
  18. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 16 und 17, außerdem aufweisend eine Temperaturermittlungseinheit (314) zum Ermitteln der Temperatur des Fluids, das in den Heizerkern (210) zugeführt wird; und eine Lufttemperatureinstelleinheit (305) zum Einstellen eines Heizgrades auf Grund des Heizerkerns (210), basierend auf der Temperatur, die durch die Temperaturermittlungseinheit (314) ermittelt wird, um die Temperatur der Luft einzustellen, die in die Fahrgastzelle geblasen wird.
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