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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System, das Abwärme eines
Verbrennungsmotors nutzt. Das System gewinnt die Abwärme des
Verbrennungsmotors, insbesondere des Verbrennungsmotors mit einem
Kühlkreis
und einem Clausius-Rankine-Kreis,
wieder.
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Das
japanische Patent Nr.2540738 zeigt ein herkömmliches System, das eine Abwärme eines Verbrennungsmotors
nutzt. Dieses System enthält eine
Druckpumpe und eine Heizvorrichtung, die beide parallel zu einem
Verdampfapparat des Kühlkreises
angeordnet sind. Die Druckpumpe setzt ein Kältemittel in dem Kühlkreis
unter Druck, und die Heizvorrichtung heizt das Kältemittel in dem Kühlkreis durch
Durchführen
eines Wärmeaustausches
zwischen dem Motorkühlmittel
und dem Kältemittel.
Ein Dreiwegeventil kann in einer solchen Weise geschaltet werden,
dass die Druckpumpe und die Heizvorrichtung wahlweise mit dem Kühlkreis
in Fluidverbindung stehen. Ein durch den Verbrennungsmotor angetriebener
Kompressor dient als Expansionsvorrichtung, die ein Kältemittel
ausdehnt, um einen Kältemitteldruck
in einen kinetischen Druck umzuwandeln.
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Wenn
das Kältemittel
durch die Druckpumpe und die Heizvorrichtung strömt, ist ein Clausius-Rankine-Kreis
mit dem Kompressor als Expansionsvorrichtung eingerichtet. Die aus
dem Motorkühlmittel abgeleitete
Wärmeenergie
wird als kinetische Energie wiedergewonnen. Die kinetische Energie
wird dem Motor zurückgeführt, um
den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
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Das
obige japanische Patent zeigt Steuerzustände jeder Komponente, wie beispielsweise
des Dreiwegeventils, der Druckpumpe und des Kompressors. Es zeigt
jedoch keine geeignete Steuerung, um den Kreis zwischen dem Kühlkreis
und dem Clausius-Rankine-Kreis
zu wechseln.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung bestätigten experimentell die folgenden
Tatsachen. Falls der Betriebskreis von dem Kühlkreis zu dem Clausius-Rankine-Kreis
ge wechselt wird, strömt
das Kältemittel,
falls die Druckpumpe betrieben wird und die Expansionsvorrichtung
in Betrieb ist, in die Expansionsvorrichtung und wird darin ausgedehnt,
sodass die Druckpumpe eine Schwierigkeit hat, den Druck des Kältemittels
in einer kurzen Zeitdauer zu erhöhen,
wodurch die Energie kaum effektiv wiedergewonnen wird. Falls die
Energie nicht in einer kurzen Zeitdauer wiedergewonnen wird, kann
die Klimatisierung verschlechtert werden.
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Außerdem ist,
wenn der Clausius-Rankine-Kreis in den Kühlkreis gewechselt wird, da
der Druck des Kältemittels
auf der Niederdruckseite beim Starten des Kompressors höher als
beim gewöhnlichen
Starten des Kompressors im Kühlkreis
ist, ein höheres
Startdrehmoment als üblich
notwendig, um den Kompressor zu starten. Somit ist der Druckverlust
des Kompressors erhöht,
sodass der Motor kaum ruhig startet. Wenn der Betriebskreis in den
Kühlkreis gewechselt
wird, während
das durch die Druckpumpe im Druck erhöhte Kältemittel nicht als effektive
Energie verwendet wird, ist die Arbeit der Druckpumpe vergeudet
und der Druckverlust der Druckpumpe erhöht.
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Wie
oben beschrieben, werden, wenn der Kühlkreis und der Clausius-Rankine-Kreis
abwechselnd betrieben werden, verschiedene Verluste erzeugt und
der energetische Wirkungsgrad ist nicht besonders gut.
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Aus
EP 0 045 179 B1 ist
eine Raumkonditioniereinrichtung mit einer Brayton-Prozessschaltung bekannt,
wobei eine Rankine-Prozess-Wärmepumpenschaltung
mit Innen- und Außenwärmetauscherrohrschlangen
vorgesehen ist, sowie eine Vorrichtung zur Ableitung von Energie
für den
Antrieb des Rankine-Prozess-Kompressors aus der Brayton-Prozessschaltung.
Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Erzeugung nutzbarer Energie aus
Abgaswärme
in der Brayton-Prozessschaltung mit einem Boiler vorgesehen, der
die Brayton-Prozessschaltung
und die Rankine-Prozessschaltung so miteinander verbindet, dass
das Kühlmittel
in der Rankine-Prozessschaltung aus der Abwärme in der Brayton-Prozessschaltung
verdampft wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obigen Erläuterungen
gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Abwärme eines
Verbrennungsmotors nutzendes System vorzusehen, das einen Energieverlust
beim Wechseln zwischen dem Kühlkreis
und dem Clausius-Rankine-Kreis reduzieren und Energie effizient
wiedergewinnen kann.
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Gemäß einem
Wärmetauscher
der vorliegenden Erfindung enthält
das System einen Kühlkreis,
den Clausius-Rankine-Kreis und eine Steuerung. Der Kühlkreis
enthält
einen Kompressor und einen Kondensator. Der Kompressor komprimiert
ein Kältemittel,
wobei er eine Antriebskraft von dem Verbrennungsmotor empfängt. Der
Kondensator kühlt das
von dem Kompressor ausgegebene Kältemittel. Der
Clausius-Rankine-Kreis
enthält
einen Kondensator, der gemeinsam mit dem Kühlkreis benutzt wird; eine
das aus dem Kondensator ausströmende
Kältemittel
unter Druck setzende Pumpe; eine das aus der Pumpe ausgegebene Kältemittel
mit der Abwärme des
Ver brennungsmotors heizende Heizvorrichtung und eine kinetische
Energie durch Ausdehnen des aus der Heizvorrichtung strömenden Gasphasen-Kältemittels
erzeugende Expansionsvorrichtung. Die Steuerung wechselt einen Betriebskreis
zwischen dem Kühlkreis
und dem Clausius-Rankine-Kreis und steuert Funktionsweisen des Kühlkreises
und des Clausius-Rankine-Kreises. Die Steuerung startet einen Betrieb
der Expansionsvorrichtung, nachdem die Pumpe in Betrieb genommen
ist, wenn der Kühlkreis
in den Clausius-Rankine-Kreis gewechselt wird.
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Obige
sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile durch gleiche
Bezugsziffern gekennzeichnet sind, besser verständlich. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Abwärme eines Verbrennungsmotors
nutzenden Systems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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2 einen
Längsschnitt
einer Expansions/Kompressions-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Hauptflussdiagramm, in dem ein Kühlkreis
und ein Clausius-Rankine-Kreis
abwechselnd betrieben werden;
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4 ein
Unterflussdiagramm, in dem der Clausius-Rankine-Kreis seinen Betrieb
beginnt;
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5 ein
Unterflussdiagramm, in dem der Kühlkreis
wieder gestartet wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 ein
Unterflussdiagramm, in dem ein Luftkühlmodus ausgeführt wird;
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7 ein
Unterflussdiagramm, in dem der Kühlkreis
wieder gestartet wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 ein
Unterflussdiagramm, in dem der Kühlkreis
wieder gestartet wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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9 ein
Unterflussdiagramm, in dem der Kühlkreis
wieder gestartet wird, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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10 einen
Längsschnitt
einer Expansions/Kompressions-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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11 einen
Längsschnitt
einer Expansions/Kompressions-Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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12 eine
schematische Darstellung eines Abwärme eines Verbrennungsmotors
nutzenden Systems gemäß dem weiteren
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung; und
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13 einen
Längsschnitt
einer Anordnung der Flüssigkeitspumpe,
der elektrischen Drehmaschine und eines Pumpen/Motor-Mechanismus.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Abwärme
eines Verbrennungsmotors nutzendes System an einem Hybridfahrzeug
oder einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, der im Leerlauf abgeschaltet
wird, montiert. Das Abwärme
des Verbrennungsmotors nutzende System wird nachfolgend als Abwärmenutzungssystem 1 bezeichnet, und
der Verbrennungsmotor wird nachfolgend als Motor 20 bezeichnet.
Das Abwärmenutzungssystem 1 enthält einen
Kühlkreis 10A und
einen Clausius-Rankine-Kreis 30A, die Energie aus der in
dem Motor 20 erzeugten Abwärme wiedergewinnen. Eine elektronische
Steuereinheit 40, die nachfolgend als ECU 40 bezeichnet
wird, steuert jeden der Kreise 10A und 30A. Bezug
nehmend auf 1 wird eine Gesamtanordnung
des Abwärmenutzungssystems 1 beschrieben.
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Eine
Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 ist eine Fluidmaschine,
die in einem Pumpenmodus, in dem ein Gasphasen-Kältemittel komprimiert und ausgegeben
wird, und in einem Motormodus, in dem ein expandierender Fluiddruck
des überhitzten Gasphasen-Kältemittels
in kinetische Energie umgewandelt wird, um eine mechanische Energie
auszugeben, arbeitet. Ein Kondensator 11, der mit einem Auslass
(Hochdruckanschluss 110, nachfolgend beschrieben) der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 in
Verbindung steht, kühlt
das Kältemittel,
indem die Wärme
davon abgestrahlt wird. Eine Konstruktion der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 ist
unten im Detail beschrieben.
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Eine
Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung 12 ist
ein Auffanggefäß, welches
das aus dem Kondensator 11 geströmte Kältemittel in das Gasphasen-Kältemittel
und das Flüssigphasen-Kältemittel trennt.
Eine Dekompressionsvorrichtung 13 ist ein thermisch betriebenes
Expansionsventil, welches das Flüssigphasen-Kältemittel
unter einer konstanten Enthalpie durch Einstellen einer Öffnung davon dekomprimiert
und ausdehnt. So wird ein Überhitzungsgrad
des Kältemittels
stromauf der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 auf
einem bestimmten Wert gehalten, falls die Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 im
Pumpenmodus arbeitet.
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Ein
Verdampfapparat 14 verdampft das hindurch strömende Kältemittel.
Wenn die Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 im Pumpenmodus arbeitet,
erlaubt ein Rückschlagventil 14a einen Strom
des Kältemittels
zu einem Ansauganschluss (Niederdruckanschluss 111, nachfolgend
beschrieben).
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Der
Kühlkreis 10A weist
die Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10, den Kondensator 11,
die Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung 12,
die Dekompressionsvorrichtung 13 und den Verdampfapparat 14 auf.
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Eine
Heizvorrichtung 30 ist in einem Kühlkreis zwischen der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 und
dem Kondensator 11 vorgesehen. Die Heizvorrichtung 30 führt einen
Wärmeaustausch zwischen
dem hindurch strömenden
Kältemittel
und einem Motorkühlmittel
durch, sodass das Kältemittel geheizt
wird. Ein Dreiwegeventil 21 wechselt zwischen einer Stellung,
in der das Motorkühlmittel in
die Heizvorrichtung 30 strömt, und einer Stellung, in
der das Motorkühlmittel
nicht in die Heizvorrichtung 30 strömt. Die ECU 40 steuert
das Dreiwegeventil 21.
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Ein
erster Bypasskanal 31 leitet das Flüssigphasen-Kältemittel
in der Trennvorrichtung 12 zum Einlass der Heizvorrichtung 30.
Eine Flüssigkeitspumpe 32,
die einer Pumpe der vorliegenden Erfindung entspricht, und ein einen
Strom zur Heizvorrichtung 30 erlaubendes Rückschlagventil 31a sind
in dem ersten Bypasskanal 31 vorgesehen. Die Flüssigkeitspumpe 32 ist
in diesem Ausführungsbeispiel eine
elektrische Pumpe und wird durch die ECU 40 gesteuert.
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Ein
zweiter Bypasskanal 33 stellt im Motormodus eine Fluidverbindung
der Ausgabeseite des Niederdruckanschlusses 111 der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 mit
der Einlassseite des Kondensators 11 her. Der zweite Bypasskanal 33 ist mit
einem Rückschlagventil 33a versehen,
das einen Kältemittelstrom
von der Expansions/Kompressions-Vorrichtung zu dem Kondensator 11 erlaubt.
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Ein
Auf/Zu-Ventil 34 ist ein elektromagnetisches Ventil, das
zwischen dem Kondensator 11 und der Heizvorrichtung 30 angeordnet
ist. Die ECU 40 steuert das Auf/Zu-Ventil 34. Ein Ventilmechanismus 107 ist
auf der Ausgabeseite (Hochdruckkammer 104, nachfolgend
beschrieben) der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 vorgesehen.
Der Ventilmechanismus 107 schaltet den Betrieb der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 zwischen dem
Pumpenmodus und dem Motormodus.
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Der
Clausius-Rankine-Kreis 30A, der Energie aus der Abwärme mittels
der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 wiedergewinnt,
weist die Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung 12,
die Flüssigkeitspumpe 32,
die Heizvorrichtung 30 und den Kondensator 11 auf,
die gemeinsam mit dem Kühlkreis 10A benutzt
werden.
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Eine
Wasserpumpe 22 zirkuliert ein Motorkühlmittel zwischen dem Motor 20,
einem Kühler 23 und
der Heizvorrichtung 30. Der Kühler 23 führt einen Wärmeaustausch
zwischen dem Motorkühlmittel
und einer Umgebungsluft durch, um das Motorkühlmittel zu kühlen. Die
Wasserpumpe 22 ist eine durch den Motor 20 angetriebene
mechanische Pumpe. Eine durch einen Elektromotor angetriebene elektrische Pumpe kann
anstelle der mechanischen Pumpe ebenfalls als Wasserpumpe 22 verwendet
werden.
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Ein
Wassertemperatursensor 24 erfasst eine Temperatur des aus
dem Motor 20 ausströmenden Motorkühlmittels,
um ein Kältemitteltemperatursignal an
die ECU 40 auszugeben.
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Die
ECU 40 empfängt
ein Klimasignal, das basierend auf einer durch einen Fahrgast eingerichteten
Solltemperatur, einem Umgebungszustand und dergleichen bestimmt
wird. Die ECU 40 steuert die Funktionen des Dreiwegeventils 21,
der Flüssigkeitspumpe 32,
des Auf/Zu-Ventils 34 und der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 einschließlich des Ventilmechanismus 107,
einer elektrischen Drehmaschine 200 und einer elektromagnetischen
Kupplung 300.
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Eine
Batterie 25 führt
der elektrischen Drehmaschine 200 einen geregelten Strom
zu. Ein Wechselrichter 26 ist zwischen der Batterie 25 und
der elektrischen Drehmaschine 200 vorgesehen, um Wechselstrom
in Gleichstrom umzuwandeln. Die durch die elektrische Drehmaschine 200 erzeugte elektrische
Energie wird in die Batterie 25 geladen, um elektrischen
Verbrauchern 27 wie beispielsweise Scheinwerfern und Hilfsausrüstungen
zugeführt
zu werden.
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Bezug
nehmend auf 2 wird nachfolgend ein Aufbau
der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 im Detail beschrieben.
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Die
Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 weist einen Pumpen/Motor-Mechanismus 100, der
das Kältemittel
komprimiert oder ausdehnt, die mit einer Welle des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 verbundene
elektrische Drehmaschine 200 und die elektromagnetische
Kupplung 300, die ein Drehmoment auf die Welle 108 überträgt, auf.
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Die
elektrische Drehmaschine 200 weist einen Statur 210 und
einen Rotor 220, der sich in dem Stator 210 dreht,
auf. Ein Statorgehäuse 230 nimmt den
Stator 210 und den Rotor 220 auf. Wenn dem Statur 210 von
der Batterie 25 durch den Wechselrichter 26 Strom
zugeführt
wird, treibt der Rotor 220 den Pumpen/Motor- Mechanismus 100 an,
sodass die elektrische Drehmaschine 200 als ein Elektromotor
funktioniert. Wenn dagegen dem Rotor 220 ein Drehmoment
zugeführt
wird, funktioniert die elektrische Drehmaschine 200 als
Generator, der Strom erzeugt.
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Die
elektromagnetische Kupplung 300 weist eine Riemenscheibe 310,
eine Spule 320 und eine Reibungsplatte 330 auf.
Die Riemenscheibe 310 empfängt eine Drehkraft von dem
Motor 20 durch einen V-Riemen (nicht dargestellt). Die
Spule 320 erzeugt ein Magnetfeld. Wenn die Spule 320 erregt wird,
wird die Reibungsplatte 330 verschoben, um das Drehmoment
von der Riemenscheibe 310 auf die Welle 108 zu übertragen.
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Der
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 hat den gleichen Aufbau wie
ein wohlbekannter Spiralkompressor. Das heißt, ein mittleres Gehäuse 101 ist mit
dem Statorgehäuse 230 verbunden,
an dem eine feste Spirale 102 befestigt ist. Das mittlere
Gehäuse 101 und
die feste Spirale 102 nehmen eine bewegbare Spirale 103 auf.
Die bewegbare Spirale 103 läuft relativ zu der festen Spirale 102 um.
Die feste Spirale 102 und die bewegbare Spirale 103 bilden
zwischen sich Arbeitskammern „V". Die Hochdruckkammer 104 ist
vorgesehen, um ein Hochdruck-Kältemittel aufzunehmen.
Der Ventilmechanismus 107 öffnet/schließt Verbindungskanäle 105, 106,
die zwischen der Arbeitskammer „V" und der Hockdruckkammer 104 eine
Fluidverbindung herstellen.
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Die
feste Spirale 102 enthält
eine Basisplatte 102a und ein festes Spiralblatt 102b,
das von der Basisplatte 102a ragt. Die bewegbare Spirale 103 enthält eine
Basisplatte 103a und ein bewegbares Spiralblatt 103b,
das mit dem festen Spiralblatt 102b der festen Spirale 102 in
Eingriff steht. Die bewegbare Spirale 103 läuft um,
während
das feste Spiralblatt 102b und das bewegbare Spiralblatt 103b miteinander
in Eingriff stehen, sodass das Volumen der Arbeitskammer „V" im Pumpenmodus kleiner
und im Motormodus größer wird.
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Die
Welle 108 funktioniert als Drehachse des Rotors 220 und
hat an einem Ende davon einen exzentrischen Abschnitt 108a.
Die bewegbare Spirale 103 ist durch ein Lager 103c drehbar
mit dem exzentrischen Abschnitt 108a verbunden.
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Ein
Antidrehmechanismus 109 macht es möglich, dass die bewegbare Spirale 103 umläuft, aber
eine Eigendrehung von ihr verhindert wird. Wenn die Welle 108 dreht,
läuft die
bewegbare Spirale 103 bezüglich der Welle 108 um,
sodass das Volumen der Arbeitskammer „V" kleiner wird, wenn sie sich dem Zentrum
der bewegbaren Spirale 103 nähert, und das Volumen der Arbeitskammer „V" größer wird,
wenn sie sich von dem Zentrum weg bewegt.
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Der
Verbindungskanal 105 ist ein Auslassanschluss, der eine
Fluidverbindung der Arbeitskammer „V" in einem minimalen Volumen mit der
Hochdruckkammer 104 herstellt, um das komprimierte Kältemittel
zu der Hochdruckkammer 104 auszugeben. Der Verbindungskanal 106 ist
ein Einlassanschluss, der eine Fluidverbindung der Arbeitskammer „V" in einem maximalen
Volumen mit der Hochdruckkammer 104 herstellt, um das überhitzte
Gasphasen-Kältemittel
in der Hochdruckkammer 104 in die Arbeitskammer „V" einzuleiten. Der
Verbindungskanal 105 wird als Auslassanschluss 105 bezeichnet, und
der Verbindungskanal 106 wird als Einlassanschluss 106 bezeichnet.
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Die
Hochdruckkammer 104 hat eine Funktion, dass eine Pulsation
des ausgegebenen Kältemittels
reduziert wird. Die Hochdruckkammer 104 ist mit einem Hochdruckanschluss 110 versehen,
der mit der Heizvorrichtung 30 und dem Kondensator 11 in Fluidverbindung
steht.
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Das
Statorgehäuse 230 ist
mit einem Niederdruckanschluss 111 versehen, das mit dem
Verdampfapparat 14 und dem zweiten Bypasskanal 33 in
Fluidverbindung steht. Der Niederdruckanschluss 111 steht
auch mit einem Raum zwischen dem Statorgehäuse 230, dem mittleren
Gehäuse 101 und
der festen Spirale 102 in Fluidverbindung.
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Ein
Ausgabeventil 107a ist ein Rückschlagventil, das an dem
Auslassanschluss 105 vorgesehen ist und ein Rückströmen des
ausgegebenen Kältemittels
in der Hochdruckkammer 104 in die Arbeitskammer „V" verhindert. Ein
Ventilanschlag 107b ist an der Basisplatte 102a mit
einer Schraube 107c befestigt, um einen maximalen Hub des
Ventils 107a zu beschränken.
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Eine
Spule 107a ist ein Ventilkörper, der den Einlassanschluss 106 öffnet/schließt. Ein
elektromagnetisches Ventil 107e steuert einen Druck in
einer Gegendruckkammer 107f durch Steuern einer Verbindung
zwischen dem Niederdruckanschluss 111 und der Gegendruckkammer 107f.
Eine Feder 107g drückt
die Spule 107a in eine Richtung, dass der Einlassanschluss 106 geschlossen
wird. Eine Verengung 107h stellt eine Fluidverbindung der
Gegendruckkammer 107f mit der Hochdruckkammer 104 mit
einem bestimmten Maß eines
Fluidwiderstandes her.
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Wenn
das elektromagnetische Ventil 107e geöffnet wird, wird der Druck
in der Gegendruckkammer 107f niedriger als jener in der
Hochdruckkammer 104. Dann bewegt sich die Spule 107d nach
rechts in 2, um ein Öffnen des Einlassanschlusses 106 zu bewirken.
Da ein Druckverlust an der Verengung 107h sehr klein ist,
ist die Menge des aus der Hochdruckkammer 104 zur Gegendruckkammer 107f strömenden Kältemittels
vernachlässigbar.
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Wenn
dagegen das elektromagnetische Ventil 107e geschlossen
wird, wird die Spule 107d durch eine Vorspannkraft der
Feder 107g nach links in 2 verschoben,
sodass der Einlassanschluss geschlossen wird. Das heißt, ein
elektrisches Schaltventil, das den Einlassanschluss 106 öffnet/schließt, ist
durch die Spule 107d, das elektromagnetische Ventil 107e,
die Gegendruckkammer 107f, die Feder 107g und
die Verengung 107h aufgebaut. Der Ventilmechanismus 107 weist
das elektrische Schaltventil und das Ausgabeventil 107a auf,
wobei der Ventilmechanismus 107 den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 zwischen
dem Pumpenmodus und dem Motormodus schaltet. Die ECU 40 steuert
den Betrieb des Ventilmechanismus 107, genauer des elektromagnetischen
Ventils 107e.
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Bezug
nehmend auf 3 bis 6 wird nachfolgend
die Funktionsweise des Systems 1 beschrieben. 3 ist
ein Hauptflussdiagramm und 4 bis 6 sind
Unterflussdiagramme. In diesen Flussdiagrammen wird der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 als
Kompressor bezeichnet, wenn der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Pumpenmodus arbeitet, und der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 wird
als Expansionsvorrichtung bezeichnet, wenn er im Motormodus arbeitet.
Wenn die elektrische Drehmaschine 200 Strom erzeugt, wird
die elektrische Drehmaschine 200 als Generator bezeichnet.
Wenn die elektrische Drehmaschine 200 als elektrische Stromquelle
benutzt wird, wird die elektrische Drehmaschine 200 als
Motor bezeichnet.
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Wenn
die ECU 40 ein Klimaanforderungssignal von einem Fahrgast
empfängt,
startet die ECU 40 in Schritt S100 den Klimabetrieb. Der
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 beginnt, das Kältemittel
in dem Kühlkreis 10A zu
komprimieren.
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Das
Auf/Zu-Ventil 34 wird geöffnet, während die Flüssigkeitspumpe 32 nicht
angetrieben wird. Das Dreiwegeventil 21 wird in einer solchen
Weise gedreht, dass kein Motorkühlmittel
in die Heizvorrichtung 30 strömt. Das elektrische Ventil 107e wird
geschlossen, um den Einlassanschluss 106 mittels der Spule 107d zu
schließen.
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Wenn
der Motor 20 läuft,
wird die Drehkraft des Motors 20 mit der eingekoppelten
elektromagnetischen Kupplung 300 auf die Welle 108 übertragen. Wenn
der Motor 20 abgeschaltet wird, dreht die elektrische Drehmaschine 200 die
Welle 108 bei ausgekoppelter elektromagnetischer Kupplung 300.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird die Welle 108 gemeinsam durch den Rotor 220 und den
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 benutzt. Wenn die Welle 108 durch
den Motor angetrieben wird, arbeitet die elektrische Drehmaschine 200 als Generator.
Es ist daher bevorzugt, dass der erzeugte Strom in die Batterie 25 geladen
wird oder die elektrische Drehmaschine 200 keine Last für den Motor 20 darstellt,
der Strom von dem Stator 210 empfängt.
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Die
Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 saugt das Kältemittel
in die Arbeitskammer „V" durch den Niederdruckanschluss 111 und
komprimiert das Kältemittel
darin. Das komprimierte Kältemittel
wird durch den Auslassanschluss 105, die Hochdruckkammer 104 und
den Hochdruckanschluss 110 in der gleichen Weise wie bei
einem wohlbekannten Spiralkompressor zum Kondensator 11 ausgegeben.
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Das
ausgegebenen Kältemittel
zirkuliert durch die Heizvorrichtung 30, das Auf/Zu-Ventil 34, den
Kondensator 11, die Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung 12,
die Dekompressionsvorrichtung 13, den Verdampfapparat 14,
das Rückschlagventil 14a und den
Niederdruckanschluss 111 der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 in dieser
Reihenfolge, wodurch der Kühlkreis 10A eingerichtet
ist. Der Verdampfapparat 14 nimmt Wärme aus der Luft auf, die in
das Innere des Fahrzeugs eingeleitet werden soll. Da das Motorkühlmittel
nicht in die Heizvorrichtung 30 strömt, wird das Kältemittel
nicht durch das Motorkühlmittel
geheizt. Die Heizvorrichtung 30 ist nur ein Kanal, durch
welchen das Kältemittel
in diesem Kreis strömt.
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Als
nächstes
geht der Prozess weiter zu Schritt S110, in dem die ECU 40 basierend
auf dem Klimaanforderungssignal und dergleichen bestimmt, ob die
Luftkühlung
beibehalten werden soll. Bei „Y" in Schritt S110
geht der Prozess weiter zu Schritt S120, in dem der Kühlkreis
in Betrieb gehalten wird (Dauerbetrieb).
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Wenn
die Bestimmung in Schritt S110 „N" ist, geht der Prozess weiter zu Schritt
S130, in dem der Luftkühlbetrieb
beendet wird. Das heißt,
die elektromagnetische Kupplung 300 wird ausgekoppelt oder der
Betrieb des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 wird gestoppt.
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In
Schritt S140 bestimmt die ECU 40 basierend auf dem erfassten
Signal des Wassertemperatursensors 24, ob der Zustand für den Betrieb
des Clausius-Rankine-Kreises
eingerichtet ist. Wenn die Temperatur des Motorkühlmittels höher als ein bestimmter Wert
ist, wird bestimmt, dass der Zustand zum Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises erfüllt ist, sodass
die Energie der Abwärme
wiedergewonnen wird. Wenn dagegen die Temperatur des Motorkühlmittels
niedriger als der bestimmte Wert ist, wird bestimmt, das der Zustand
noch nicht eingerichtet ist.
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Bei
einer Bestimmung „Y" in Schritt S140 geht
der Prozess weiter zu Schritt S200, in dem der Clausius-Rankine-Kreis
seinen Betrieb beginnt. Bei „N" geht der Prozess
zurück
zu Schritt S110.
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In
Schritt S200 werden die Flüssigkeitspumpe 32 und
der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im Motormodus
exakt gesteuert. Bezug nehmend auf 4 wird nachfolgend
der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises beschrieben.
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In
Schritt S210 wird der Betrieb vom Kühlkreis 10A zum Clausius-Rankine-Kreis 30A gewechselt.
Das heißt,
das Auf/Zu-Ventil 34 wird geschlossen und das Dreiwege ventil 21 wird
so gedreht, dass das Motorkühlmittel
zur Heizvorrichtung 30 zirkuliert.
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In
Schritt S220 startet die Flüssigkeitspumpe 32 ihren
Betrieb, um den Druck des von der Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung 12 in
die Heizvorrichtung 30 strömenden Kältemittels zu erhöhen. Da hierbei
der Einlassanschluss durch die Spule 107d geschlossen wird,
strömt
das Kältemittel
kaum in die Arbeitskammer „V".
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In
Schritt S230 wird bestimmt, ob eine bestimmte Zeitdauer t1 (entsprechend
einer ersten bestimmten Zeitdauer der vorliegenden Erfindung) verstrichen
ist. In Schritt S240 beginnt der Pumpen/Motor-Mechanismus 100,
im Motormodus als Expansionsvorrichtung angetrieben zu werden. Die
bestimmte Zeitdauer t1 ist eine Zeitdauer, in der die Temperatur
des Kältemittels
in der Heizvorrichtung 30 relativ zur Temperatur des Motorkühlmittels
ausreichend steigen kann. Beim Starten des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Motormodus ist es notwendig, den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 durch
eine externe Kraft anzutreiben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die elektrische
Drehmaschine 200 als Motor betrieben, um zuerst die bewegbare
Spirale 103 bis zu einer bestimmten Drehzahl umlaufen zu
lassen. Die Drehrichtung der bewegbaren Spirale 103 im
Motormodus ist entgegengesetzt zu jener der bewegbaren Spirale 103 im
Pumpenmodus.
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In
Schritt S250 wird das elektromagnetische Ventil 107e geöffnet, sodass
sich die Spule 107d nach rechts in 2 bewegt,
um den Einlassanschluss 106 zu öffnen, wodurch der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Motormodus betrieben werden kann. Dann endet die Unterroutine des
Startens des Clausius-Rankine-Kreis 30A, um weiter zu Schritt
S300 zu gehen.
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In
Schritt S300 wird der Clausius-Rankine-Kreis kontinuierlich betrieben.
Das Kältemittel wird
durch die Heizvorrichtung geheizt und in die Hochdruckkammer 104 eingeleitet.
Das überhitzte Gasphasen-Kältemittel
in der Hochdruckkammer 104 wird durch den Einlassanschluss 106 in
die Arbeitskammer „V" eingeleitet, um
die bewegbare Spirale anzutreiben, um die Drehung der Antriebswelle 108 zu
erhalten. Die Welle 108 dreht den Rotor 220, um durch
die elektrische Drehmaschine Strom zu erzeugen. Der erzeugte Strom
wird in die Batterie 25 geladen.
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Das
eingeleitete Kältemittel
in der Arbeitskammer „V" wird ausgedehnt,
sodass die bewegbare Spirale 103 in Drehung gehalten wird.
Wie oben beschrieben, wird die bewegbare Spirale 103 zu
Beginn durch die elektrische Drehmaschine 200 gedreht. Nachdem
die bewegbare Spirale 103 ihre Drehung durch die Kraft
des ausdehnenden Kältemittels
begonnen hat, stoppt die elektrische Drehmaschine 200 ihren
Betrieb als Motor. Das ausgedehnte und dekomprimierte Kältemittel
wird durch den Niederdruckanschluss 111 ausgegeben, und
die Drehenergie der bewegbaren Spirale 103 wird auf den
Rotor 220 der elektrischen Drehmaschine 200 übertragen.
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Das
durch den Niederdruckanschluss 111 ausgegebene Kältemittel
zirkuliert durch den zweiten Bypasskanal 33, das Rückschlagventil 33a,
den Kondensator 11, die Gas/Flüssigkeits-Trennvorrichtung 12,
den ersten Bypasskanal 31, das Rückschlagventil 31a,
die Flüssigkeitspumpe 32,
die Heizvorrichtung 30, den Hochdruckanschluss 110 der
Expansions/Kompressions-Vorrichtung 100 in dieser Reihenfolge,
um den Clausius-Rankine-Kreis 30A einzurichten.
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Während der
Clausius-Rankine-Kreis 30A betrieben wird, wird die Drehzahl
der elektrischen Drehmaschine 200 basierend auf der Temperatur des
Motorkühlmittels
so gesteuert, dass der maximale Strom erzielt wird. Das heißt, wenn
der Druck des durch die Heizvorrichtung 30 strömenden Kältemittels
bezüglich
der Temperatur des Motorkühlmittels zu
hoch ist, wird die Drehzahl der elektrischen Drehmaschine erhöht, um die
Expansion zu beschleunigen, um dessen Druck zu senken. Wenn dagegen der
Druck des Kältemittels
zu niedrig ist, wird die Drehzahl der elektrischen Drehmaschine
verringert, um den Druck zu erhöhen.
Der Clausius-Rankine-Kreis 30A wird betrieben, um den Strom
zu erhalten, wie oben beschrieben.
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Nachdem
der Clausius-Rankine-Kreis 30A kontinuierlich betrieben
wird, wird in Schritt S310 in der gleichen Weise wie in Schritt
S110 bestimmt, ob die Luftkühlung
notwendig ist. Das heißt,
während der
Clausius-Rankine-Kreis 30A betrieben wird, wird der Kühlkreis 10A gestoppt,
sodass die Innentemperatur des Fahrzeugs höher als die voreingestellte Temperatur
sein kann.
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Bei „N" in Schritt S310
wird der Prozess des Schritts S300 wiederholt. Bei „Y" in Schritt S310
wird der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises 30A gestoppt,
in dem das Dreiwegeventil 21 in einer solchen Weise gedreht
wird, dass das Motorkühlmittel
kaum durch die Heizvorrichtung 30 strömt.
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Dann
wird in Schritt S400 der Kühlkreis 10A wieder
in Betrieb genommen. Die Abschaltzeit der Flüssigkeitspumpe 32 und
des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im Motormodus wird in
Schritt S400 genau gesteuert. Die Startzeit des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Pumpenmodus wird ebenfalls in Schritt S400 genau gesteuert. Bezug
nehmend auf 5 und 6 wird der
Prozess nachfolgend im Detail beschrieben.
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In
Schritt S405 wird die Flüssigkeitspumpe 32 abgeschaltet,
während
die Wiedergewinnung des Stroms durch die elektrische Drehmaschine 200 in Schritt
S410 beibehalten wird. Dann wird in Schritt S415A bestimmt, ob eine
bestimmte Zeitdauer t2, welche einer zweiten bestimmten Zeitdauer
in der vorliegenden Erfindung entspricht, verstrichen ist, seitdem
die Flüssigkeitspumpe
abgeschaltet ist. Die bestimmte Zeitdauer t2 ist eine Zeitdauer,
in welcher der Druck des von der Heizvorrichtung 30 ausgegebenen überhitzten
Gasphasen-Kältemittels
sinkt, bis keine Expansion mehr erzielt wird.
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Bei „N" in Schritt S41 SA
wird der Prozess von Schritt S410 wiederholt. Bei „Y" in Schritt S41 SA wird
der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 in den Pumpenmodus gewechselt.
Das elektromagnetische Ventil 107e wird geschlossen, sodass
die Spule 107d den Einlassanschluss 106 schließt. Dann
stoppt die elektrische Drehmaschine 200, um in Schritt
S425 die Stromerzeugung zu stoppen. Das Auf/Zu-Ventil 34 öffnet in Schritt S430, sodass
der Kreisbetrieb vom Clausius-Rankine-Kreis 30A zum Kühlkreis 10A gewechselt
wird.
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Wenn
der Kühlkreis 10A betrieben
wird, wird in Schritt S435 bestimmt, ob der Clausius-Rankine-Kreis 30A im
vorherigen Schritt in Betrieb gewesen ist. Bei „Y" in Schritt S440 geht der Prozess weiter
zu Schritt S440, in dem bestimmt wird, ob der Druck auf der Niederdruckseite
des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 nicht niedriger als ein
bestimmter Wert P3 ist, der einem dritten bestimmten Druck in der
vor liegenden Erfindung entspricht. Wenn bestimmt wird, dass der
Druck nicht niedriger als der bestimmte Wert P3 ist, geht der Prozess
weiter zu Schritt S445. Der bestimmte Druck P3 ist ein Druck, mit
dem der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im Pumpenmodus ohne
ein übermäßiges Anfangsdrehmoment
betrieben werden kann.
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In
Schritt S445 wird die elektrische Drehmaschine 200 als
Elektromotor betrieben, der den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Pumpenmodus antreibt. Zu dem Zeitpunkt, wenn der Druck auf der Niederdruckseite
unter den bestimmten Druck P3 sinkt, wird die Antriebswelle des
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 in Schritt S450 von der elektrischen
Drehmaschine 200 zum Motor 20 gewechselt. Dies
erfolgt durch Abschalten der elektrischen Drehmaschine 200 und
durch Einkoppeln der elektromagnetischen Kupplung 300.
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Bei „N" in Schritt S435
geht der Prozess weiter zu Schritt S445. Bei „N" in Schritt S440 wird bestimmt, dass
der Druck auf der Niederdruckseite nicht ausreicht, um den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 durch
die elektrische Drehmaschine 200 anzutreiben, weshalb der
Prozess dann zu Schritt S450 geht, in dem der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 durch
den Motor 20 angetrieben wird. Anschließend geht der Prozess weiter
zu Schritt S120, in dem der Kühlkreis 10A wie
oben beschrieben kontinuierlich betrieben wird.
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
können
folgende Effekt erzielt werden.
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Wenn
der Kreisbetrieb vom Kühlkreis 10A zum
Clausius-Rankine-Kreis 30A gewechselt wird, wird der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 zum
Betrieb im Motormodus gebracht, nachdem die bestimmte Zeitdauer
t1 verstrichen ist, seitdem die Flüssigkeitspumpe 32 in
Betrieb genommen wird (Schritte S220 bis S240).
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Nachdem
die elektrische Drehmaschine 200 als Motor betrieben wird, öffnet zu
diesem Zeitpunkt die Spule 104d den Einlassanschluss 106,
um den Betriebsmodus vom Pumpenmodus zum Motormodus zu wechseln
(Schritte S240 bis 250). So kann die Energie des geheizten Kältemittels
effizient in kinetische Energie umgesetzt werden.
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Wenn
der Kreisbetrieb vom Clausius-Rankine-Kreis 30A zum Kühlkreis 10A gewechselt
wird, wird der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im Motormodus
gestoppt, nachdem die Flüssigkeitspumpe 32 abgeschaltet
wird und die bestimmte Zeitdauer t2 verstrichen ist (Schritte S405
bis S420). So wird das überhitzte
Gasphasen-Kältemittel
in dem Pumpen/Motor-Mechanismus 100 in der bestimmten Zeit t2
ausgedehnt, um die Wärmeenergie
des Kältemittels
effizient wiederzugewinnen.
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Hierbei
wird der Druck des Kältemittels
durch den Betrieb des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 reduziert,
und das Anfangsdrehmoment zum Antreiben des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Pumpenmodus wird daran gehindert, hoch zu werden. So wird die Last
des Motors 20 reduziert.
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Außerdem wird,
wenn der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 gestoppt wird, die
elektrische Drehmaschine 200 gestoppt, nachdem die Spule 107d den
Einlassanschluss 106 schließt, um den Betriebsmodus vom
Motormodus zum Pumpenmodus zu wechseln (Schritte S420 bis S425).
So wird, nachdem die Drehkraft des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Motormodus (Expansion) verbraucht ist, die elektrische Drehmaschine 200 gestoppt,
sodass die elektrische Drehmaschine 200 nicht als Bremse
zum Aufheben der Expansionsenergie dient. Das heißt, unnötiger Strom
wird kaum verbraucht.
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Wenn
der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 seinen Betrieb im Pumpenmodus
startet, treibt die elektrische Drehmaschine 200 zunächst den
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 an,
dann treibt der Motor 20 den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 anstelle der
elektrischen Drehmaschine 200 an (Schritte S445 bis S450).
So muss der Motor 20 nicht beginnen, den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 zu
Beginn anzutreiben, sodass eine Schwankung der Motordrehzahl beschränkt ist.
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Hierbei
wird bestimmt, ob die elektrische Drehmaschine 200 in Betrieb
gesetzt werden sollte (Schritte S440 bis S445), sodass verhindert
wird, dass die elektrische Drehmaschine 200 unnötig betrieben
wird.
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Außerdem wird
das System 1 kompakt, da der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 als
Kompressor und als Expansionsvorrichtung dient.
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In
Schritt S230 des in 4 dargestellten Unterflussdiagramms
kann die bestimmte Zeitdauer t1 durch einen bestimmten Druck P1
des Kältemittels (einen
ersten bestimmten Druck in der vorliegenden Erfindung) ersetzt werden.
Wenn der Druck des durch die Flüssigkeitspumpe
komprimierten Kältemittels
höher als
der bestimmte Druck P1 wird, kann der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 seinen
Betrieb im Motormodus starten.
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In
den Schritten S440 bis S445 des Unterflussdiagramms in 6 betreibt
die elektrische Drehmaschine 200 den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 entsprechend
dem Druck auf der Niederdruckseite. Statt dessen kann, nachdem die
elektrische Drehmaschine 200 den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 für eine bestimmte
Zeitdauer t3 (eine dritte bestimmte Zeitdauer der vorliegenden Erfindung) antreibt,
der Motor 20 die elektrische Drehmaschine 200 betreiben.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Bezug
nehmend auf 7 bis 9 wird nachfolgend
das zweite Ausführungsbeispiel
beschrieben. Der Unterschied zwischen 5 und 7 besteht
darin, das Schritt S41 SA in 5 durch
Schritt S415B in 7 ersetzt ist.
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Das
heißt,
nachdem die Flüssigkeitspumpe 32 in
Schritt S405 abgeschaltet ist, wird in Schritt S415b bestimmt, ob
der Druck des Kältemittels
auf der Hochdruckseite unter den bestimmten Druck P2 (ein zweiter
bestimmter Druck der vorliegenden Erfindung) gesunken ist. Der zweite
bestimmte Druck P2 ist ein Druck, bei dem keine Expansion in dem
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 stattfindet.
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Alternativ
kann, wie in Schritt S415C in 8 angegeben,
bestimmt werden, ob der Druckunterschied zwischen dem Druck auf
der Hochdruckseite und dem Druck auf der Niederdruckseite der Flüssigkeitspumpe 32 unter
eine bestimmte Druckdifferenz ΔP
gesunken ist.
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Wenn
der bestimmte Druck P2 in Schritt S415B benutzt wird, ist der bestimmte
Druck P2 nicht immer genau, falls der Druck auf der Hochdruckseite des
Clausius-Rankine-Kreises 30A niedrig
ist. Durch Verwenden der bestimmten Druckdifferenz ΔP wird die
Bestimmung, bei welcher der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im
Motormodus gestoppt wird, genau ausgeführt.
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Alternativ
kann, wie in Schritt S415D in 9 angegeben,
bestimmt werden, ob die Menge des durch die elektrische Drehmaschine
erzeugten Stroms unter eine bestimmte Menge erzeugten Stroms W sinkt.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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10 zeigt
das dritte Ausführungsbeispiel, in
dem die Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 im
Vergleich zu dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel geändert ist.
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Die
Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 hat einen variablen
Geschwindigkeitsmechanismus 400 mit einem Planetengetriebemechanismus, der
einen Kraftübertragungsweg
umschalten und die Drehgeschwindigkeit erhöhen/verringern kann.
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Der
variable Geschwindigkeitsmechanismus 400 hat ein Sonnenrad 401 in
seiner Mitte, ein kleines Zahnrad 402a, einen Planetenträger 402 und
ein Hohlrad 403. Das Sonnenrad 401 ist mit dem
Rotor 220 der elektrischen Drehmaschine 200 integriert. Der
Planetenträger 402 ist
mit der Welle 331 integriert, die mit der Reibungsplatte 330 der
elektromagnetischen Kupplung 300 dreht. Das Hohlrad 403 ist mit
der Welle 408 integriert.
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Eine
Einwegekupplung 500 ist zwischen der Welle 331 und
dem Statorgehäuse 230 angeordnet. Die
Einwegekupplung 500 erlaubt die Drehung der Welle 331 in
einer Richtung, welche der Drehrichtung der Riemenscheibe 310 entspricht.
Ein Lager 404 hält
das Sonnenrad 401 und den Rotor 220 bezüglich der
Welle 331 drehbar und ein Lager 405 hält die Welle 331 (den
Planetenträger 402)
bezüglich
der Welle 108 drehbar.
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Wenn
die elektromagnetische Kupplung 300 eingekoppelt ist, um
die Drehkraft von dem Motor 20 auf die Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 zu übertragen,
wird der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im Pumpenmodus mit
hoher Geschwindigkeit betrieben, indem der Strom an die elektrische
Drehmaschine 200 in einer solchen Weise angelegt wird, dass
das Drehmoment in dem Rotor 220 erzeugt wird, um so das
Sonnenrad 401 und den Rotor 220 nicht zu drehen.
Die Drehgeschwindigkeit des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 wird
durch Verändern der
Drehzahl der elektrischen Drehmaschine 200 verändert.
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Wenn
die elektromagnetische Kupplung 300 ausgekoppelt ist, empfängt die
elektrische Drehmaschine 200 den Strom, um den Pumpen/Motor-Mechanismus 100 in
einer solchen Weise zu drehen, das die elektrische Drehmaschine 200 in
der Gegenrichtung zur Drehung der Riemenscheibe 310 dreht, sodass
der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 im Pumpenmodus
betrieben wird. In diesem Moment drehen die Welle 331 und
der Planetenträger 402 durch
die Einwegekupplung 500 nicht, sodass die Drehkraft der
elektrischen Drehmaschine 200 durch den variablen Geschwindigkeitsmechanismus 400 reduziert
und zum Pumpen/Motor-Mechanismus 100 übertragen wird.
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Der
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 wird im Motormodus betrieben,
in dem er das überhitzte Kältemittel
aus der Heizvorrichtung 30 in dem Zustand empfängt, dass
die elektromagnetische Kupplung 300 ausgekoppelt ist. Hierbei
dreht die Welle 331 durch die Einwegekupplung 500 nicht,
sodass die Drehkraft des Pumpen/Motor-Mechanismus 100 beschleunigt
zur elektrischen Drehmaschine 200 übertragen wird, um den Strom
zu erzeugen.
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In
der Expansions/Kompressions-Vorrichtung 10 wird während des
Betriebs des Kühlkreises 10A die
elektrische Drehmaschine 200 als Generator betrieben. So
kann, wenn der Kühlkreis 10A in
Schritt S400 in 3 wieder in Betrieb genommen
wird, der Schritt S425 in 5 übersprungen
werden, um den Energieverlust durch das Beschleunigen und Bremsen
der elektrischen Drehmaschine 200 zu reduzieren.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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In
den obigen Ausführungsbeispielen
hat der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 eine Funktion eines
Kompressors und eine Funktion einer Expansionsvorrichtung. Alternativ
können
der Kompressor und die Expansionsvorrichtung separat vorgesehen sein,
die parallel zwischen dem Verdampfapparat 14 und der Heizvorrichtung 30 angeordnet
sind.
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Der
Pumpen/Motor-Mechanismus 100 kann außer einem Spiraltyp auch einen
Drehtyp, einen Kolbentyp, einen Schiebertyp und dergleichen annehmen.
Der erzeugte Strom kann mittels eines Schwungrades oder einer Feder
in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Obwohl
der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 in den obigen Ausführungsbeispielen
durch den Motor 20 angetrieben wird, kann der Pumpen/Motor-Mechanismus 100 auch
durch die elektrische Drehmaschine 200 angetrieben werden,
wie in 11 dargestellt. In 11 werden
die gleichen Beschreibungen der gleichen Teile und Komponenten von 2 nicht
wiederholt.
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Außerdem kann
die Flüssigkeitspumpe 32 in einer
solchen Weise angeordnet werden, dass die Drehwelle der Flüssigkeitspumpe 32 mit
der Drehwelle der elektrischen Drehmaschine 200 verbunden ist,
wie in 12 dargestellt. 13 ist
ein Längsschnitt
einer Anordnung der Flüssigkeitspumpe 32, der
elektrischen Drehmaschine 200 und eines Pumpen/Motor-Mechanismus 100.
Die gleichen Beschreibungen der gleichen Teile und Komponenten in 1 und 2 werden
nicht wiederholt.