DE102011100198A1

DE102011100198A1 - Heat Pump Cycle System

Info

Publication number: DE102011100198A1
Application number: DE102011100198A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Ohno; Yoichiro Kawamoto; Atsushi Inaba
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2031-05-03
Also published as: JP5533207B2; JP2011237052A; DE102011100198B4

Abstract

Ein Wärmepumpenkreislaufsystem umfasst erste und zweite Kompressionsmechanismen (11b, 11c), einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (13), der geeignet ist, Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, auszutauschen, eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle, einen Gas-Flüssigkeitsabscheider (16), eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), einen Außenwärmetauscher (20) eine Kältemittelströmungsumschalteinrichtung, die geeignet ist, wenigstens zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf einer Entfrostungsbetriebsart umzuschalten. In der Heizbetriebsart, bewirkt der Kältemittelströmungsumschaltabschnitt, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt wird, und bewirkt, dass das von der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) dekomprimierte Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt. Außerdem bewirkt der Kältemittelströmungsumschaltabschnitt in der Entfrostungsbetriebsart, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpenkreislaufsystem, das einen Heizbetrieb zum Heizen eines Fluids und einen Entfrostungsbetrieb zum Entfernen von Frost, der an einem Außenwärmetauscher, der als ein Verdampfer geeignet ist, haftet, durchführen kann. Zum Beispiel kann das Wärmepumpenkreislaufsystem geeignet für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs verwendet werden, in dem es schwierig ist, eine Heizquelle zum Heizen von einer Antriebsquelle für das Fahren des Fahrzeugs zu erhalten.
Das Patentdokument 1 ( JP 2001-030744A ) beschreibt in Bezug auf eine Dampfkompressionskältekreislaufvorrichtung, die als ein Wärmepumpenkreislaufsystem geeignet ist, in dem Frost, der an einem Außenwärmetauscher haftet, in einem Entfrostungsbetrieb geschmolzen wird. Hier ist der Außenwärmetauscher als ein Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel geeignet.
Die Kältekreislaufvorrichtung des Patentdokuments 1 ist aufgebaut, um zwischen einer Heizbetriebsart und einer Entfrostungsbetriebsart umgeschaltet zu werden. In der Heizbetriebsart wird Luft, die in einen Fahrzeugraum geblasen werden soll, in einem Innenwärmetauscher geheizt, und der Außenwärmetauscher wird als ein Verdampfer betrieben, wodurch der Fahrzeugraum geheizt wird. Im Gegensatz dazu wird in der Entfrostungsbetriebsart auf dem Außenwärmetauscher erzeugter Frost entfernt.
Die Kältekreislaufvorrichtung von Patentdokument 1 ist mit einem Kompressor zum Komprimieren von Kältemittel und einem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher, in dem von dem Kompressor ausgestoßenes Hochdruckkältemittel strömt, versehen. Außerdem wird ein zweistufiger Druckerhöhungskompressor als der Kompressor verwendet, in dem eine Mitteldrucköffnung (d. h. Gaseinspritzöffnung) bereitgestellt ist, so dass Gaskältemittel mit einem mittleren Druck mit dem Kältemittel in der Kompressionsstufe vereinigt wird.
Außerdem wird in der Heizbetriebsart in dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher die Wärme des von dem Kompressor ausgestoßenen Hochdruckkältemittels an Luft abgestrahlt, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, wodurch der Heizbetrieb des Fahrzeugraums durchgeführt wird. Das Kältemittel, das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, wird verzweigt, so dass ein verzweigtes Kältemittel in ein Niederdruckkältemittel dekomprimiert wird, und das dekomprimierte Kältemittel wird durch Aufnehmen von Wärme aus Außenluft in dem Außenwärmetauscher verdampft.
Andererseits wird das andere verzweigte Kältemittel in ein Mitteldruckkältemittel dekomprimiert und wird durch Durchführen des Wärmeaustauschs mit Motorkühlmittel als eine externe Wärmequelle geheizt. Dann strömt das geheizte Mitteldruckgaskältemittel in die Mitteldrucköffnung. In der Kältekreislaufvorrichtung des Patentdokuments 1 wird die Heizleistung in dem Heizbetrieb unter Verwendung der Abwärme des Motors verbessert.
Wenn in dem Heizbetrieb außerdem Frost des Außenwärmetauschers erfasst wird, wird die Entfrostungsbetriebsart durchgeführt. In der Entfrostungsbetriebsart wird der nutzungsseitige Wärmetauscher einfach als ein Kältemitteldurchgang verwendet, den das von dem Kompressor ausgestoßene Kältemittel durchläuft, ohne abgestrahlt zu werden.
Außerdem wird die Strömung des Hochtemperaturkältemittels, das aus dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, in der Entfrostungsbetriebsart verzweigt, so dass das eine verzweigte Kältemittel in ein Niederdruckkältemittel dekomprimiert wird, und das dekomprimierte Kältemittel strömt in den Außenwärmetauscher, wodurch der an dem Außenwärmetauscher haftende Frost entfernt wird. Außerdem wird das andere verzweigte Kältemittel auf ein Niederdruckkältemittel dekomprimiert und wird unter Verwendung einer externen Wärmequelle geheizt. Dann wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in einem zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher unter Verwendung der Wärmemenge des geheizten Gaskältemittels geheizt, wodurch der Heizbetrieb des Fahrzeugraums durchgeführt wird.
Folglich ist die Kältemittelkreislaufvorrichtung des Patentdokuments 1 geeignet, den Heizbetrieb selbst in der Entfrostungsbetriebsart kontinuierlich durchzuführen.
Jedoch ist es in der Kältekreislaufvorrichtung des Patentdokuments 1 notwendig, sowohl den ersten als auch den zweiten nutzungsseitigen Wärmetauscher bereitzustellen, um den Heizbetrieb des Fahrzeugraums in der Entfrostungsbetriebsart durchzuführen. Folglich ist es in der Entfrostungsbetriebsart notwendig, die Kältemitteldurchgänge kompliziert zu schalten, um den ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher als den Kältemitteldurchgang zu schalten.
Außerdem wird in der Entfrostungsbetriebsart der Kältekreislaufvorrichtung, weil der Druckabfall des Kältemittels in dem ersten nutzungsseitigen Wärmetauscher bewirkt wird, die Antriebsleistung des Kompressors erhöht, wodurch der Leistungskoeffizient (COP) des Kältekreislaufs verringert wird.
Die vorliegende Erfindung wird angesichts der vorstehenden Themen gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmepumpenkreislaufsystem bereitzustellen, das ein Fluid, das Wärme austauschen soll, in einer Entfrostungsbetriebsart mit einer einfachen Struktur effektiv heizen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmepumpenkreislaufsystem erste und zweite Kompressionsmechanismen (11b, 11c), die geeignet sind, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (13), der geeignet ist, Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, auszutauschen, eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) strömende Kältemittel zu dekomprimieren, eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle, einen Gas-Flüssigkeitsabscheider (16) zum Abscheiden von Gas und Flüssigkeit des aus der Heizeinrichtung (14) strömenden Kältemittels und um eine abgeschiedene Gaskältemittelströmung zu einer Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausströmen zu lassen, eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider (16) abgeschiedene flüssige Kältemittel zu dekomprimieren, einen Außenwärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft und um zu bewirken, dass das Kältemittel nach dem Wärmeaustausch in Richtung einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömt, und eine Kältemittelströmungsumschalteinrichtung, die geeignet ist, zwischen wenigstens einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart, in der das Fluid, das Wärme austauschen soll, in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) geheizt wird, und einem Kältemittelkreislauf einer Entfrostungsbetriebsart, in der an dem Außenwärmetauscher (20) haftender Frost entfernt wird, umschaltbar zu sein. In dem Wärmepumpenkreislaufsystem bewirkt die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Heizbetriebsart, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt wird, und bewirkt, dass das in der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) dekomprimierte Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt. Im Gegensatz dazu bewirkt die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Entfrostungsbetriebsart, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt.
Folglich zirkuliert das Kältemittel in der Heizbetriebsart in der Reihenfolge des ersten Kompressionsmechanismus (11b) → des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) → des nutzungsseitigen Wärmetauschers (13) → der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) → des Gas-Flüssigkeitsabscheiders (16) → der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) → des Außenwärmetauschers (20) → des ersten Kompressionsmechanismus (11b). Gleichzeitig zirkuliert das Kältemittel in der Reihenfolge des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) → des nutzungsseitigen Wärmetauschers (13) → der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) → der Heizeinrichtung (14) → des Gas-Flüssigkeitsabscheiders (16) → des zweiten Kompressionsmechanismus (11c).
Folglich wird die Wärmemenge des Kältemittels, die in dem Außenwärmetauscher (20) aus der Außenluft aufgenommen wird, an das Fluid abgestrahlt, das in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) Wärme austauschen soll, wodurch das Fluid, das Wärme austauschen soll, geheizt wird. Da das in der Heizeinrichtung (14) geheizte Kältemittel zu dieser Zeit zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt wird, kann das Fluid, das Wärme austauschen soll, unter Verwendung von Wärme, die von der Heizeinrichtung (14) geliefert wird, effektiv geheizt werden.
Außerdem wird das Kältemittel in der Entfrostungsbetriebsart in der Reihenfolge des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) → des nutzungsseitigen Wärmetauschers (13) → der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) → der Heizeinrichtung (14) → des Gas-Flüssigkeitsabscheiders (16) → des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) zirkuliert. Gleichzeitig wird das Kältemittel in der Reihenfolge des ersten Kompressionsmechanismus (11b) → des Außenwärmetauschers (20) → des ersten Kompressionsmechanismus (11b) zirkuliert. Folglich kann der an dem Außenwärmetauscher (20) haftende Frost, der in der Heizbetriebsart erzeugt wird, geschmolzen und entfernt werden. Da das von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßene Kältemittel zu dieser Zeit in den nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) strömt, kann das Fluid, das Wärme austauschen soll, unter Verwendung der von der Heizeinrichtung (14) gelieferten Wärme geheizt werden. Da das aus dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) strömende Kältemittel in der Entfrostungsbetriebsart direkt in den nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) strömt, ist es möglich, zu verhindern, dass der Druckabfall unnötig erhöht wird. Als ein Ergebnis kann das Fluid, das Wärme austauschen soll, in dem Wärmepumpenkreislaufsystem selbst in der Entfrostungsbetriebsart effektiv geheizt werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmepumpenkreislaufsystem erste und zweite Kompressionsmechanismen (11b, 11c), die geeignet sind, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (13), der geeignet ist, Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, auszutauschen, einen Verzweigungsabschnitt (17d), der geeignet ist, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) strömende Kältemittel zu verzweigen, eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, ein an dem Verzweigungsabschnitt (17d) verzweigtes Kältemittel zu dekomprimieren, eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des an der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) dekomprimierten Kältemittels unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle und, um zu bewirken, dass das geheizte Kältemittel in Richtung einer Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) strömt, eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das andere an dem Verzweigungsabschnitt (17d) verzweigte Kältemittel zu dekomprimieren, einen Außenwärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft und, um zu bewirken, dass das Kältemittel nach dem Wärmeaustausch in Richtung einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömt, und eine Kältemittelströmungsumschalteinrichtung, die geeignet ist, wenigstens zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart, in der das Fluid, das Wärme austauschen soll, in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) geheizt wird, und einem Kältemittelkreislauf einer Entfrostungsbetriebsart, in der an dem Außenwärmetauscher (20) haftender Frost entfernt wird, umzuschalten. In dem Wärmepumpenkreislaufsystem bewirkt die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Heizbetriebsart, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt wird, und bewirkt, dass das in der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) dekomprimierte Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt. Im Gegensatz dazu bewirkt die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Entfrostungsbetriebsart, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt.
Folglich zirkuliert das Kältemittel in der Heizbetriebsart in der Reihenfolge des ersten Kompressionsmechanismus (11b) → des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) → des nutzungsseitigen Wärmetauschers (13) → des Verzweigungsabschnitts (17d) → der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) → des Außenwärmetauschers (20) → des ersten Kompressionsmechanismus (11b). Gleichzeitig zirkuliert das Kältemittel in der Reihenfolge des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) → des nutzungsseitigen Wärmetauschers (13) → des Verzweigungsabschnitts (17d) → der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) → der Heizeinrichtung (14) → des zweiten Kompressionsmechanismus (11c). Folglich kann das Fluid, das Wärme austauschen soll, effektiv geheizt werden.
Außerdem wird Kältemittel in der Entfrostungsbetriebsart in der Reihenfolge des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) → des nutzungsseitigen Wärmetauschers (13) → des Verzweigungsabschnitts (17d) → der ersten Dekompressionseinrichtung (15a) → der Heizeinrichtung (14) → des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) zirkuliert. Gleichzeitig wird das Kältemittel in der Reihenfolge des ersten Kompressionsmechanismus (11b) → des Außenwärmetauschers (20) → des ersten Kompressionsmechanismus (11b) zirkuliert. Folglich kann der an dem Außenwärmetauscher (20) haftende Frost, der in der Heizbetriebsart erzeugt wird, geschmolzen und entfernt werden. Als ein Ergebnis kann in dem Wärmepumpenkreislaufsystem das Fluid, das Wärme austauschen soll, selbst in der Entfrostungsbetriebsart wirkungsvoll geheizt werden.
Zum Beispiel kann die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung ein Dreiwegeventil (12) umfassen, das geeignet ist, zwischen einem Kältemitteldurchgang, der eine Ausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) und eine Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) verbindet, und einem Kältemitteldurchgang, der die Ausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) und eine Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers (20) verbindet, umzuschalten.
In dem Wärmepumpenkreislaufsystem kann das Fluid Luft sein, die in einen Fahrzeugraum befördert werden soll, und die externe Wärmequelle kann Kühlmittel zum Kühlen eines Motors sein, der geeignet ist, eine Antriebskraft zum Fahren eines Fahrzeugs auszugeben. In diesem Fall kann ein Strömungseinstellabschnitt (42a) geeignet sein, eine Strömungsmenge des zu der Heizeinrichtung strömenden Kühlmittels einzustellen. Außerdem kann das Wärmepumpenkreislaufsystem einen Wärmeaustauscheinstellabschnitt (34) umfassen, der geeignet ist, eine Wärmeaustauschmenge in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) zwischen dem Fluid und dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel einzustellen.
Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, die unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet sind, offensichtlicher, wobei:
1 ein Schemadiagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf in einer allgemeinen Heizbetriebsart eines Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein Schemadiagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf in einer Entfrostungsbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ein Schemadiagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf in einer endothermen Luftheizbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ein Schemadiagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf in einer Heizunterstützungsbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ein Schemadiagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf in einer Kühlbetriebsart und einer Entfeuchtungsbetriebsart eines Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 ein Diagramm ist, das Betriebszustände der Kältemittelströmungsumschaltabschnitte in jeweiligen Betriebsarten gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ein Flussdiagramm ist, das eine Steuerroutine zeigt, die von einer Klimatisierungssteuerung in Heizbetriebsarten gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
8 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in der allgemeinen Heizbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in der Entfeuchtungsbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in der endothermen Luftheizbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in der Heizunterstützungsbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in der Kühlbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in der Entfeuchtungsbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Schemadiagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf in einer allgemeinen Heizbetriebsart eines Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein Diagramm ist, das Betriebszustände der Kältemittelströmungsumschaltabschnitte in jeweiligen Betriebsarten gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
16 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einer allgemeinen Heizbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
17 ein Schemadiagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf in einer Kühlbetriebsart und einer Entfeuchtungsbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufsystems gemäß der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung werden hier nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann einem Teil, der einem in einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Gegenstand entspricht, die gleiche Bezugsnummer zugewiesen sein, und die redundante Erklärung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn in einer Ausführungsform nur ein Teil eines Aufbaus beschrieben ist, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, auch wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können selbst dann teilweise kombiniert werden, wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, es liegt kein Nachteil in der Kombination.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf 1 bis 13 beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird ein Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der Erfindung auf eine Klimaanlage 1 für ein Fahrzeug, wie etwa ein Hybridfahrzeug, angewendet, das eine Antriebskraft zum Fahren des Fahrzeugs von einem Verbrennungsmotor 41 und einem Elektromotor für das Fahren des Fahrzeugs erhält. Das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 ist geeignet, Luft, die in einen Fahrzeugraum, der ein Raum ist, der klimatisiert werden soll, geblasen werden soll, zu heizen oder zu kühlen.
Die Kreislaufstruktur des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 der vorliegenden Ausführungsform ist aufgebaut, um zwischen einer Heizbetriebsart und einer Kühlbetriebsart umschaltbar zu sein. In der Heizbetriebsart wird das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 betrieben, so dass Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, geheizt wird. Im Gegensatz dazu wird das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der Kühlbetriebsart betrieben, so dass die Luft, die in den Fahrzeugraum gebissen werden soll, gekühlt wird.
Außerdem können in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 Kältemitteldurchgänge verschiedener Betriebsarten, wie etwa der Heizbetriebsart und einer Entfrostungsbetriebsart, umgeschaltet werden. In der Entfrostungsbetriebsart wird Frost, der in einer Heizbetriebsart auf einem Außenwärmetauscher 20 erzeugt wird, geschmolzen und entfernt. In der allgemeinen Heizbetriebsart strömt Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 wie in durchgezogenen Pfeilen, die in 1 gezeigt sind.
Zum Beispiel kann in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 ein Freon-basiertes Kältemittel verwendet werden. In diesem Fall wird in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 ein unterkritischer Kältemittelkreislauf aufgebaut. In dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 wird ein Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite niedriger als der kritische Druck des Kältemittels. Außerdem wird ein Kältemaschinenöl mit dem Kältemittel vermischt, um einen Kompressor 11 zu schmieren, so dass das Kältemaschinenöl in dem Kältemittelkreislauf zusammen mit dem Kältemittel zirkuliert wird.
Der Kompressor 11 ist in einem Motorraum angeordnet und führt das Ansaugen, die Kompression und das Ausstoßen des Kältemittels in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 durch. Zum Beispiel ist der Kompressor 11 der vorliegenden Ausführungsform ein zweitstufiger elektrischer Druckerhöhungskompressor, in dem erste und zweite Kompressionsmechanismen 11b, 11c in einem einzelnen Gehäuse 11a untergebracht werden und gemeinsam von einem Elektromotor angetrieben werden. Jeder der ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c ist zum Beispiel ein Kompressionsmechanismus mit fester Verdrängung.
Als der Kompressionsmechanismus mit fester Verdrängung für die ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c können verschiedene Kompressionsmechanismen, wie etwa ein Spiralkompressionsmechanismus, ein Drehschieberkompressionsmechanismus oder ähnliche verwendet werden. Der Betrieb (z. B. die Drehzahl) des Elektromotors wird unter Verwendung von Steuersignalen gesteuert, die von einer später beschriebenen Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben werden. Als der Elektromotor kann ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor verwendet werden. Eine Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 wird durch die Drehzahlsteuerung geändert. Folglich wird der Elektromotor als ein Ausstoßkapazitätsänderungsabschnitt des Kompressors 11 verwendet.
Ein elektrisches Dreiwegeventil 12 ist in dem Gehäuse 11a des Kompressors 11 angeordnet, um als ein Kältemittelströmungsumschaltabschnitt verwendet zu werden. Zum Beispiel ist das elektrische Dreiwegeventil 12 geeignet, zwischen einem Kältemittelkreislauf der Heizbetriebsart und einem Kältemittelkreislauf der Entfrostungsbetriebsart umzuschalten.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Dreiwegeventil 12 aufgebaut, um zwischen einem ersten Kältemitteldurchgang und einem zweiten Kältemitteldurchgang in dem Gehäuse 11a umzuschalten. Hier bewirkt der erste Kältemitteldurchgang, dass eine Kältemittelausstoßöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b mit einer Kältemittelansaugöffnung des zweiten Kompressionsmechanismus 11c in dem Gehäuse 11a verbunden wird, und der zweite Kältemitteldurchgang bewirkt, dass die Kältemittelansaugöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b mit einer Umleitungsöffnung 11g verbunden wird. Durch die Umleitungsöffnung 11g des Kompressors 11 strömt das Kältemittel außerhalb des Gehäuses 11a. Außerdem wird der Betrieb des Dreiwegeventils 12 von einer Steuerspannung gesteuert, die von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird.
Das Gehäuse 11a des Kompressors 11 ist versehen mit: einer Ansaugöffnung 11d, von der Niederdruckkältemittel gesaugt wird, einer Mitteldrucköffnung 11e, von der Mitteldruckkältemittel gesaugt wird, einer Ausstoßöffnung 11f, von der Hochdruckkältemittel ausgestoßen wird, und der Umleitungsöffnung 11g, durch die Kältemittel von dem Dreiwegeventil 12 außerhalb des Gehäuses 11a strömt. Die jeweiligen Öffnungen 11d–11g sind mit den ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c und dem Dreiwegeventil 12 innerhalb des Gehäuses 11a verbunden.
Insbesondere ist die Ansaugöffnung 11d des Gehäuses 11a mit der Ansaugöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b verbunden, die Mitteldrucköffnung 11e des Gehäuses 11a ist verbunden, um mit dem Kältemittelströmungsauslass des Dreiwegeventils 12 und der Kältemittelansaugöffnung des zweiten Kompressionsmechanismus 11c in Verbindung zu stehen, die Ausstoßöffnung 11f des Gehäuses 11a ist mit der Ausstoßöffnung des zweiten Kompressionsmechanismus 11c verbunden, und die Umleitungsöffnung 11g des Gehäuses 11a ist mit dem anderen Kältemittelströmungsauslass des Dreiwegeventils 12 verbunden.
Der erste Kompressionsmechanismus 11b ist geeignet, Niederdruckkältemittel, das von der Ansaugöffnung 11d gesaugt wird, anzusaugen und zu komprimieren und das komprimierte Kältemittel zu einer Kältemitteleinlassseite des Dreiwegeventils 12 auszustoßen.
Der zweite Kompressionsmechanismus 11c ist geeignet, Mitteldruckkältemittel anzusaugen und zu komprimieren und das komprimierte Kältemittel aus der Ausstoßöffnung 11f auszustoßen, wenn das Dreiwegeventil 12 die Ausstoßöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b und die Ansaugöffnung des zweiten Kompressionsmechanismus 11c miteinander verbindet. Hier ist das Mitteldruckkältemittel die Mischung zwischen Kältemittel, das von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b ausgestoßen wird, und Kältemittel, das von der Mitteldrucköffnung 11e angesaugt wird. Wenn außerdem das Dreiwegeventil 12 die Ausstoßöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b und die Umleitungsöffnung 11g verbindet, komprimiert der zweite Kompressionsmechanismus 11c das von der Mitteldrucköffnung 11e gesaugte Kältemittel und stößt das Kältemittel aus der Ausstoßöffnung 11f aus.
Die Ausstoßöffnung 11f ist als die Ausstoßöffnung des gesamten Kompressors 11 geeignet und ist mit einer Kältemitteleinlassseite eines Innenkondensators 13 als einem nutzungsseitigen Wärmetauscher verbunden. Der Innenkondensator 13 ist in einem Gehäuse 31 einer Innenklimatisierungseinheit 30 der Fahrzeugklimaanlage 1 angeordnet und ist als ein Heizwärmetauscher geeignet, in dem darin strömendes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel mit Luft nach dem Durchlaufen eines Innenverdampfers 21 Wärme austauscht. Die detaillierte Struktur der Innenklimatisierungseinheit 30 wird später beschrieben.
Ein erstes elektrisches Expansionsventil 15a als ein erster Dekompressionsabschnitt ist mit einer Kältemittelauslassseite des Innenkondensators 13 verbunden, um das aus dem Innenkondensator 13 strömende Kältemittel zu dekomprimieren. Das erste elektrische Expansionsventil 15a ist eine variable Drossel, die aufgebaut ist, um das aus dem Innenkondensator 13 strömende Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren.
Insbesondere ist das erste elektrische Expansionsventil 15a derart aufgebaut, dass es einen Ventilkörper mit einem variablen Drosselöffnungsgrad und einen Schrittmotor zum Ändern des Drosselöffnungsgrads des Ventilkörpers hat. Der Betrieb des ersten elektrischen Expansionsventils 15a wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird. Wenn die Drosseldurchgangsfläche des ersten elektrischen Expansionsventils 15a maximal wird, wird das Kältemittel nicht dekomprimiert und expandiert, während es das erste elektrische Expansionsventil 15a durchläuft, und dadurch wirkt das erste elektrische Expansionsventil 15a als ein Kältemitteldurchgang ohne Drosslung.
Eine Kältemittelauslassseite des ersten elektrischen Expansionsventils 15a ist mit einer Kältemitteleinlassseite eines Kältemitteldurchgangs 14a eines Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 verbunden. In dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 tauscht das durch den Kältemitteldurchgang 14a strömende Kältemittel mit Motorkühlmittel, das durch einen Kühlmitteldurchgang 14b strömt, Wärme aus, wodurch das Kältemittel zumindest in einer allgemeinen Heizbetriebsart unter Verwendung von Wärme aus dem Motorkühlmittel geheizt wird. In diesem Fall ist der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 als eine Heizung zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung einer externen Wärmequelle, wie etwa des Motorkühlmittels, geeignet.
Daher ist die externe Wärmequelle der Heizung der vorliegenden Ausführungsform das Motorkühlmittel eines Kühlmittelkreises 40 zum Kühlen des Motors 41 in der vorliegenden Ausführungsform. Die detaillierte Struktur des Kühlmittelkreises 40 mit dem Kühlmitteldurchgang 14b wird später beschrieben.
Als eine besondere Struktur des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 kann eine Doppelrohr-Wärmetauscherstruktur verwendet werden, in der ein inneres Rohr, das den Kältemitteldurchgang 14a bildet, im Inneren eines äußeren Rohrs, das den Kältemitteldurchgang 14b bildet, bereitgestellt ist. Der Kältemitteldurchgang 14a kann als das äußere Rohr bereitgestellt werden, und der Kühlmitteldurchgang 14b kann als das innere Rohr bereitgestellt werden. Außerdem können die Kältemittelrohre zum Definieren des Kältemitteldurchgangs 14a und des Kühlmitteldurchgangs 48b durch Hartlöten verbunden werden, um eine Wärmeaustauschstruktur zu haben.
Alternativ kann der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 eine Wärmeaustauschstruktur sein, in der ein gewundenes Rohr oder mehrere Rohre bereitgestellt sind, um den Kältemitteldurchgang 14a zu bilden, und der Kühlmitteldurchgang 14b zwischen Rohrteilen oder den Rohren ausgebildet ist. In diesem Fall können ferner gewellte Lamellen oder Plattenlamellen bereitgestellt werden, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel zu erleichtern.
Die Kältemittelauslassseite des Kältemitteldurchgangs 14a des Innenwärmetauschers 14 ist mit einem Kältemitteleinlass eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 verbunden. In dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 wird das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömende Kältemittel in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden, und das überschüssige flüssige Kältemittel in dem Kreislauf wird darin gelagert. Ein Gaskältemittelauslass des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 ist mit der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 verbunden, und ein Auslass für flüssiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 ist mit einer Kältemitteleinlassöffnung eines ersten Dreiwegeverbindungselements 17a verbunden.
Zum Beispiel hat das erste Dreiwegeverbindungselement 17a drei Öffnungen, die als zwei Kältemitteleinlässe und ein Kältemittelauslass verwendet werden. Das erste Dreiwegeverbindungselement 17a kann durch Verbinden mehrerer Rohre aufgebaut werden, oder kann durch Bereitstellen mehrerer Kältemitteldurchgänge in einem Metallblockelement oder einem Harzblockelement aufgebaut werden.
Ein erstes Öffnungs-/Schließventil 18a ist in einer Kältemittelrohrleitung von dem Gaskältemittelauslass des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 angeordnet, um die Kältemittelrohrleitung zu öffnen und zu schließen. Das erste Öffnungs-/Schließventil 18a ist ein elektromagnetisches Ventil, dessen Betrieb von einer Steuerspannung gesteuert wird, die von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird.
Das erste Öffnungs-/Schließventil 18a öffnet oder schließt die Kältemittelrohrleitung von dem Gaskältemittelauslass des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11, wodurch der Kältemitteldurchgang des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 umgeschaltet wird. Folglich sind das erste Öffnungs-/Schließventil 18a und das Dreiwegeventil 12 als ein Kältemittelströmungsumschaltabschnitt geeignet.
Ein zweites elektrisches Expansionsventil 15b als ein zweiter Dekompressionsabschnitt ist in einer Kältemittelrohrleitung von einem Auslass für flüssiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu einem Kältemitteleinlass des ersten Dreiwegeverbindungselements 17a angeordnet, wodurch das an dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene flüssige Kältemittel dekomprimiert wird. Die grundlegende Struktur des zweiten elektrischen Expansionsventils 15b ist ähnlich der in dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a.
Das zweite elektrische Expansionsventil 15b kann den Drosselöffnungsdurchgang ganz schließen, um die Strömung des Kältemittels in der Kältemittelrohrleitung von dem Auslass für flüssiges Kältemittel des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16 zu der Kältemitteleinlassseite des ersten Dreiwegeverbindungselements 17a zu sperren. Folglich ist das zweite elektrische Expansionsventil 15b als ein Kältemittelströmungsumschaltabschnitt in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 geeignet.
Der andere Kältemitteleinlass des Dreiwegeverbindungselements 17a ist über den Umleitungsdurchgang 19 mit der Umleitungsöffnung 11g des Kompressors 11 verbunden. Ein Rückschlagventil 19a befindet sich in dem Umleitungsdurchgang 19, um lediglich die Strömung des Kältemittels von der Umleitungsöffnung 11g zu der anderen Kältemitteleinlassöffnung des ersten Dreiwegeverbindungselements 17a zuzulassen.
Der Umleitungsdurchgang 19 und das Rückschlagventil 19a sind aufgebaut, um einen vorgegebenen Druckabfall in dem durch den Umleitungsdurchgang 19 strömenden Kältemittel zu bewirken. Zum Beispiel wird/werden die Kältemitteldurchgangsfläche und/oder die Länge und/oder eine Biegungsform des Umleitungsdurchgangs 19 und/oder die Kältemitteldurchgangsfläche des Rückschlagventils 19a eingestellt, um den vorgegebenen Druckabfall in dem Umleitungsdurchgang 19 zu bewirken.
Der Kältemittelauslass des ersten Dreiwegeverbindungselements 17a ist mit einem Außenwärmetauscher 20 verbunden, wobei das in ihm strömende Kältemittel mit Außenluft Wärme austauscht, die von einem Gebläseventilator 20a geblasen wird. Der Außenwärmetauscher 20 ist als ein Verdampfer geeignet, in dem Niederdruckkältemittel verdampft wird, um in der Heizbetriebsart eine wärmeaufnehmende Wirkung zu haben, und ist als in Strahler geeignet, in dem Hochdruckkältemittel in der Kühlbetriebsart Wärme abstrahlt. Der Außenwärmetauscher 29 ist in einem Motorraum angeordnet.
Der Gebläseventilator 20a ist ein elektrischer Ventilator, dessen Drehzahl (Luftblasmenge) von einer Steuerspannung gesteuert wird, die von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird. Das heißt, ein Betriebsverhältnis des Gebläseventilators 20a wird von der Klimatisierungssteuerung 50 gesteuert.
Der Kältemitteleinlass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 17b ist mit einer Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 verbunden. Die grundlegende Struktur des zweiten Dreiwegeverbindungselements 17b ist ähnlich dem ersten Dreiwegeverbindungselement 17a. Das zweite Dreiwegeverbindungselement 17b ist mit einem Kältemitteleinlass und zwei Kältemittelauslässen in den drei Öffnungen des Dreiwegeverbindungselements versehen.
Ein Kältemittelauslass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 17b ist über ein drittes elektrisches Expansionsventil 15c mit einer Kältemitteleinlassseite des Innenverdampfers 21 verbunden. Der Innenverdampfer 21 ist in dem Gehäuse 31 der Innenklimatisierungseinheit 30 auf einer luftstromaufwärtigen Seite des Innenkondensators 13 angeordnet. Der Innenverdampfer 21 ist ein Kühlwärmetauscher zum Kühlen von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Kältemittel und Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll.
Das dritte elektrische Expansionsventil 15c ist eine Dekompressionseinheit zum Dekomprimieren des Kältemittels, das aus dem einen Kältemittelauslass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 17b strömt. Die grundlegende Struktur des dritten elektrischen Expansionsventils 15c ist ähnlich der des ersten elektrischen Expansionsventils 15a. Das dritte elektrische Expansionsventil 15c ist derart aufgebaut, dass es fähig ist, den Drosseldurchgang ganz zu schließen, wodurch die Strömung des Kältemittels, das von dem einen Kältemittelauslass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 17b zu der Kältemitteleinlassseite des Innenwärmetauschers 21 strömt, gesperrt wird.
Folglich ist das dritte elektrische Expansionsventil 15c als ein Kältemittelströmungsumschaltabschnitt in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 geeignet.
Der andere Kältemittelauslass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 17b ist über das zweite Öffnungs-/Schließventil 18b mit einem Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 17c verbunden. Die grundlegende Struktur des dritten Dreiwegeverbindungselements 17c ist ähnlich dem ersten Dreiwegeverbindungselement 17a. Das dritte Dreiwegeverbindungselement 17c ist mit zwei Kältemitteleinlässen und einem Kältemittelauslass in den drei Öffnungen des Dreiwegeverbindungselements versehen.
Die grundlegende Struktur des zweiten Öffnungs-/Schließventils 18b ist ähnlich dem ersten Öffnungs-/Schließventil 18a. Das zweite Öffnungs-/Schließventil 18b öffnet oder schließt die Kältemittelrohrleitungen von dem anderen Kältemittelauslass des zweiten Dreiwegeverbindungselements 17b zu dem einen Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 17c, wodurch der Kältemitteldurchgang des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 umgeschaltet wird.
Folglich kann das zweite Öffnungs-/Schließventil 18b zusammen mit dem Dreiwegeventil 12, dem ersten Öffnungs-/Schließventil 18a, dem zweiten elektrischen Expansionsventil 15b und dem dritten elektrischen Expansionsventil 15c als ein Kältemittelströmungsumschaltabschnitt geeignet sein.
Eine Kältemittelauslassseite des Innenverdampfers 21 ist mit dem anderen Kältemitteleinlass des dritten Dreiwegeverbindungselements 17c verbunden, und der Kältemittelauslass der dritten Dreiwegeverbindung 17c ist mit der Kältemitteleinlassseite des Akkumulators 22 verbunden. Der Akkumulator 22 ist ein niederdruckseitiger Gas-Flüssigkeitsabscheider, in dem das darin strömende Kältemittel in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden wird und überschüssiges Kältemittel darin gelagert wird. Die Kältemittelansaugöffnung 11d des Kompressors 11, das heißt, die Kältemittelansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus 11b, ist mit einer Gaskältemittelauslassseite des Akkumulators 22 verbunden.
Als nächstes wird die Innenklimatisierungseinheit 30 beschrieben. Die Innenklimatisierungseinheit 30 befindet sich in einer Instrumententafel (d. h. Armaturenbrett), die an dem vordersten Abschnitt in einem Fahrzeugraum positioniert ist. Die Innenklimatisierungseinheit 30 umfasst das Gehäuse 31, das eine Außenschale bildet und den Luftdurchgang darin definiert. In dem Gehäuse 31 sind ein Gebläse 32, der Innenverdampfer 21, der Innenkondensator 13 und ähnliches angeordnet.
Das Gehäuse 31 definiert den Luftdurchgang, durch den Luft in den Fahrzeugraum strömt. Das Gehäuse 31 ist aus einem Harz (z. B. Polypropylen) mit einer passenden Elastizität und überlegener Festigkeit gefertigt. Eine Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 ist am stromaufwärtigsten von dem Gehäuse 31 in der Luftströmungsrichtung angeordnet, um Innenluft (d. h. Luft in dem Fahrgastraum) oder/und Außenluft (d. h. Luft außerhalb des Fahrgastraums) selektiv einzuleiten.
Die Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 hat einen Innenlufteinleitungseinlass, durch den die Innenluft in das Gehäuse 31 eingeleitet wird, und einen Außenlufteinlass, durch den die Außenluft in das Gehäuse 31 eingeleitet wird. Ferner ist eine Luftumschaltklappe in der Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 angeordnet, um Öffnungsflächen des Innenlufteinlasses und des Außenlufteinlasses kontinuierlich zu steuern, wodurch ein Verhältnis einer Strömungsmenge der Innenluft und einer Strömungsmenge der Außenluft geändert wird.
Das Gebläse 32 ist in dem Gehäuse 31 auf einer luftstromabwärtigen Seite der Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 angeordnet, um Luft, die über die Innen-/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 gesaugt wird, in Richtung des Inneren des Fahrzeugraums zu blasen. Das Gebläse 32 ist zum Beispiel ein elektrisches Gebläse mit einem Vielflügel-Zentrifugalventilator und einem Elektromotor. In diesem Fall wird der Vielflügel-Zentrifugalventilator von dem Elektromotor angetrieben, und die Drehzahl (Luftblasmenge) des Elektromotors des Gebläses 32 wird von einer Steuerspannung gesteuert, die von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird.
Der Innenverdampfer 21 und der Innenkondensator 13 sind in dieser Reihenfolge in der Strömungsrichtung von Luft, die in den Fahrzeugraum strömt, in dem Gehäuse 31 auf einer stromabwärtigen Seite des Gebläses 32 angeordnet. Das heißt, der Innenverdampfer 21 ist in der Strömungsrichtung von Luft, die zu dem Fahrzeugraum strömt, stromaufwärtig von dem Innenkondensator 13 angeordnet.
Eine Luftmischklappe 34 ist auf einer luftstromabwärtigen Seite des Innenverdampfers 21 und auf einer luftstromaufwärtigen Seite des Innenkondensators 13 angeordnet, um ein Verhältnis einer Strömungsmenge von Luft, die den Innenkondensator 13 durchläuft, und einer Strömungsmenge von Luft, die den Innenkondensator 13 umgeht, einzustellen. Ein Mischraum 35 ist in dem Gehäuse 31 auf einer luftstromabwärtigen Seite des Innenkondensators 13 bereitgestellt, so dass Luft, die den Innenkondensator 13 durchläuft, und Luft, die den Innenkondensator 13 umgeht, in dem Mischraum 35 vermischt werden, wodurch klimatisierte Luft mit einer gewünschten Temperatur erhalten wird.
Außerdem ist auf der luftstromabwärtigsten Seite das Gehäuse 31 mit mehreren (nicht gezeigten) Luftauslässen bereitgestellt, aus denen klimatisierte Luft des Mischraums 35 in den Fahrzeugraum geblasen wird, der ein Raum ist, der klimatisiert werden soll. Die Luftauslässe sind zum Beispiel ein Gesichtsluftauslass, durch den klimatisierte Luft in Richtung einer Oberseite eines Fahrgasts in dem Fahrzeugraum geblasen wird, ein Fußluftauslass, durch den klimatisierte Luft in Richtung eines Fußbereichs des Fahrgasts in dem Fahrzeugraum geblasen wird, und ein Entfrosterluftauslass, durch den klimatisierte Luft in Richtung einer Innenoberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs geblasen wird.
Die Luftmischklappe 34 stellt das Verhältnis der Strömungsmenge an Luft, die den Innenkondensator 13 durchläuft, ein, um die Temperatur von klimatisierter Luft, die in dem Mischraum 35 gemischt wird, einzustellen, wodurch die Temperatur von klimatisierter Luft, die von den jeweiligen Luftauslässen in den Fahrzeugraum geblasen wird, eingestellt wird. Daher stellt die Luftmischklappe 34 einen Temperatursteuerungsabschnitt dar, um eine Temperatur von klimatisierter Luft zu steuern, die in den Fahrgastraum befördert werden soll.
Die Luftmischklappe 34 ist auch als ein Wärmeaustauscheinstellabschnitt zum Einstellen einer Wärmeaustauschmenge zwischen dem von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittel und Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in dem Innenkondensator 13 als dem nutzungsseitigen Wärmetauscher geeignet. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht das von dem Kompressor 11 ausgestoßene Kältemittel dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c ausgestoßenen Kältemittel. Die Luftmischklappe 34 wird von einem Servomotor angetrieben, der von einem Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird.
Der Gesichtsluftauslass, der Fußluftauslass und der Entfrosterluftauslass werden von einem Klappenelement selektiv geöffnet und geschlossen. Zum Beispiel befindet sich eine Gesichtsklappe stromaufwärtig von dem Gesichtsluftauslass, um eine Öffnungsfläche des Gesichtsluftauslasses einzustellen, eine Fußklappe befindet sich stromaufwärtig von dem Fußluftauslass, um eine Öffnungsfläche des Fußluftauslasses einzustellen, und eine Entfrosterklappe befindet sich stromaufwärtig von dem Entfrosterluftauslass um eine Öffnungsfläche des Entfrosterluftauslasses einzustellen.
Das heißt, die Gesichtsklappe, die Fußklappe und die Entfrosterklappe sind derart aufgebaut, dass sie ein Luftauslassbetriebsartumschaltelement bilden, und betriebsfähig verbunden, um über einen Verbindungsmechanismus von einem elektrischen Aktuator angetrieben zu werden, um eine Luftauslassbetriebsart festzulegen. Der elektrische Aktuator ist ein Servomotor, der von einem Steuersignal gesteuert wird, das zum Beispiel von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird.
Als nächstes wird die Struktur des Kühlmittelkreises 40 mit dem Kühlmitteldurchgang 14b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 beschrieben. Der Kühlmittelkreis 40 ist aufgebaut, um das Kühlmittel (z. B. Ethylenglykollösung) darin zu zirkulieren, um den Motor 41 zu kühlen, und ist mit ersten und zweiten Kühlmittelpumpen 42a, 42b, dem Strahler 43 und ähnlichem versehen.
Die erste Kühlmittelpumpe 42 ist eine elektrische Pumpe, die geeignet ist, das Kühlmittel zu dem Kühlmitteldurchgang 14b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 druckzubefördern, und die Drehzahl (Strömungsmenge) der ersten Kühlmittelpumpe 42a wird basierend auf einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 50 ausgegeben wird. Folglich ist die erste Kühlmittelpumpe 42a als ein Strömungsmengeneinstellabschnitt zum Einstellen der Strömungsmenge des Kühlmittels, das durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömt, geeignet.
Wenn zum Beispiel in einem Fall, in dem die Temperatur des Kühlmittels ausreichend hoch ist, die Strömungsmenge des Kühlmittels, das von der ersten Kühlmittelpumpe 42a druckbefördert wird, erhöht wird, kann die Heizkapazität des Kältemittels in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 erhöht werden. Wenn im Gegensatz dazu in diesem Fall die Strömungsmenge des von der ersten Kühlmittelpumpe 42 druckbeförderten Kühlmittels verringert wird, kann die Heizkapazität des Kältemittels in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 verringert werden. Wenn der Betrieb der ersten Kühlmittelpumpe 42a gestoppt wird, hat der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 im Wesentlichen keine Kältemittelheizkapazität.
Die zweite Kühlmittelpumpe 42b kann eine elektrische Pumpe zum Druckbefördern des Kühlmittels zu dem Strahler 43 sein oder kann eine mechanische Pumpe sein, die durch eine Drehantriebskraft von einer Antriebswelle des Motors 41 betrieben wird. Der Strahler 43 ist ein Strahlungswärmetauscher, in dem das Kühlmittel durch Durchführen des Wärmeaustauschs mit Außenluft gekühlt wird. Folglich kann der Strahler 43 verwendet werden, um die Abwärme des Motors 41 über das Motorkühlmittel an die Atmosphäre abzustrahlen. Das Motorkühlmittel nimmt Wärme auf, während es den Motor 41 durchläuft, und strahlt Wärme an die Atmosphäre ab, während es den Strahler 43 durchläuft.
Folglich wird das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreis 40 der vorliegenden Ausführungsform durch den Betrieb der ersten und zweiten Kühlmittelpumpen 42a, 42b zum Beispiel, wie durch die gestrichelten Pfeile in 1 gezeigt, in einem ersten Zirkulationsdurchgang in der Reihenfolge der ersten Kühlmittelpumpe 42a → des Kühlmitteldurchgangs 14b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 → des Motors 41 → der ersten Kühlmittelpumpe 42a zirkuliert. Außerdem wird das Kühlmittel parallel zu der Zirkulation des Kühlmittels in dem ersten Zirkulationsdurchgang in einem zweiten Zirkulationsdurchgang in der Reihenfolge der zweiten Kühlmittelpumpe 42b → des Strahlers 43 → des Motors 41 → der zweiten Kühlmittelpumpe 42b zirkuliert.
Der Kühlmittelkreis 40 kann mit einem (nicht gezeigten) Umleitungsdurchgang versehen sein, durch den das Motorkühlmittel strömt, während es den Strahler 43 umgeht. In diesem Fall ist ein (nicht gezeigtes) Thermostatventil in dem Kühlmittelkreis 40 angeordnet, um zu bewirken, dass das Motorkühlmittel in den Umleitungskreis strömt, wenn eine Temperatur des Motorkühlmittels niedriger als ein vorgegebener Wert (z. B. 90°C in der vorliegenden Ausführungsform) ist. Folglich kann es die Erzeugung einer Schwankung aufgrund einer Viskositätszunahme eines Motoröls oder eines Betriebsfehlers eines Katalysators zum Reinigen von Abgas aufgrund einer Temperaturabnahme des Abgases unterdrücken, selbst wenn die Temperatur des Motors 41 selbst verringert ist.
Der elektrische Steuerabschnitt der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Die Klimatisierungssteuerung 50 umfasst einen Mikrocomputer und eine Peripherieschaltung. Der Mikrocomputer hat eine CPU, einen ROM, RAM, etc. Die Klimatisierungssteuerung 50 führt basierend auf in dem ROM gespeicherten Steuerprogrammen verschiedene Berechnungen und Verfahren und den Steuerbetrieb verschiedener Klimatisierungssteuerungseinrichtungen, die mit dem Ausgang der Klimatisierungssteuerung 50 verbunden sind, durch. Zum Beispiel sind verschiedene Klimatisierungssteuerungseinrichtungen 11, 12, 15a–15c, 18a, 18b, 32 mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung 50 verbunden.
Eine Klimatisierungssensorgruppe ist mit einer Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 50 verbunden. Zum Beispiel umfasst die Klimatisierungssensorgruppe einen Innenluftsensor, der aufgebaut ist, um eine Temperatur des Fahrzeugraums zu erfassen, einen Außenlufttemperatursensor 51, der aufgebaut ist, um eine Außenlufttemperatur zu erfassen, einen Solarsensor, der aufgebaut ist, um eine Sonnenstrahlung, die in den Fahrzeugraum eintritt, zu erfassen, einen Verdampfertemperatursensor, der aufgebaut ist, um eine aus dem Innenverdampfer 21 strömende Lufttemperatur zu erfassen, einen Kältemitteltemperatursensor 52, der aufgebaut ist, um eine Kältemitteltemperatur auf einer Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 zu erfassen, einen Kühlmitteltemperatursensor, der aufgebaut ist, um die Temperatur des aus dem Motor 41 strömenden Kühlmittels zu erfassen, einen Ausstoßkältemitteltemperatursensor, der aufgebaut ist, um die Temperatur des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels zu erfassen, und ähnliches.
Ferner ist ein (nicht gezeigtes) Bedienfeld, das nahe der Instrumententafel in dem vorderen Abschnitt des Fahrzeugraums angeordnet ist, mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 50 verbunden, und Bediensignale werden von verschiedenen Arten von Klimaanlagenbedienschaltern eingegeben, die auf diesem Bedienfeld bereitgestellt sind. Was die verschiedenen Arten von Klimaanlagenbedienschaltern anbetrifft, die auf dem Bedienfeld bereitgestellt sind, sind insbesondere ein Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1, ein Fahrzeugraum-Temperaturfestlegungsschalter zum Festlegen einer Fahrzeugraumtemperatur und ein Auswahlschalter zum selektiven Umschalten einer Betriebsart bereitgestellt.
Die Klimatisierungssteuerung 50 ist derart aufgebaut, dass sie Steuerabschnitte hat, die die verschiedenen Klimatisierungssteuerungseinrichtungen, wie etwa den Elektromotor des Kompressors 11, das Dreiwegeventil 12 oder ähnliches, steuern. Die Klimatisierungssteuerung 50 ist ferner mit einem Kältemitteldurchgangssteuerungsabschnitt mit einem Hardwareabschnitt und einem Softwareabschnitt versehen, um die verschiedenen Einrichtungen 12, 15b, 15c, 18a, 18b, die den Kältemittelströmungsumschaltabschnitt in der Klimaanlage 1 aufbauen, zu steuern.
In 1 bis 5 sind die Verbindungszustände des Außenluftsensors 51 und des Kältemitteltemperatursensors 52, die mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 52 verbunden sind, angezeigt. Die anderen Verbindungszustände der anderen Sensoren, die mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 50 verbunden sind, und der verschiedenen Klimatisierungssteuerungseinrichtungen, die mit der der Ausgangsseite Klimatisierungssteuerung 50 verbunden sind, sind weggelassen, um einfach die Struktur der Klimaanlage 1 anzuzeigen.
Als nächstes wird der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau unter Bezug auf 1 bis 13 beschrieben. 6 ist ein Blockdiagramm, um die Betriebszustände des Kältemittelströmungsumschaltabschnitts der vorliegenden Ausführungsform in jeweiligen Betriebsarten zu zeigen, 7 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung der Klimatisierungssteuerung 50 in einem Heizbetrieb zeigt, und 8 bis 13 sind Mollier-Diagramme, die Betriebszustände des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 in den jeweiligen Betriebsarten zeigen.
In der Fahrzeugklimaanlage 1 ist das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 aufgebaut, um eine Betriebsart, wie etwa die Heizbetriebsart, die Entfrostungsbetriebsart, die Kühlbetriebsart, die Heizunterstützungsbetriebsart, die Entfeuchtungsbetriebsart oder ähnliches, selektiv zu schalten. Als nächstes werden jeweilige Betriebsarten der Fahrzeugklimaanlage 1 beschrieben.
(1) Heizbetriebsart und Entfrostungsbetriebsart
Zuerst wird ein Heizbetrieb der Fahrzeugklimaanlage 10 einschließlich der Heizbetriebsart und der Entfrostungsbetriebsart beschrieben.
In der Heizbetriebsart der vorliegenden Erfindung kann das Heizen des Fahrzeugraums im Allgemeinen unter Verwendung beider Wärmequellen der Außenluft und der Abwärme des Motors 41 durchgeführt werden.
Wenn in einem Fall, in dem die Temperatur des Kühlmittels, wie etwa zu einer Zeit des Heizens des Motors 41, niedrig ist, das Heizen des Fahrzeugraums unter Verwendung der Abwärme des Motors 41 als der Heizquelle durchgeführt wird, kann die Heizung des Motors 41 beschränkt sein. Folglich wird zur Zeit des Heizens des Motors 41 eine endotherme Luftheizbetriebsart zum Heizen des Fahrzeugraums nur unter Verwendung der Außenluft als die Wärmequelle als die Heizbetriebsart festgelegt. Daher ist die endotherme Luftheizbetriebsart eine besondere Heizbetriebsart zur Zeit des Heizens des Motors 41.
Wenn der Außenwärmetauscher 20, der als der Verdampfer geeignet ist, in der Heizbetriebsart einfriert, ist es unmöglich, das Heizen des Fahrzeugraums unter Verwendung der Außenluft als die Wärmequelle effektiv durchzuführen. Wenn folglich bestimmt wird, dass der Außenwärmetauscher 20 eingefroren ist, wird die Betriebsart in dem Heizbetrieb auf die Entfrostungsbetriebsart umgeschaltet.
Die Heizbetriebsart wird unter Bezug auf 7 im Detail beschrieben. Die Heizbetriebsart wird gestartet, wenn die Heizbetriebsart von einem Auswahlschalter in dem Zustand ausgewählt wird, in dem der Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1 eingeschaltet ist. Wenn der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 gestartet ist, führt die Klimatisierungssteuerung 50 den in 7 gezeigten Steuerbetrieb durch. Der in 7 gezeigte Steuerbetrieb ist ein Teil der von der Klimatisierungssteuerung 50 durchgeführten Steuerung.
Wie in 7 gezeigt, wird bei Schritt S1 bestimmt, ob der Motor 41 sich in der Heizzeit befindet oder nicht. Zum Beispiel kann bei Schritt S1 bestimmt werden, dass der Motor 41 sich in der Heizzeit befindet, wenn die von dem Kühlmitteltemperatursensor erfasste Temperatur des Kühlmittels niedriger als eine Normtemperatur ist.
Wenn bei Schritt S1 bestimmt wird, dass der Motor 41 sich in der Heizzeit befindet, wird bei Schritt S2 die endotherme Luftheizbetriebsart ausgewählt, und danach wird der Schritt S6 durchgeführt. Wenn im Gegensatz dazu bestimmt wird, dass der Motor 41 sich nicht in der Heizzeit befindet, wird bei Schritt S3 die allgemeine Heizbetriebsart ausgewählt.
Dann wird bei Schritt S4 bestimmt, ob der Entfrostungsbetrieb erforderlich ist oder nicht. Zum Beispiel wird bestimmt, dass der Entfrostungsbetrieb erforderlich ist, wenn die Kältemitteltemperatur auf der Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 gleich oder niedriger als 0°C ist und wenn eine Temperaturdifferenz zwischen der Außenlufttemperatur und der Kältemitteltemperatur auf der Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist.
Wenn bei Schritt S4 bestimmt wird, dass der Entfrostungsbetrieb erforderlich ist, wird bei Schritt S5 für eine vorgegebene Zeitspanne die Entfrostungsbetriebsart festgelegt. Danach wird der Schritt S6 durchgeführt. Wenn bei Schritt S4 bestimmt wird, dass der Entfrostungsbetrieb unnötig ist, wird der Schritt S6 durchgeführt.
Dann wird bei Schritt S6 bestimmt, ob von dem Bedienfeld ein Stoppsignal für die Heizbetriebsart ausgegeben wird. Wenn bei Schritt S6 bestimmt wird, dass das Stoppsignal der Heizbetriebsart ausgegeben wird, wird die Steuerung der Heizbetriebsart beendet. Wenn bei Schritt S6 bestimmt wird, dass das Stoppsignal für die Heizbetriebsart nicht ausgegeben wird, kehrt das Steuerprogramm zu Schritt S1 zurück.
In der allgemeinen Heizbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform kann das Heizen des Fahrzeugraums unter Verwendung beider Wärmequellen, der Außenluft und der Abwärme des Motors 41, durchgeführt werden.
In der allgemeinen Heizbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die ersten bis dritten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, 15c, das Dreiwegeventil 12 und die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 18a, 18b auf die in 6 gezeigten Betriebszustände geschaltet werden, und bewirkt, dass die erste Kühlmittelpumpe 42a derart betrieben wird, dass eine vorgegebene Menge des Kühlmittels von der ersten Kühlmittelpumpe 42a druckbefördert wird.
Insbesondere wird das Dreiwegeventil 12 in der allgemeinen Heizbetriebsart derart geschaltet, dass die Kältemittelausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus 11b über das Dreiwegeventil 12 mit der Kältemittelansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus 11c verbunden wird. Das heißt, das Dreiwegeventil 12 wird mit der Seite des zweiten Kompressionsmechanismus 11c in 6 verbunden. Außerdem werden die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b auf Drosselzustände festgelegt, in denen das Kältemittel dekomprimiert wird, das dritte elektrische Expansionsventil 15c ist ganz geschlossen und die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 18a, 18b sind geöffnet. Folglich strömt das Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der allgemeinen Heizbetriebsart in der durch die durchgezogenen Pfeile in 1 gezeigten Weise.
In diesem Kältemittelkreislaufaufbau liest die Klimatisierungssteuerung 50 die Erfassungssignale der Sensorgruppe für die Klimatisierungssteuerung und die Bediensignale des Bedienfelds. Die Klimatisierungssteuerung 50 berechnet eine Ziellufttemperatur TAO, die eine Ziellufttemperatur der Luft ist, die in den Fahrzeugraum ausgeblasen wird, auf der Basis der Erfassungssignale und der Bediensignale. Ferner bestimmt die Klimatisierungssteuerung 50 die Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuerungseinrichtungen, die mit der Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 50 verbunden sind, auf der Basis der berechneten Zieltemperatur TAO und der Erfassungssignale der Gruppe von Sensoren.
Die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 wird, wie später beschrieben, basierend auf dem Steuersignal bestimmt, das von der Klimatisierungssteuerung 50 an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben wird. Zum Beispiel wird eine Zielverdampfertemperatur TEO von Luft, die von dem Innenverdampfer 21 strömt, basierend auf der Ziellufttemperatur TAO unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung 50 gespeicherten Kennfelds bestimmt. Als ein Beispiel ist die Zielverdampfertemperatur TEO eine Zieltemperatur von Luft, die aus dem Innenverdampfer 21 strömt.
Dann wird auf der Basis der Differenz zwischen der Zielverdampfertemperatur TEO von Luft, die von dem Innenverdampfer 21 geblasen wird, und dem Erfassungswert der Temperatur der von dem Innenverdampfer 21 geblasenen Luft das Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben werden soll, in einer derartigen Weise bestimmt, dass die Temperatur der von dem Innenverdampfer 21 geblasenen Luft unter Verwendung eines Rückkopplungssteuerungsverfahrens nahe an die Zielverdampfertemperatur TEO gebracht wird.
Das Steuersignal, das an den Servomotor der Luftmischklappe 34 ausgegeben werden soll, wird in der folgenden Weise unter Verwendung der Ziellufttemperatur TAO, des Erfassungswerts der Temperatur der von dem Innenverdampfer 21 geblasenen Luft und des Erfassungswerts der Temperatur des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels, der von dem Ausstoßkältemitteltemperatursensor erfasst wird, bestimmt. Das heißt, das Steuersignal wird in einer derartigen Weise bestimmt, dass die Temperatur der Luft, die in den Fahrzeugraum ausgeblasen wird, die von einem Insassen gewünschte Temperatur wird, die mit dem Fahrzeugraum-Temperaturfestlegungsschalter festgelegt wird.
In der allgemeinen Heizbetriebsart kann die Öffnung der Luftmischklappe 34 in einer derartigen Weise gesteuert werden, dass die Gesamtmenge der von dem Gebläse 32 beförderten Luft den Innenkondensator 13 durchläuft.
Die Steuerspannung oder/und das Steuersignal, die in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt werden, werden von der Klimatisierungssteuerung 50 an die verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuerungseinrichtungen ausgegeben. Danach wird, bis erforderlich ist, dass der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 gestoppt wird, eine Steuerroutine zum (i) Lesen der vorstehend beschriebenen Erfassungssignale und der Bediensignale → (ii) Berechnen der Ziellufttemperatur TAO → (iii) Bestimmen der Betriebszustände der verschiedenen Arten von Klimatisierungssteuerungseinrichtungen → (iv) Ausgeben der Steuerspannung und des Steuersignals in einer spezifizierten Steuerzeitspanne wiederholt durchgeführt. Die Wiederholung der beschriebenen Steuerroutine wird in den anderen Betriebsarten ähnlich durchgeführt.
Wie in 8 gezeigt, strömt in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der allgemeinen Heizbetriebsart das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₈ in 8) in den Innenkondensator 13. Das in den Innenkondensator 13 strömende Kältemittel strahlt Wärme an Luft ab, die den Innenverdampfer 21 durchlaufen hat, indem der Wärmeaustausch mit Luft durchgeführt wird (Punkt a₈ → Punkt b₈ in 8). Folglich wird die in das Innere des Fahrzeugraums geblasene Luft geheizt.
Das aus dem Innenkondensator 13 strömende Hochdruckkältemittel strömt in das erste elektrische Expansionsventil 15a und sein Druck wird verringert und es wird auf ein Mitteldruckkältemittel expandiert (Punkt b₈ → Punkt c₈ in 8). Das Mitteldruckkältemittel, dessen Druck verringert wurde und das in dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a expandiert wurde, strömt in den Kältemitteldurchgang 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 und tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, das in dem Kühlmitteldurchgang 14b strömt, wodurch es geheizt wird und seine Enthalpie erhöht wird (Punkt c₈ → Punkt d₈ in 8).
Das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömende Kältemittel wird von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gas und Flüssigkeit abgeschieden (Punkt d₈ → Punkt e₈ und Punkt d₈ → Punkt f₈ in 8). Da das erste Öffnungs-/Schließventil 18a geöffnet ist, strömt das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene Gaskältemittel von der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 in den Kompressor 11 und wird mit dem von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b in dem Kompressors 11 ausgestoßenen Kältemittel (Punkt a2₈ in 8) vermischt (Punkt a1₈ in 8) und wird dann zu dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c gesaugt.
Andererseits strömt das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene flüssige Kältemittel in das zweite elektrische Expansionsventil 15b, und sein Druck wird verringert und es wird in das Niederruckkältemittel expandiert (Punkt f₈ → Punkt g₈ in 8). Zu dieser Zeit ist es erwünscht, dass die Drosselöffnungen der ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b in einer derartigen Weise reguliert werden, dass der Druck des Mitteldruckkältemittels nahe der Wurzel des Produkts des Drucks des Hochdruckkältemittels und des Drucks des Niederdruckkältemittels wird, um den Leistungskoeffizienten (COP) des Kreislaufs nahe an einen Maximalwert zu bringen.
Das Niederdruckkältemittel (Punkt g₈ in 8), dessen Druck von dem zweiten elektrischen Expansionsventil 15b verringert wird, strömt über das erste Dreiwegeverbindungselement 17b in den Außenwärmetauscher 20. Das Niederdruckkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, nimmt Wärme aus der Außenluft auf, wodurch es in dem Außenwärmetauscher 20 verdampft wird (Punkt g₈ → Punkt h₈ in 8).
Da das dritte elektrische Expansionsventil 15c ganz geschlossen ist und das zweite Öffnungs-/Schließventil 18b zu dieser Zeit geöffnet ist, strömt das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel über die zweiten und dritten Dreiwegeverbindungselemente 17b, 17c in den Akkumulator 22. Das in dem Akkumulator 22 abgeschiedene Gaskältemittel (Punkt aO₈ in 8) wird von der Ansaugöffnung 11d des Kompressors 11 angesaugt und erneut in dem Kompressor 11 komprimiert.
Wie vorsehend beschrieben, kann in der allgemeinen Heizbetriebsart die Menge der Wärme, die von dem Kältemittel aufgenommen ist, das von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c des Kompressors 11 ausgestoßen wird, in dem Innenkondensator 13 an die beförderte Luft abgestrahlt werden, und dadurch kann die geheizte Luft in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden. Folglich kann das Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
Zu dieser Zeit wird das von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizte Kältemittel in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gas und Flüssigkeit abgeschieden. Das abgeschiedene flüssige Kältemittel wird in dem Außenwärmetauscher 20 verdampft, um Wärme aus der Außenluft aufzunehmen, während das abgeschiedene Gaskältemittel von der Mitteldrucköffnung 11e von dem Kompressor 11 (insbesondere dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c) angesaugt wird.
Folglich kann in der allgemeinen Heizbetriebsart Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, nicht nur unter Verwendung der Wärme, die über das Kältemittel aus der Außenluft in dem Außenwärmetauscher 20 aufgenommen wird, sondern auch der Wärme aus dem Motorkühlmittel effektiv geheizt werden.
Als nächstes wird die Entfrostungsbetriebsart während des Heizbetriebs der Fahrzeugklimaanlage 1 beschrieben.
In der Entfrostungsbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die ersten bis dritten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, 15c, das Dreiwegeventil 12 und die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 18a, 18b in die in 6 gezeigten Betriebszustände geschaltet werden, und bewirkt, dass die erste Kühlmittelpumpe 42a derart betrieben wird, dass eine vorgegebene Menge des Kühlmittels von der ersten Kühlmittelpumpe 42a druckbefördert werden kann Insbesondere bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass das Dreiwegeventil 12 mit der Seite der Umleitungsöffnung 11g verbunden wird, so dass die Kältemittelausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus 11b mit der Umleitungsöffnung 11g verbunden wird. Außerdem bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die zweiten und dritten elektrischen Expansionsventile 15b, 15c ganz geschlossen werden, und bewirkt, dass die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 18a, 18b geöffnet werden.
Folglich strömt das Kältemittel in der Entfrostungsbetriebsart in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der durch durchgezogene Pfeife in 2 gezeigten Weise. Zu dieser Zeit strömt in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der Entfrostungsbetriebsart, wie in 9 gezeigt, das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₉ in 9) in den Innenkondensator 13, um von Luft, die den Innenkondensator 13 durchläuft, gekühlt zu werden (Punkt a₉ → Punkt b₉ in 9), wodurch Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in dem Innenkondensator 13 geheizt wird.
Außerdem wird das aus dem Innenkondensator 13 strömende Kältemittel von dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a dekomprimiert und expandiert (Punkt b₉ → Punkt c₉ in 9), wird in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizt (Punkt c₉ → Punkt d₉ in 9) und wird dann in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene Kältemittel wird von der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 in den zweiten Kompressionsmechanismus 11c gesaugt (Punkt a2₉ in 9) und wird erneut komprimiert.
Da außerdem das Dreiwegeventil 12 die Ausstoßöffnung des ersten Kompressionsmechanismus 11b und die Umleitungsöffnung 11g verbindet, wird das von der Mitteldrucköffnung 11e in das Innere des Kompressors 11 strömende Kältemittel nicht mit dem von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b ausgestoßenen Kältemittel vereinigt. Das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene flüssige Kältemittel strömt nicht in Richtung des ersten Dreiwegeverbindungselements 17, weil das zweite elektrische Expansionsventil 15b ganz geschlossen ist.
Andererseits strömt das von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b ausgestoßene Kältemittel (Punkt a1₉ in 9) über die Umleitungsöffnung 11g in den Umleitungsdurchgang 19, ohne mit dem Kältemittel von der Mitteldrucköffnung 11e vermischt zu werden. Das in den Umleitungsdurchgang 19 strömende Kältemittel wird dekomprimiert, während es den Umleitungsdurchgang 19 und das Rückschlagventil 19a durchläuft (Punkt a1₉ → a3₉ in 9), und strömt über das erste Dreiwegeverbindungselement 17a in den Außenwärmetauscher 20. Das in das erste Dreiwegeverbindungselement 17a strömende Kältemittel strömt nicht in Richtung des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 16, weil das zweite elektrische Expansionsventil 15b ganz geschlossen ist.
Das in den Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel strahlt Wärme an die Außenluft ab (Punkt a3₉ → Punkt aO₉ in 9). Folglich wird der an dem Außenwärmetauscher 20 haftende Frost durch Wärme, die von dem Kältemittel in dem Außenwärmetauscher 20 abgestrahlt wird, geschmolzen und entfernt. Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel wird zu der Kältemittelansaugöffnung 11d des Kompressors 11 gesaugt und wird erneut komprimiert, weil das dritte elektrische Expansionsventil 15c ganz geschlossen ist und das zweite Öffnungs-/Schließventil 18b geöffnet ist.
In der Entfrostungsbetriebsart kann der Außenwärmetauscher 20 unter Verwendung der Wärme des von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b über den Umleitungsdurchgang 19 ausgestoßenen Kältemittels entfrostet werden. Da selbst in der Entfrostungsbetriebsart das von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c ausgestoßene Kältemittel in den Innenkondensator 13 strömt, kann der Heizbetrieb des Fahrzeugraums unter Verwendung der Abwärme des Motors 41 über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 durchgeführt werden. Folglich ist die Entfrostungsbetriebsart ein Heizbetrieb der Fahrzeugklimaanlage.
Als nächstes wird die endotherme Luftheizbetriebsart beschrieben. In der endothermen Luftheizbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform wird das Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt, indem in der Heizzeit des Motors 41 nur die Wärmequelle der Außenluft verwendet wird.
Insbesondere wird das Dreiwegeventil 12 in der endothermen Luftheizbetriebsart derart geschaltet, dass die Kältemittelausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus 11b über das Dreiwegeventil 12 mit der Kältemittelansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus 11c verbunden ist. Das heißt, das Dreiwegeventil 12 ist mit der Seite des zweiten Kompressionsmechanismus 11c in 6 verbunden. Außerdem ist das erste elektrische Expansionsventil 15a ganz geöffnet, das zweite elektrische Expansionsventil 15b ist auf einen Drosselzustand festgelegt, das dritte elektrische Expansionsventil 15c ist ganz geschlossen, das erste Öffnungs-/Schließventil 18a ist geschlossen, das zweite Öffnungs-/Schließventil 18b ist geöffnet, und die erste Kühlmittelpumpe 42a ist gestoppt.
Folglich strömt das Kältemittel in der endothermen Luftbetriebsart in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der durch durchgezogene Pfeile in 3 gezeigten Weise. Zu dieser Zeit strömt in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der endothermen Luftbetriebsart, wie in 10 gezeigt, das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₁₀ in 10) in den Innenkondensator 13, um Wärme abzustrahlen (Punkt a₁₀ → Punkt b₁₀ in 10), wodurch Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in dem Innenkondensator 13, geheizt wird.
Außerdem strömt das aus dem Innenkondensator 13 strömende Kältemittel in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14, ohne dekomprimiert und expandiert zu werden, weil das erste elektrische Expansionsventil 15a ganz geöffnet ist. Da die erste Kühlmittelpumpe 42a gestoppt ist, strömt das Kältemittel im Wesentlichen, ohne von dem Motorkühlmittel geheizt zu werden, durch den Kältemitteldurchgang 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14. Das aus dem Kältemitteldurchgang 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 strömende Kältemittel wird in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden.
Andererseits strömt das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene flüssige Kältemittel (Punkt f₁₀ in 10) in das zweite elektrische Expansionsventil 15b, und sein Druck wird verringert und es wird auf ein Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt f₁₀ → Punkt g₁₀ in 10). Das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene Gaskältemittel strömt nicht in Richtung der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11, weil das erste Öffnungs-/Schließventil 18a geschlossen ist.
Das Niederdruckkältemittel, dessen Druck verringert ist und das von dem zweiten elektrischen Expansionsventil 15b expandiert ist, strömt über das erste Dreiwegeverbindungselement 17a in den Außenwärmetauscher 20 und wird durch Aufnehmen von Wärme aus der Außenluft verdampft (Punkt g₁₀ → Punkt h₁₀ in 10). Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel strömt über die zweiten und dritten Dreiwegeverbindungselemente 17b, 17c in den Akkumulator 22 und wird in dem Akkumulator 22 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden.
Das abgeschiedene Gaskältemittel (Punkt aO₁₀ in 10) in dem Akkumulator 22 wird von der Kältemittelansaugöffnung 11d des Kompressors 11 zu dem ersten Kompressionsmechanismus 11b gesaugt und wird erneut komprimiert. Da zu dieser Zeit das erste Öffnungs-/Schließventil 18a geschlossen ist, wird das von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b ausgestoßene Kältemittel (Punkt a1₁₀ in 10) zu dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c gesaugt und erneut komprimiert, ohne sich mit dem Kältemittel, das von der Mitteldrucköffnung 11e strömt, zu vereinigen.
Wie vorstehend beschrieben, kann in der endothermen Luftheizbetriebsart, die die Heizbetriebsart während der Motorheizung ist, die Wärmemenge, die von dem Kältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird aufgenommen ist, in dem Innenkondensator 13 an die Luft abgestrahlt werden, und dadurch kann die Luft, die geheizt wurde, in den Fahrzeugraum geblasen werden. Folglich ist die endotherme Luftheizbetriebsart eine andere Heizbetriebsart des Fahrzeugraums.
Da zu dieser Zeit die erste Kühlmittelpumpe 42a gestoppt ist, kann das Kältemittel dabei beschränkt werden, zu der Heizzeit des Motors 41 die Wärme des Kühlmittels aufzunehmen. Als ein Ergebnis kann das Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt werden, während verhindert werden kann, dass die Heizung des Motors 41 beschränkt wird.
(2) Heizunterstützungsbetriebsart
Die Heizunterstützungsbetriebsart ist eine Betriebsart, in der das Heizen des Motors 41 durch Heizen des Kühlmittels des Motors 41 erleichtert wird, ohne die Heizung des Fahrzeugraums durchzuführen. Die Heizunterstützungsbetriebsart wird in einem Zustand, in dem der Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1 eingeschaltet ist, zu einer Betriebsstartzeit des Motors 41 begonnen, wenn die Temperatur des Kühlmittels niedriger als eine Normkühlmitteltemperatur ist.
In der Heizunterstützungsbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die ersten bis dritten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, 15c, das Dreiwegeventil 12 und die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 18a, 18b auf in 6 gezeigte Betriebszustände geschaltet werden, und bewirkt, dass die erste Kühlmittelpumpe 42a betrieben wird, so dass eine vorgegebene Menge des Kühlmittels von der ersten Kühlmittelpumpe 42a druckbefördert werden kann. Folglich strömt das Kältemittel in der Heizunterstützungsbetriebsart in der durch durchgezogene Pfeile in 4 gezeigten Weise in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10, und das Kühlmittel wird an den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geliefert.
In der Heizunterstützungsbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die Luftmischlappe 34 den Luftdurchgang des Innenkondensators 13 schließt, so dass die Gesamtmenge der von dem Gebläse 32 beförderten Luft den Innenkondensator 13 umgeht.
Zu dieser Zeit strahlt das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₁₁ in 11) in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der Heizunterstützungsbetriebsart, wie in 11 gezeigt, selbst wenn das Kältemittel durch den Innenkondensator 13 strömt, keine Wärme an die Luft ab, die zu dem Fahrzeugraum strömt. Folglich strömt das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Kältemittel in diesem Fall im Wesentlichen, ohne mit Luft in dem Innenkondensator 13 Wärme auszutauschen, über den Innenkondensator 13 in das erste elektrische Expansionsventil 15a.
Da zu dieser Zeit das erste elektrische Expansionsventil 15a ganz geöffnet ist, strömt das aus dem Innenkondensator 13 strömende Kältemittel in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14, ohne in dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a dekomprimiert und expandiert zu werden. Da die erste Kühlmittelpumpe 42a betrieben wird, tauscht das von dem Kompressor 11 ausgestoßene und durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömende Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel Wärme mit dem Motorkühlmittel aus und strahlt Wärme an das Motorkühlmittel ab. Folglich wird das Kühlmittel geheizt, wodurch das Heizen des Motors 41 unterstützt wird.
Das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömende Kältemittel wird in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Folglich wird das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 abgeschiedene flüssige Kältemittel (Punkt f₁₁ in 11) durch das zweite elektrische Expansionsventil 15b in einen Zustand eines Niederdruckkältemittels dekomprimiert und expandiert (Punkt f₁₁ → Punkt g₁₁ in 11) und wird durch Aufnahme von Wärme aus der Außenluft in dem Außenwärmetauscher 20 verdampft (Punkt g₁₁ → Punkt h₁₁ in 11).
Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel strömt über die zweiten und dritten Dreiwegeelemente 17b, 17c in den Akkumulator 22 und wird in dem Akkumulator 22 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. Das abgeschiedene Gaskältemittel (Punkt aO₁₁ in 11) in dem Akkumulator 22 wird von der Kältemittelansaugöffnung 11d des Kompressors 11 zu dem ersten Kompressionsmechanismus 11b gesaugt und wird erneut komprimiert.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Wärmemenge, die von dem Kältemittel aufgenommen ist, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, in der Heizunterstützungsbetriebsart in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 an das Kühlmittel abgestrahlt werden, ohne an die Luft, die zu dem Fahrzeugraum geblasen werden soll, abgestrahlt zu werden, wodurch das Heizen des Motors 41 unterstützt wird.
(3) Kühlbetriebsart und Entfeuchtungsbetriebsart
Die Kühlbetriebsart wird zuerst beschrieben. Die Kühlbetriebsart wird begonnen, wenn die Kühlbetriebsart in dem Zustand durch den Auswahlschalter ausgewählt wird, in dem der Bedienschalter der Fahrzeugklimaanlage 1 eingeschaltet ist.
Insbesondere wird in der Kühlbetriebsart, wie in 6 gezeigt, das Dreiwegeventil 12 derart umgeschaltet, dass die Kältemittelausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus 11b über das Dreiwegeventil 12 mit der Kältemittelansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus 11c verbunden ist. Das heißt, das Dreiwegeventil 12 ist mit der Seite des zweiten Kompressionsmechanismus 11c in 6 verbunden. Außerdem sind die ersten und zweiten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b ganz geöffnet, das dritte elektrische Expansionsventil 15c wird in einen Drosselzustand festgelegt, die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 18a, 18b sind geschlossen, und die erste Kühlmittelpumpe 42a ist gestoppt.
Folglich strömt das Kältemittel in der Kühlbetriebsart in der durch durchgezogene Pfeile in 5 gezeigten Weise in dem Wärmepumpenkreislaufsystem. In der Kühlbetriebsart wird der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 in einer derartigen Weise gesteuert, dass die Gesamtmenge der von dem Gebläse 32 beförderten Luftmenge den Innenkondensator 13 umgeht.
Folglich strahlt das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₁₂ in 12) in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der Kühlbetriebsart, wie in 12 gezeigt, selbst wenn das Kältemittel durch den Innenkondensator 13 strömt, keine Wärme an die zu dem Fahrzeugraum strömende Luft ab. Daher strömt das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Kältemittel in diesem Fall im Wesentlichen, ohne mit Luft in dem Innenkondensator 13 Wärme auszutauschen, über den Innenkondensator 13 in das erste elektrische Expansionsventil 15a. Außerdem strömt das Kältemittel durch das erste elektrische Expansionsventil 15a, ohne in dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a dekomprimiert und expandiert zu werden, und strömt durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14, ohne von dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizt zu werden.
Das aus dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömende Kältemittel wird in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden. In der Kühlbetriebsart strahlt das Kältemittel in dem Innenkondensator 13 und dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 nicht ab und wird nicht von dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a dekomprimiert. Daher strömt das Kältemittel in dem Gaszustand in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 16. Folglich kann der Gas-Flüssigkeitsabscheider einfach als ein Kältemitteldurchgang verwendet werden, ohne die Gas-Flüssigkeitsabscheidefunktion auszuführen.
Das in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 strömende Kältemittel strömt über das zweite elektrische Expansionsventil 15b und das erste Dreiwegeverbindungselement 17a in den Außenwärmetauscher 20, ohne in Richtung der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 zu strömen, weil das erste Öffnungs-/Schließventil 18a geschlossen ist. Außerdem wird das von dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 zu dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel in dem zweiten elektrischen Expansionsventil 15b nicht dekomprimiert und expandiert, weil das zweite elektrische Expansionsventil 15b ganz geöffnet ist.
Das in den Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel tauscht Wärme mit der Außenluft aus, wodurch es gekühlt wird und folglich seine Enthalpie verringert wird (Punkt a₁₂ → Punkt h₁₂ in 12). Da das zweite Öffnungs-/Schließventil 18b in der Kühlbetriebsart geschlossen ist, strömt das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel über das zweite Dreiwegeverbindungselement 17b in das dritte elektrische Expansionsventil 15c, und sein Druck wird verringert und es wird in ein Niederdruckkältemittel expandiert (Punkt h₁₂ → Punkt i₁₂ in 12).
Das aus dem dritten elektrischen Expansionsventil 15c strömende Kältemittel strömt in den Innenverdampfer 21 und wird durch Aufnehmen von Wärme aus Luft, die von dem Gebläse 32 in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, verdampft (Punkt i₁₂ → Punkt j₁₂ in 12). Folglich wird die Luft, die in das Innere des Fahrzeugraums geblasen werden soll, entfeuchtet und gekühlt. Das aus dem Innenverdampfer 21 strömende Kältemittel strömt über die dritte Dreiwegeverbindung 17c in den Akkumulator 22 und wird in dem Akkumulator in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden.
Das in dem Akkumulator 12 abgeschiedene Gaskältemittel (Punkt aO₁₂ in 12) wird von der Kältemittelansaugöffnung 11d des Kompressors 11 zu dem ersten Kompressionsmechanismus 11b gesaugt und erneut komprimiert. Da zu dieser Zeit die ersten und zweiten Öffnungs-/Schließventile 18a, 18b geschlossen sind, wird das von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b ausgestoßene Kältemittel (Punkt a1₁₂ in 12) zu dem zweiten Kompressionsmechanismus 11b gesaugt und wird erneut komprimiert, ohne sich mit dem von der Mitteldrucköffnung 11e strömenden Kältemittel zu vereinigen.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Niederdruckkältemittel in der Kühlbetriebsart in dem Innenverdampfer 21 durch Aufnehmen von Wärme aus Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, verdampft, wodurch die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, gekühlt wird. Folglich kann das Kühlen und Entfeuchten des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
Als nächstes wird die Entfeuchtungsbetriebsart beschrieben. In der Entfeuchtungsbetriebsart schaltet die Klimatisierungssteuerung 50 den Kältemitteldurchgang des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 ähnlich der Kühlbetriebsart, wie in 6 gezeigt. Außerdem wird die erste Kühlmittelpumpe 42a gestoppt. Folglich strömt das Kältemittel in der Entfeuchtungsbetriebsart in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der durch durchgezogene Pfeile in 5 gezeigten Weise ähnlich zu der in der Kühlbetriebsart.
In der Entfeuchtungsbetriebsart wird der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 von der Klimatisierungssteuerung 50 gesteuert, so dass die Temperatur der klimatisierten Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in der Entfeuchtung des Fahrzeugraums gesteuert werden kann. Das heißt, der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 wird eingestellt, so dass die Temperatur der klimatisierten Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, sich einer gewünschten Temperatur nähert, die von einem Fahrgast unter Verwendung des Temperaturfestlegungsschalters festgelegt wurde. Wenn der Luftdurchgang des Innenkondensators 13 von der Luftmischklappe 34 geöffnet wird, durchläuft Luft den Innenkondensator 13, und dabei wird das durch den Innenkondensator 13 strömende Kältemittel durch Abstrahlen von Wärme an die Luft gekühlt.
Folglich strahlt in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der Entfeuchtungsbetriebsart, wie in 13 gezeigt, das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₁₃ in 13) in dem Innenkondensator 13 Wärme an die Luft ab (Punkt a₁₃ → Punkt b₁₃ in 13). Dann durchläuft das aus dem Innenkondensator 13 strömende Kältemittel das erste elektrische Expansionsventil 15a, ohne dekomprimiert und expandiert zu werden, weil das erste elektrische Expansionsventil 15a ganz geöffnet ist. Außerdem wird das Kältemittel, das in dem Innenkondensator 13 durch die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, gekühlt wurde, in dem Außenwärmetauscher 20 weiter gekühlt (Punkt b₁₃ → Punkt h₁₃ in 13). In der Entfeuchtungsbetriebsart ist der sonstige Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 mit dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 ähnlich dem in der Kühlbetriebsart.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der Entfeuchtungsbetriebsart Niederdruckkältemittel in dem Innenverdampfer 21 verdampft, indem es Wärme aus Luft aufnimmt, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, wodurch die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, gekühlt und entfeuchtet wird. Außerdem kann in der Entfeuchtungsbetriebsart die Wärme, die von dem Kältemittel aufgenommen ist, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, in dem Innenkondensator 13 an die beförderte Luft abgestrahlt werden, und dabei kann die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, geheizt werden, um eine gewünschte Temperatur zu haben. Folglich kann in der Entfeuchtungsbetriebsart klimatisierte Luft, die entfeuchtet wurde und die gewünschte Temperatur hat, in den Fahrzeugraum geblasen werden.
Als ein Ergebnis können in der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform verschiedene Betriebsarten selektiv geschaltet werden, indem der Kältemitteldurchgang in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 umgeschaltet wird. Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform kann in der Entfrostungsbetriebsart Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, unter Verwendung der Abwärme von dem Motor 41 geheizt werden. Folglich kann in der Entfrostungsbetriebsart nicht nur das Entfrosten des Außenwärmetauschers 20 durchgeführt werden, sondern es kann auch das Heizen des Fahrzeugraums unter Verwendung der Abwärme des Motors 41 durchgeführt werden. Folglich kann die Entfrostungsbetriebsart als eine Heizbetriebsart angepasst werden.
Da in der Entfrostungsbetriebsart das von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c ausgestoßene Kältemittel direkt in den Innenkondensator 13 strömen kann, kann verhindert werden, dass der Druckabfall des Kältemittels vergrößert wird. Außerdem kann die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in der Entfrostungsbetriebsart in dem Innenkondensator 13 geheizt werden, ohne einen speziellen Wärmetauscher zu verwenden. Daher kann Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in der Entfrostungsbetriebsart effektiv geheizt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 14 und 15 beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform ist, wie in 14 gezeigt, neben den ersten bis dritten Dreiwegeverbindungselementen 17a, 17b, 17c, die in der vorstehenden ersten Ausführungsform beschrieben sind, ein viertes Dreiwegeverbindungselement 17d in einem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 bereitgestellt. Das vierte Dreiwegeverbindungselement 17d ist als ein Verzweigungsabschnitt zum Verzweigen der Strömung des aus dem Innenkondensator 13 strömenden Kältemittels geeignet, so dass die Kreislaufstruktur des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 einfach gemacht werden kann. Das vierte Dreiwegeverbindungselement 17d ist derart aufgebaut, dass ein an dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d verzweigtes Kältemittel in Richtung des ersten elektrischen Expansionsventils 15a strömt, und das andere an dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d verzweigte Kältemittel in Richtung des zweiten elektrischen Expansionsventils 15b strömt.
In der zweiten Ausführungsform ist, wie in 14 gezeigt, ein Kältemittelauslass des vierten Dreiwegeverbindungselements 17d direkt mit dem ersten elektrischen Expansionsventil 15a verbunden, der Kältemittelauslass des Kältemitteldurchgangs 14a des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 ist direkt mit der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 verbunden, und der andere Kältemittelauslass des vierten Dreiwegeverbindungselements 17d ist in Bezug auf das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform direkt mit dem Kältemitteleinlass des zweiten elektrischen Expansionsventils 15b verbunden. Folglich sind in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der zweiten Ausführungsform der Gas-Flüssigkeitsabscheider 16 und das erste Öffnungs-/Schließventil 18a in Bezug auf die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform weggelassen. Andere Aufbauten des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 in der zweiten Ausführungsform sind ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform.
In der allgemeinen Heizbetriebsart strömt Kältemittel, wie in durchgezogenen Pfeilen in 14 gezeigt, in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10. In 14 sind Teile, die ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugsnummern angezeigt. Dies gilt auch in den folgenden Zeichnungen.
Als nächstes wird der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 der zweiten Ausführungsform unter Verwendung von 15 und 16 beschrieben. 15 ist ein Blockdiagramm, um die Betriebszustände des Kältemittelströmungsumschaltabschnitts der vorliegenden Ausführungsform zu zeigen, und 16 ist ein Mollier-Diagramm, das Betriebszustände des Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 in der allgemeinen Heizbetriebsart zeigt. Wie in 15 gezeigt, kann die in der ersten Ausführungsform beschriebene Heizunterstützungsbetriebsart in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der zweiten Ausführungsform nicht festgelegt werden.
In der allgemeinen Heizbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die ersten bis dritten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, 15c, das Dreiwegeventil 12 und das Öffnungs-/Schließventil 18b (das dem zweiten Öffnungs-/Schließventil 18b der ersten Ausführungsform entspricht) in die in 15 gezeigten Betriebszustände geschaltet werden, und bewirkt, dass die erste Kühlmittelpumpe 42a derart betrieben wird, dass eine vorgegebene Menge des Kühlmittels von der ersten Kühlmittelpumpe 42a druckbefördert werden kann.
Folglich strahlt das von der Ausstoßöffnung 11f des Kompressors 11 ausgestoßene Hochdruckkältemittel (Punkt a₁₆ in 16) in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der allgemeinen Heizbetriebsart, wie in 16 gezeigt, in dem Innenkondensator 13 Wärme an die Luft ab (Punkt a₁₆ → Punkt b₁₆ in 16) und strömt danach zu dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d.
Ein an dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d verzweigtes Kältemittel strömt in das erste elektrische Expansionsventil 15a und wird zu einem Mitteldruckkältemittel dekomprimiert und expandiert (Punkt b₁₆ → Punkt c₁₆ in 16) und wird in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizt, um die Enthalpie zu erhöhen (Punkt c₁₆ → Punkt d₁₆ in 16). Das in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizte Kältemittel strömt in die Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11.
Zu dieser Zeit kann der Drosselöffnungsgrad des ersten elektrischen Expansionsventils 15a derart eingestellt werden, dass das zu der Mitteldrucköffnung 11e strömende Kältemittel einen vorgegebenen Überhitzungsgrad hat. In diesem Fall kann ein Überhitzungsgraderfassungsabschnitt bereitgestellt sein, um den Überhitzungsgrad des zu der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 strömenden Kältemittels zu erfassen.
Das zu der Mitteldrucköffnung 11e des Kompressors 11 strömende Kältemittel wird mit dem von dem ersten Kompressionsmechanismus 11b in dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittel (Punkt a1₁₆ in 16) vereinigt (Punkt a2₁₆ in 16) und wird von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c angesaugt.
Folglich wird das andere an dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d verzweigte Kältemittel von dem zweiten elektrischen Expansionsventil 15b in einen Zustand eines Niederdruckkältemittels dekomprimiert und expandiert (Punkt b₁₆ → Punkt g₁₆ in 16) und wird in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 durch Aufnehmen von Wärme aus Außenluft verdampft (Punkt g₁₆ → Punkt h₁₆ in 16).
Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel wird über das Dreiwegeverbindungselement 17c und den Akkumulator 22 zu der Ansaugöffnung 11d des Kompressors 11 (aO₁₆ in 16) gesaugt. Wie vorstehend beschrieben, kann in der allgemeinen Heizbetriebsart die Wärmemenge, die von dem Kältemittel aufgenommen ist, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, in dem Innenkondensator 13 an Luft abgestrahlt werden, und dadurch kann die geheizte Luft in den Fahrzeugraum ausgeblasen werden. Folglich kann das Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
Zu dieser Zeit wird das aus dem Innenkondensator 13 strömende Kältemittel an dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d verzweigt, so dass ein an dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d verzweigtes Kältemittel von der Mitteldrucköffnung 11e zu dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c des Kompressors 11 gesaugt wird, nachdem es in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 geheizt wurde, und das andere an dem vierten Dreiwegeverbindungselement 17d verzweigte Kältemittel durch Aufnehmen von Wärme aus Außenluft in dem Außenwärmetauscher 20 geheizt und verdampft wird.
Folglich kann in der allgemeinen Heizbetriebsart Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, effektiv geheizt werden, indem nicht nur die von der Außenluft über das Kältemittel aufgenommene Wärme in dem Außenwärmetauscher 20, sondern auch die Wärme von der Abwärme des Motors 41 über den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 verwendet wird.
In der Entfrostungsbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die ersten bis dritten Expansionsventile 15a, 15b, 15c des Dreiwegeventils 12 und das Öffnungs-/Schließventil 18b auf die in 15 gezeigten Betriebszustände geschaltet werden, und bewirkt, dass die erste Kühlmittelpumpe 42a derart betrieben wird, dass eine vorgegebene Menge des Kühlmittels durch die erste Kühlmittelpumpe 42a druckbefördert werden kann. Daher können die gleichen Ergebnisse wie in der ersten Ausführungsform erhalten werden.
In der endothermen Luftheizbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die ersten bis dritten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b, 15c, das Dreiwegeventil 12 und das Öffnungs-/Schließventil 18b auf die in 15 gezeigten Betriebszustände geschaltet werden, und bewirkt, dass die erste Kühlmittelpumpe 42a gestoppt wird. Das heißt, in der endothermen Luftheizbetriebsart ist das erste elektrische Expansionsventil 15a ganz geschlossen, während das Dreiwegeventil 12, die zweiten und dritten elektrischen Expansionsventile 15b, 15c und das Öffnungs-/Schließventil 18b ähnlich denen in der endothermen Luftheizbetriebsart der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform geschaltet werden. Daher wird das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der endothermen Luftheizbetriebsart der zweiten Ausführungsform ähnlich dem in der ersten Ausführungsform betrieben.
In der Kühlbetriebsart oder der Entfeuchtungsbetriebsart bewirkt die Klimatisierungssteuerung 50, dass die ersten bis dritten elektrischen Expansionsventile 15a, 15b 15c, das Dreiwegeventil 12 und das Öffnungs-/Schließventil 18b auf die in 15 gezeigten Betriebszustände geschaltet werden, und bewirkt, dass die erste Kühlmittelpumpe 42a gestoppt wird. Das heißt, in der Kühlbetriebsart oder der Entfeuchtungsbetriebsart ist das erste elektrische Expansionsventil 15a ganz geschlossen, während das Dreiwegeventil 12, die zweiten und dritten elektrischen Expansionsventile 15b, 15c und das Öffnungs-/Schließventil 18b ähnlich denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform geschaltet werden. Daher wird das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 in der Kühlbetriebsart oder der Entfeuchtungsbetriebsart der zweiten Ausführungsform ähnlich dem in der ersten Ausführungsform betrieben.
Als ein Ergebnis können in der Fahrzeugklimaanlage 1 der zweiten Ausführungsform verschiedene Betriebsarten selektiv geschaltet werden, indem der Kältemitteldurchgang in dem Wärmepumpenkreislausystem 10 umgeschaltet wird. Außerdem kann in der Entfrostungsbetriebsart die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, ohne Verwendung eines speziellen Wärmetauschers geheizt werden. Daher kann die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in der Entfrostungsbetriebsart effektiv geheizt werden.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Ausführungsform kann wie folgt innerhalb eines Bereichs der vorliegenden Erfindung vielfältig geändert werden, ohne auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein.

(1) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 mit den verschiedenen umschaltbaren Betriebsarten auf eine Fahrzeugklimaanlage angewendet. Jedoch kann das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 aufgebaut sein, um wenigstens zwischen der Heizbetriebsart und der Entfeuchtungsbetriebsart umschaltbar zu sein, und kann für die Fahrzeugklimaanlage verwendet werden. Selbst in diesem Fall kann ein Fluid (z. B. Luft), das Wärme austauschen soll, in der Entfrostungsbetriebsart effektiv geheizt werden.
(2) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform war ein Beispiel, in dem das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der vorliegenden Erfindung auf die Fahrzeugklimaanlage angewendet wird, aber die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel kann das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der vorliegenden Erfindung auf ein Dieselfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug angewendet werden, in dem die Abwärme des Motors klein ist. Außerdem kann das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der vorliegenden Erfindung auf eine ortsfeste Klimaanlage, eine Niedertemperaturlager, eine Kühl-/Heizvorrichtung für einen Verkaufsautomaten und ähnliches angewendet werden.
(3) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Kühlmittel des Motors 41 als die externe Wärmequelle verwendet, aber die externe Wärmequelle ist nicht auf dieses beschränkt, Zum Beispiel kann in einem Fall in dem das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 auf die Fahrzeugklimaanlage angewendet wird, das von dem Motor 41 ausgepuffte Abgas als die externe Wärmequelle verwendet werden, oder das Kühlmittel zum Kühlen elektrischer Komponenten, wie etwa eines Inverters und eines Elektromotors, die in dem Fahrzeug installiert sind, kann als die externe Wärmequelle verwendet werden. Folglich kann das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 auf ein elektrisches Fahrzeug angewendet werden.
(4) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der elektrisch betriebene Kompressor des zweistufigen Druckerhöhungstyps, in dem die ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c von dem gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden, als der Kompressor 11 verwendet. Jedoch ist der Typ des Kompressors nicht auf diesen Typen beschränkt. Unnötig zu sagen, dass ein elektrisch betriebener Kompressor vom zweistufigen Druckerhöhungstyp, in dem zwei (erste und zweite) Kompressionsmechanismen 11b, 11c von einem festen Verdrängungstyp jeweils von verschiedenen Elektromotoren angetrieben werden, verwendet werden kann.

Ferner brauchen die ersten und zweiten Kompressionsmechanismen 11b, 11c nicht in dem gleichen Gehäuse 11a untergebracht sein, sondern die zwei unterschiedlichen Kompressoren können hintereinander angeordnet werden. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann das Dreiwegeventil 12 außerhalb des Gehäuses 11a des Kompressors 11 angeordnet werden.

(5) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung aus dem Dreiwegeventil 12, den zweiten und dritten elektrischen Expansionsventilen 15b, 15c, dem Öffnungs-/Schließventil 18a, 18b aufgebaut, aber die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung ist nicht auf diese beschränkt.

Zum Beispiel ist es in der ersten Ausführungsform auch möglich, das dritte Dreiwegeverbindungselement 17c zu beseitigen und ein elektrisches Dreiwegeventil zu verwenden, das zur Zeit der allgemeinen Heizbetriebsart geschaltet wird, um den Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 mit der Einlassseite des Akkumulators 22 verbunden ist, und der zur Zeit der Kühlbetriebsart geschaltet wird, um den Kältemittelkreislauf festzulegen, in dem die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 mit dem dritten elektrischen Expansionsventil 15c verbunden ist.
Ferner werden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die zweiten und dritten elektrischen Expansionsventile 15b, 15c, welche die vollständige Schließfunktion haben, als die zweiten und dritten Druckverringerungsvorrichtungen verwendet, und dadurch haben die zweiten und dritten elektrischen Expansionsventile 15b, 15c auch die Funktion der Kältemittelströmungsumschalteinrichtung. Unnötig zu sagen, dass die elektrischen Expansionsventile, die keine vollständige Schließfunktion haben, als die zweiten und dritten elektrischen Expansionsventile 15b, 15c verwendet werden können und die Öffnungs-/Schließventile auf der stromaufwärtigen Seite oder der stromabwärtigen Seite der zweiten und dritten elektrischen Expansionsventile 15b, 15c angeordnet werden können. in diesem Fall bauen die Öffnungs-/Schließventile die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung auf.

(6) In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, in dem das dritte elektrische Expansionsventil 15c als die dritte Druckverringerungseinrichtung verwendet wird, die den Druck des Hochdruckkältemittels verringert, um das Hochdruckkältemittel zu expandieren, um das Hochdruckkältemittel dadurch zur Zeit der Kühlbetriebsart oder der Entfeuchtungsbetriebsart zu dem Niederdruckkältemittel zu machen. Jedoch ist die dritte Druckverringerungsvorrichtung nicht auf dieses beschränkt. Ähnlich kann ein thermisches Expansionsventil als die hochdruckseitige Dekompressionseinrichtung angepasst werden.

Als das thermische Expansionsventil kann ein Ventil zum Regulieren einer Ventilöffnung (des Durchsatzes des Kältemittels) durch einen mechanischen Mechanismus in der folgenden Weise verwendet werden. Das heißt, das Ventil hat einen Temperaturabtastteil, der in dem Kältemitteldurchgang auf der Auslassseite des Innenverdampfers 21 angeordnet ist und den Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des Innenverdampfers 21 zur Zeit der Kühlbetriebsart auf der Basis der Temperatur und des Drucks des Kältemittels auf der Auslassseite des Innenverdampfers 21 erfasst. Das Ventil reguliert die Ventilöffnung (den Durchsatz des Kältemittels) durch den mechanischen Mechanismus in einer derartigen Weise, dass der Überhitzungsgrad des Kältemittels auf der Auslassseite des Innenverdampfers 21 auf einen vorgegebenen Wert gebracht wird.
Ferner kann als die Druckverringerungsvorrichtung zum Kühlen ein Ejektor verwendet werden, der eine Funktion als eine Kältemitteldruckverringerungsvorrichtung zum Verringern des Drucks des Kältemittels durchführt und des Kältemittel durch den Ansaugbetrieb aufgrund einer mit einer hohen Geschwindigkeit ausgestoßenen Kältemittelströmung zirkuliert.
Insbesondere ist der Ejektor aus einem Düsenteil, der den Druck des Kältemittels verringert, und einem Körperteil, der eine Kältemittelansaugöffnung und einen Diffusorabschnitt darin ausgebildet hat, aufgebaut. Die Kältemittelansaugöffnung saugt das Kältemittel durch die Hochgeschwindigkeitsströmung des von dem Düsenteil ausgestoßenen Kältemittels an, der Diffusorabschnitt ist in dem Bereich des Durchgangs eines vermischten Kältemittels allmählich vergrößert, um die kinetische Energie des vermischten Kältemittels in Druckenergie umzuwandeln. Hier ist das vermischte Kältemittel eine Mischung des ausgestoßenen Kältemittels und des angesaugten Kältemittels.
Als dieser Düsenteil kann ein fester Düsenteil, in dem die Fläche eines Drosseldurchgangs fest ist, oder ein variabler Düsenteil, in dem die Fläche eines Kältemitteldurchgangs variiert werden kann, verwendet werden. Der variable Düsenteil ist aus einem Nadelventil und einem elektrisch betriebenen Aktuator aufgebaut. In diesem Fall ist das Nadelventil in dem Düsenteil angeordnet und reguliert die Fläche des Kältemitteldurchgangs des Düsenteils, und der elektrisch betriebene Aktuator ist aus einem Schrittmotor zum Verschieben des Nadelventils in der Axialrichtung des Düsenteils ausgebildet.
Was ein Beispiel anbetrifft, in dem ein Ejektor 151 als die Druckverringerungsvorrichtung des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 der ersten Ausführungsform in der Kühlbetriebsart verwendet wird, ist, wie durch das schematische Aufbaudiagramm in 17 gezeigt, ein Verzweigungsabschnitt 152 zum Verzweigen der Kältemittelströmung zwischen der zweiten Dreiwegeverbindung 17c und der Zuströmungsöffnung des Kältemittels des Ejektors 151 angeordnet, und das eine verzweigte Kältemittel des Verzweigungsabschnitts 152 wird dazu gebracht, in den Ejektor 151 zu strömen. Ferner ist ein erster Innenverdampfer 21a mit der Kältemittelausströmungsöffnung des Ejektors 151 verbunden.
Andererseits kann das andere verzweigte Kältemittel dazu gebracht werden, über eine Druckverringerungseinrichtung 153, wie etwa eine feste Drossel, in einen zweiten Innenverdampfer 21b zu strömen, und der Kältemittelauslass des zweiten Innenverdampfers 21a kann mit der Kältemittelansaugöffnung des Ejektors 151 verbunden sein. Ferner kann der erste Innenverdampfer 21a in der Innenklimatisierungseinheit 30 auf der stromaufwärtigen Seite der Luftströmung des zweiten Innenverdampfers 21b angeordnet sein. In 17 ist die Strömung des Kältemittels in der Kühlbetriebsart und in der Entfeuchtungsbetriebsart gezeigt.
Dies kann die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem ersten Innenverdampfer 21a in der Kühlbetriebsart durch den Druckerhöhungsbetrieb in dem Diffusorteil des Ejektors 151 höher machen als die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem zweiten Innenverdampfer 21b. Folglich kann die Differenz zwischen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dem ersten Innenverdampfer 21a und dem zweiten Innenverdampfer 21b und der Temperatur der Luft, die in den Fahrzeugraum befördert werden soll, sichergestellt werden, und dadurch kann die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, effizient gekühlt werden.
Ferner kann der Ansaugdruck des Kompressors 11 durch den Druckerhöhungsbetrieb in dem Diffusorteil des Ejektors 151 erhöht werden, um dadurch die Antriebsleistung des Kompressors 11 zu verringern, so dass der COP des Wärmepumpenkreislaufsystems 10 zur Zeit der Kühlbetriebsart und der Entfeuchtungsbetriebsart verbessert werden kann. Natürlich kann der Ejektor 151 als eine Druckverringerungsvorrichtung in dem Wärmepumpenkreislaufsystem 10 der zweiten Ausführungsform verwendet werden.

(7) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Beispiel beschrieben, in dem die Strömungsmenge von Kühlmittel, das in den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 14 strömt, durch die erste Kühlmittelpumpe 42a als ein Kühlmittelströmungseinstellabschnitt eingestellt wird. Jedoch kann als der Kühlmitteleinstellabschnitt ein Strömungseinstellventil oder ähnliches verwendet werden, um die Strömungsmenge des in den Kühlmitteldurchgang 14b des Wasser-Kältemittel-Wärmetauschers 14 strömenden Kühlmittels einzustellen.
(8) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die Luftmischklappe 34 als ein Wärmeaustauscheinstellabschnitt zum Einstellen einer Wärmeaustauschmenge zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus 11c ausgestoßenen Kältemittel und Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in dem Innenkondensator 13 geeignet. Jedoch können die anderen Einrichtungen als der Wärmeaustauscheinstellabschnitt angepasst werden. Zum Beispiel kann eine verschiebbare Klappe verwendet werden, um die Luftdurchgangsfläche der Wärmeaustauschkernoberfläche des Innenkondensators 13 zu ändern.
(9) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen war ein Beispiel, in dem das gewöhnliche fluorkohlenwasserstoffbasierte Kältemittel als das Kältemittel verwendet wird, aber die Art des Kältemittels ist nicht auf dieses beschränkt. Ein natürliches Kältemittel, wie etwa Kohlendioxid, und ein kohlenwasserstoffbasiertes Kältemittel können als das Kältemittel verwendet werden. Ferner kann das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 einen überkritischen Kältekreislauf aufbauen, in dem der Druck des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Kältemittels 11 höher als der überkritische Druck des Kältemittels wird.
(10) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Wärmepumpenkreislaufsystem 10 zwischen verschiedenen Betriebsarten umschaltbar. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf ein Wärmepumpenkreislaufsystem angewendet werden, das wenigstens zwischen einer Heizbetriebsart, in der ein Fluid, das geheizt werden soll, Wärme austauscht, und einer Entfrostungsbetriebsart, in der an dem Außenwärmetauscher 20 haftender Frost geschmolzen und entfernt wird, umschaltbar ist.

Es versteht sich, dass derartige Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die eigefügten Patentansprüche definiert, liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001-030744 A [0002]

Claims

Wärmepumpenkreislaufsystem, das umfasst: erste und zweite Kompressionsmechanismen (11b, 11c), die geeignet sind, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (13), der geeignet ist, Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, auszutauschen; eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) strömende Kältemittel zu dekomprimieren; eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des Kältemittels unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle; einen Gas-Flüssigkeitsabscheider (16) zum Abscheiden von Gas und Flüssigkeit des aus der Heizeinrichtung (14) strömenden Kältemittels und um eine abgeschiedene Gaskältemittelströmung zu einer Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausströmen zu lassen; eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider (16) abgeschiedene flüssige Kältemittel zu dekomprimieren; einen Außenwärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft und um zu bewirken, dass das Kältemittel nach dem Wärmeaustausch in Richtung einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömt; und eine Kältemittelströmungsumschalteinrichtung, die geeignet ist, wenigstens zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart, in der das Fluid, das Wärme austauschen soll, in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) geheizt wird, und einem Kältemittelkreislauf einer Entfrostungsbetriebsart, in der an dem Außenwärmetauscher (20) haftender Frost entfernt wird, umzuschalten, wobei die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Heizbetriebsart bewirkt, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt wird, und bewirkt, dass das in der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) dekomprimierte Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt, und wobei die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Entfrostungsbetriebsart bewirkt, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt.
Wärmepumpenkreislaufsystem, das umfasst: erste und zweite Kompressionsmechanismen (11b, 11c), die geeignet sind, ein Kältemittel zu komprimieren und auszustoßen; einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (13), der geeignet ist, Wärme zwischen dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel und einem Fluid, das Wärme austauschen soll, auszutauschen; einen Verzweigungsabschnitt (17d), der geeignet ist, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) strömende Kältemittel zu verzweigen; eine erste Druckverringerungsvorrichtung (15a), die geeignet ist, ein an dem Verzweigungsabschnitt (17d) verzweigtes Kältemittel zu dekomprimieren; eine Heizeinrichtung (14) zum Heizen des an der ersten Druckverringerungsvorrichtung (15a) dekomprimierten Kältemittels unter Verwendung von Wärme von einer externen Wärmequelle und, um zu bewirken, dass das geheizte Kältemittel in Richtung einer Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) strömt; eine zweite Druckverringerungsvorrichtung (15b), die geeignet ist, das andere an dem Verzweigungsabschnitt (17d) verzweigte Kältemittel zu dekomprimieren; einen Außenwärmetauscher (20) zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Außenluft und, um zu bewirken, dass das Kältemittel nach dem Wärmeaustausch in Richtung einer Ansaugseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) strömt; und eine Kältemittelströmungsumschalteinrichtung, die geeignet ist, wenigstens zwischen einem Kältemittelkreislauf einer Heizbetriebsart, in der das Fluid, das Wärme austauschen soll, in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) geheizt wird, und einem Kältemittelkreislauf einer Entfrostungsbetriebsart, in der an dem Außenwärmetauscher (20) haftender Frost entfernt wird, umzuschalten, wobei die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Heizbetriebsart bewirkt, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) gesaugt wird, und bewirkt, dass das in der zweiten Druckverringerungsvorrichtung (15b) dekomprimierte Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt, und wobei die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung in der Entfrostungsbetriebsart bewirkt, dass das von dem ersten Kompressionsmechanismus (11b) ausgestoßene Kältemittel zu dem Außenwärmetauscher (20) strömt.
Wärmepumpenkreislaufsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kältemittelströmungsumschalteinrichtung ein Dreiwegeventil (12) umfasst, das geeignet ist, zwischen einem Kältemitteldurchgang, der eine Ausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) und die Ansaugseite des zweiten Kompressionsmechanismus (11c) verbindet, und einem Kältemitteldurchgang, der die Ausstoßseite des ersten Kompressionsmechanismus (11b) und eine Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers (20) verbindet, umzuschalten.
Wärmepumpenkreislaufsystem nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fluid Luft ist, die in einen Fahrzeugraum befördert werden soll, und wobei die externe Wärmequelle Kühlmittel zum Kühlen eines Motors ist, der geeignet ist, eine Antriebskraft zum Fahren eines Fahrzeugs auszugeben.
Wärmepumpenkreislaufsystem nach Anspruch 4, das fermer einen Strömungseinstellabschnitt (42a) aufweist, der geeignet ist, eine Strömungsmenge des zu der Heizeinrichtung strömenden Kühlmittels einzustellen.
Wärmepumpenkreislaufsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner einen Wärmeaustauscheinstellabschnitt (34) umfasst, der geeignet ist, eine Wärmeaustauschmenge in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (13) zwischen dem Fluid und dem von dem zweiten Kompressionsmechanismus (11c) ausgestoßenen Kältemittel einzustellen.