DE102012215622A1 - Kältemittelkreislaufvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Kältemittelkreislaufvorrichtung umfasst einen Kompressor (11), einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (12), der ein Wärmetauschfluid durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmetauschfluid und dem aus dem Kompressor (11) strömenden Hochdruckkältemittel heizt, einen Zwischendruckdurchgang (15), durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel, das durch die Dekompression des Hochdruckkältemittels erhalten wird, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömt, in den Zwischendruckkanal (11b) des Kompressors (11) eingeleitet wird, einen Außenwärmetauscher (20), der Niederdruckkältemittel, das durch die Dekompression von aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömendem Hochdruckkältemittel erhalten wird, verdampft und bewirkt, dass das verdampfte Kältemittel in Richtung eines Ansaugkanals des Kompressors strömt und eine Hilfsheizung (50, 60), die das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit heizt, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher (12) das Wärmetauschfluid heizt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dampfkompressionskältemittelkreislaufvorrichtung, die geeignet als eine Kältemittelkreislaufvorrichtung für ein Fahrzeug verwendet werden kann.
  • Hintergrund
  • Herkömmlicherweise ist in dem Patentdokument 1 ( JP 7-190574 A ) eine Fahrzeugklimaanlage offenbart, die das Heizen eines Fahrzeugraums durchführt. Insbesondere wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, unter Verwendung eines Dampfkompressionskältemittelkreislaufs geheizt. In der Fahrzeugklimaanlage des Patentdokuments 1 durchläuft die geblasene Luft, die ein Wärmetauschfluid ist, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher und wird durch den Wärmeaustausch mit Hochdruckkältemittel, das von einem Kompressor des Kältemittelkreislaufs ausgestoßen wird, geheizt.
  • Die Fahrzeugklimaanlage umfasst ferner eine elektrische Heizung als eine Hilfsheizung, die in einer Luftströmungsrichtung strömungsabwärtig von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher angeordnet ist, um einen Mangel an Luftheizkapazität des nutzungsseitigen Wärmetauschers zu kompensieren.
  • Da die Fahrzeugklimaanlage die elektrische Heizung als die Hilfsheizung umfasst, kann die elektrische Heizung in einem höchsten Heizbetrieb oder ähnlichem der elektrischen Heizung eine große Menge an elektrischer Leistung verbrauchen. Folglich kann in dem höchsten Heizbetrieb oder ähnlichem die Energieverbrauchsmenge der elektrischen Heizung erhöht werden, um einen passenden Heizbetrieb durchzuführen, in dem die geblasene Luft auf eine gewünschte Temperatur geheizt wird.
  • Außerdem ist es erforderlich, dass eine Heizkapazität der Hilfsheizung so hoch ist, dass die Hilfsheizung den Mangel der Luftheizkapazität des nutzungsseitigen Wärmetauschers in einem Fall, in dem es dem nutzungsseitigen Wärmetauscher am meisten an seiner Heizkapazität mangelt, ausreichend kompensieren kann. Daher kann die Hilfsheizung groß werden, und die Größe der Kältemittelkreislaufvorrichtung und die Herstellungskosten als Ganzes können dadurch steigen.
  • Zusammenfassung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Energieverbrauch einer Kältemittelkreislaufvorrichtung, die einen nutzungsseitigen Wärmetauscher und eine Hilfsheizung zum Heizen eines Wärmetauschfluids hat, zu verringern.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung einen Kompressor, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher, einen Zwischendruckdurchgang, einen Außenwärmetauscher und eine Hilfsheizung. Der Kompressor hat einen Ansaugkanal, durch den Niederdruckkältemittel gesaugt wird, einen Ausstoßkanal, durch den in einem Kompressionsabschnitt komprimiertes Hochdruckkältemittel ausgestoßen wird, und einen Zwischendruckkanal, durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel angesaugt wird, um mit Kältemittel kombiniert zu werden, das in dem Kompressionsabschnitt komprimiert wird. Der nutzungsseitige Wärmetauscher heizt ein Wärmetauschfluid durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmetauschfluid und dem von dem Kompressor ausgestoßenen Hochdruckkältemittel. Gasförmiges Zwischendruckkältemittel, das durch die Dekompression des Hochdruckkältemittels erhalten wird, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, wird durch den Zwischendruckdurchgang in den Zwischendruckkanal eingeleitet. In dem Außenwärmetauscher verdampft Niederdruckkältemittel, das durch die Dekompression von aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher strömendem Hochdruckkältemittel erhalten wird. Der Außenwärmetauscher bewirkt, dass das verdampfte Niederdruckkältemittel zu dem Ansaugkanal strömt. Die Hilfsheizung heizt das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher das Wärmetauschfluid heizt.
  • Da die Kältemittelkreislaufvorrichtung die Hilfsheizung umfasst, die das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit heizt, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher das Wärmetauschfluid heizt, kann ein Energieverbrauch der Hilfsheizung zum Heizen des Wärmetauschfluids auf eine Zieltemperatur im Vergleich zu einem Fall, in dem die Hilfsheizung das Wärmetauschfluid heizt, das von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher geheizt wurde, verringert werden.
  • Folglich erhöht die Hilfsheizung eine Temperatur des Wärmetauschfluids, das in den nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, und eine Wärmeabstrahlungsmenge des Kältemittels in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher kann dadurch verringert werden. Folglich kann ein Kreislaufgleichgewicht des Kältemittelkreislaufs ausgeglichen werden, so dass ein Kältemitteldruck in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher zunimmt. Daher kann die vorstehend beschriebene Verringerung des Energieverbrauchs in der Hilfsheizung erreicht werden.
  • Folglich kann eine Temperatur von Kältemittel, das von dem Kompressor ausgestoßen wird, erhöht werden, und eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel, das den nutzungsseitigen Wärmetauscher durchläuft, und dem Wärmetauschfluid, das in den nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, kann somit vergrößert werden. Außerdem kann eine Kompressionsarbeitsmenge in einem Kompressionsverfahren von dem Zwischenkanal zu dem Ausstoßkanal des Kompressors vergrößert werden, und eine Enthalpiedifferenz zwischen Kältemittel, das an einem Kältemitteleinlass des nutzungsseitigen Wärmetauschers strömt, und Kältemittel, das an einem Kältemittelauslass des nutzungsseitigen Wärmetauschers strömt, kann vergrößert werden.
  • Folglich kann eine Kapazität des nutzungsseitigen Wärmetauschers zum Heizen des Wärmetauschfluids verbessert werden. Daher kann das Wärmetauschfluid auf die Zieltemperatur geheizt werden, obwohl eine Kapazität der Hilfsheizung zum Heizen des Wärmetauschfluids verringert ist. Als ein Ergebnis kann die Hilfsheizung eine relativ niedrige Heizkapazität haben, und in diesem Fall ein Energieverbrauch der Kältekreislaufvorrichtung, in der der nutzungsseitige Wärmetauscher und die Hilfsheizung fähig sind, das Wärmetauschfluid zu heizen, kann verringert werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung einen Kompressor, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher, eine höherdruckseitige Expansionsvorrichtung, einen Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt, eine niederdruckseitige Expansionsvorrichtung, einen Außenwärmetauscher und eine Hilfsheizung. Der Kompressor hat einen Ansaugkanal, durch den Niederdruckkältemittel gesaugt wird, einen Ausstoßkanal, durch den in einem Kompressionsabschnitt komprimiertes Hochdruckkältemittel ausgestoßen wird, und einen Zwischendruckkanal, durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel gesaugt wird, um mit Kältemittel kombiniert zu werden, das in dem Kompressionsabschnitt komprimiert wird. Der nutzungsseitige Wärmetauscher heizt ein Wärmetauschfluid durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmetauschfluid und dem von dem Kompressor ausgestoßenen Hochdruckkältemittel. Die höherdruckseitige Expansionsvorrichtung ist aufgebaut, um das Hochdruckkältemittel, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, in Zwischendruckkältemittel zu dekomprimieren. Der Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt. ist aufgebaut, um das aus der hochdruckseitigen Expansionsvorrichtung strömende Zwischendruckkältemittel in gasförmiges Zwischendruckkältemittel und flüssiges Zwischendruckkältemittel abzuscheiden. Der Der Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt bewirkt, dass das abgeschiedene gasförmige Zwischendruckkältemittel zu dem Zwischendruckkanal strömt. Die niederdruckseitige Expansionsvorrichtung ist aufgebaut, um das abgeschiedene flüssige Zwischendruckkältemittel, das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt strömt, zu Niederdruckkältemittel zu dekomprimieren. In dem Außenwärmetauscher verdampft das aus der niederdruckseitigen Expansionsvorrichtung strömende Niederdruckkältemittel. Der Außenwärmetauscher bewirkt, dass das verdampfte Niederdruckkältemittel zu dem Ansaugkanal strömt. Die Hilfsheizung heizt das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher das Wärmetauschfluid heizt.
  • In diesem Fall ist die Kältemittelkreislaufvorrichtung ein zweistufiger Expansionsgaseinspritzkreislauf, in dem die höherdruckseitige Expansionsvorrichtung, der Gas-Flüssigkeitsabscheider und die niedererdruckseitige Expansionsvorrichtung kombiniert sind. In diesem Fall können ähnliche Betriebsergebnisse wie die des zuerst beschriebenen Aspekts der vorliegenden Offenbarung erhalten werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Kältemittelkreislaufvorrichtung einen Kompressor, einen nutzungsseitigen Wärmetauscher, einen Kältemittelverzweigungsabschnitt, eine erste Expansionsvorrichtung, einen Innenwärmetauscher, eine zweite Expansionsvorrichtung, einen Außenwärmetauscher und eine Hilfsheizung. Der Kompressor hat einen Ansaugkanal, durch den Niederdruckkältemittel gesaugt wird, einen Ausstoßkanal, durch den in einem Kompressionsabschnitt komprimiertes Hochdruckkältemittel ausgestoßen wird, und einen Zwischendruckkanal, durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel gesaugt wird, um mit Kältemittel kombiniert zu werden, das in dem Kompressionsabschnitt komprimiert wurde. Der nutzungsseitige Wärmetauscher heizt ein Wärmetauschfluid durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmetauschfluid und dem von dem Kompressor ausgestoßenen Hochdruckkältemittel. An dem Kältemittelverzweigungsabschnitt verzweigt ein Kältemitteldurchgang des Hochdruckkältemittels, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher strömt, in einen ersten Kältemitteldurchgang und einen zweiten Kältemitteldurchgang. Die erste Expansionsvorrichtung ist in dem ersten Kältemitteldurchgang bereitgestellt, um das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher strömende Hochdruckkältemittel in Zwischendruckkältemittel zu dekomprimieren. In dem Innenwärmetauscher tauscht das Hochdruckkältemittel, das von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher durch den zweiten Kältemitteldurchgang strömt, Wärme mit dem Zwischendruckkältemittel aus, das von der ersten Expansionsvorrichtung dekomprimiert wird. Der Innenwärmtauscher bewirkt, dass das wärmegetauschte Zwischendruckkältemittel zu dem Zwischendruckkanal strömt. Die zweite Expansionsvorrichtung ist aufgebaut, um das wärmegetauschte Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenwärmetauscher strömt, in Niederdruckkältemittel zu dekomprimieren. In dem Außenwärmetauscher verdampft das aus der zweiten Expansionsvorrichtung strömende Niederdruckkältemittel. Der Außenwärmetauscher bewirkt, dass das verdampfte Niederdruckkältemittel zu dem Ansaugkanal strömt. Die Hilfsheizung heizt das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher das Wärmetauschfluid heizt.
  • In diesem Fall, in dem die Kältemittelkreislaufvorrichtung ein Innenwärmetauscher-Gaseinspritzkreislauf ist, können ähnliche Betriebsergebnisse wie die des zuerst beschriebenen Aspekts der vorliegenden Offenbaurung erhalten werden.
  • Die Hilfsheizung kann in einer Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids strömungsaufwärtig von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher angeordnet sein, um das Wärmetauschfluid zu heizen, bevor das Wärmetauschfluid von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher geheizt wird.
  • Die Hilfsheizung und der nutzungsseitige Wärmetauscher können in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids angeordnet sein und können miteinander integriert sein, um das Wärmetauschfluid gleichzeitig zu heizen.
  • Die Hilfsheizung kann eine niedrigere Heizkapazität als eine Standardheizkapazität haben, die als eine notwendige Heizkapazität der Hilfsheizung zum Heizen des Wärmetauschfluids auf die Zieltemperatur in einem Fall definiert ist, in dem (i) die Hilfsheizung eingerichtet ist, um das Wärmetauschfluid, das in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher geheizt wurde, zu heizen, und in dem (ii) die Heizkapazität der Hilfsheizung und eine Heizkapazität des nutzungsseitigen Wärmetauschers verwendet werden, um das Wärmetauschfluid zu heizen.
  • Da die Hilfsheizung die niedrigere Heizkapazität als die Standardheizkapazität hat, kann ein Energieverbrauch in der Hilfsheizung im Vergleich zu einem Fall, in dem die Hilfsheizung das Wärmetauschfluid heizt, nachdem es in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher geheizt wurde, zuverlässig verringert werden. Überdies kann die Hilfsheizung verkleinert werden, und die Größe der Kältemittelkreislaufvorrichtung und die Herstellungskostens als ein Ganzes können dadurch verringert werden.
  • Die Kältemittelkreislaufvorrichtung kann ferner einen Heizkapazitätseinstellabschnitt umfassen, der aufgebaut ist, um die Heizkapazität der Hilfsheizung derart einzustellen, dass ein Druck des Wärmetauschfluids in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher ein Zieldruck wird.
  • Da der Heizkapazitätseinstellabschnitt in diesem Fall die Heizkapazität der Hilfsheizung derart einstellt, dass der Druck des Wärmetauschfluids in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher der Zieldruck wird, kann die Temperatur des Wärmetauschfluids leicht auf die Zieltemperatur erhöht werden, indem der Zieldruck abhängig von der Zieltemperatur des Wärmetauschfluids festgelegt wird.
  • Die Hilfsheizung kann eine elektrische Heizung sein, die Wärme erzeugt, indem sie eine elektrische Leistungsversorgung erhält. In diesem Fall umfasst die elektrische Heizung, die eine niedrigere Heizkapazität als die Standardheizkapazität hat, eine elektrische Heizung, die eine relativ kleine Wärmemenge (Wattzahl) erzeugt, wenn eine vorgegebene Spannung an die elektrische Heizung angelegt wird.
  • Alternativ kann die Hilfsheizung ein Hilfswärmetauscher sein, der das Wärmetauschfluid unter Verwendung des Wärmemediums, das eine externe Wärmequelle kühlt, als eine Wärmequelle heizt. In diesem Fall umfasst der Hilfswärmetauscher, der eine niedrigere Heizkapazität als die Standardheizkapazität hat, einen Hilfswärmetauscher, der einen relativ kleinen Bereich hat, in dem das Wärmetauschfluid durch Wärmeaustausch geheizt wird.
  • Wenn die Hilfsheizung die elektrische Heizung wie vorstehend beschrieben ist, kann der Heizkapazitätseinstellabschnitt die Heizkapazität der elektrischen Heizung einstellen, indem er eine elektrische Leistungsversorgung der elektrischen Heizung einstellt.
  • Wenn die Hilfsheizung der Hilfswärmetauscher wie vorstehend beschrieben ist, kann der Heizkapazitätseinstellabschnitt die Heizkapazität des Hilfswärmetauschers einstellen, indem er eine Strömungsmenge des Wärmemediums, die in den Hilfswärmetauscher strömt, einstellt.
  • Der Heizkapazitätseinstellabschnitt kann die Hilfsheizung aktivieren, wenn die Kapazität des nutzungsseitigen Wärmetauschers zum Heizen des Wärmetauschfluids nicht in der Lage ist, durch eine Heizkapazitätssteuerung des nutzungsseitigen Wärmetauschers ausreichend gemacht zu werden.
  • In diesem Fall kann eine Betriebsgröße der Hilfsheizung auf das notwendige Minimum verringert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Offenbarung zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen wird aus der folgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen am besten verstanden, wobei:
  • 1 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreislauf eines Wärmepumpenkreislaufs für eine Fahrzeugklimaanlage in einer ersten Kühlbetriebsart und in einer Entfeuchtungs-Heizbetriebsart gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 2 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs für die Fahrzeugklimaanlage in einer Heizbetriebsart gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 3A eine schematische Perspektivansicht ist, die einen Gas-Flüssigkeitsabscheider für den Wärmepumpenkreislauf der Fahrzeugklimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 3B eine Draufsicht ist, die den Gas-Flüssigkeitsabscheider für den Wärmepumpenkreislauf der Fahrzeugklimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 4 ein Flussdiagramm ist, das ein Steuerverfahren der Fahrzeugklimaanlage gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 5 ein Flussdiagramm ist, das einen Teil des Steuerverfahrens der Fahrzeugklimaanlage in der Heizbetriebsart gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 6 ein Flussdiagramm ist, das ein einen Teil des Steuerverfahrens der Fahrzeugklimaanlage in einer Unterkühlungssteuerung der Heizbetriebsart gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 7 ein Flussdiagramm ist, das ein einen Teil des Steuerverfahrens der Fahrzeugklimaanlage in einer Größenssteuerung (Trockenheitssteuerung) der Heizbetriebsart gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 8 ein Flussdiagramm ist, das ein einen Teil des Steuerverfahrens der Fahrzeugklimaanlage in einer PTC-Heizungssteuerung der Heizbetriebsart gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 9 ein Flussdiagramm ist, das ein einen Teil des Steuerverfahrens der Fahrzeugklimaanlage in der Heizbetriebsart gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 10 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in dem Wärmepumpenkreislauf in der Heizbetriebsart gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 11 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in einem Wärmepumpenkreislauf in einer Heizbetriebsart gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
  • 12 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreis eines Wärmepumpenkreislaufs für eine Fahrzeugklimaanlage in einer Heizbetriebsart gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 13 ein Flussdiagramm ist, das einen Teil eines Steuerverfahrens einer Fahrzeugklimaanlage in einer PCT-Heizungssteuerung einer Heizbetriebsart gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 14 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreis eines Wärmepumpenkreislaufs für eine Fahrzeugklimaanlage in einer Heizbetriebsart gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 15 ein Mollier-Diagramm ist, das einen Kältemittelzustand in dem Wärmepumpenkreislauf in der Heizbetriebsart gemäß der vierten Ausführungsform zeigt; und
  • 16 ein schematisches Diagramm ist, das einen Kältemittelkreis eines Wärmepumpenkreislaufs für eine Fahrzeugklimaanlage in einer Heizbetriebsart gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung 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 werden, und die redundante Erklärung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn in einer Ausführungsform nur ein Teil eines Aufbaus beschrieben wird, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, auch wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, auch wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, es liegt kein Nachteil in der Kombination.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezug auf 1 bis 10 beschrieben. In der ersten Ausführungsform wird eine Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Offenbarung für eine Fahrzeugklimaanlage 1 eines Elektrofahrzeugs verwendet, in dem die Antriebskraft von einem Elektromotor für den Betrieb des Fahrzeugs erhalten wird. In der Fahrzeugklimaanlage 1 arbeitet die Kältemittelkreislaufvorrichtung derart, dass sie Luft, die in einen Fahrzeugraum, der ein Raum (Klimatisierungsraum) ist, der klimatisiert werden soll, geblasen werden soll, heizt oder kühlt. Daher ist die geblasene Luft ein Beispiel für ein Fluid (Wärmetauschfluid), das mit Kältemittel Wärme austauschen soll.
  • Die Kältemittelkreislaufvorrichtung umfasst einen Wärmepumpenkreislauf 10 (Dampfkompressionskältemittelkreislauf), bei dem sein Kältemittelkreis abhängig von der Klimatisierungsbetriebsart einschließlich einer Kühlbetriebsart, einer Entfeuchtungs-Heizbetriebsart (Entfeuchtungsbetriebsart) und einer Heizbetriebsart umgeschaltet werden kann. In der Kühlbetriebsart wird ein in 1 gezeigter Kältemittelkreis ausgewählt, und die geblasene Luft wird gekühlt, um den Fahrzeugraum zu kühlen. Auch in der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart wird der in 1 gezeigte Kältemittelkreis ausgewählt, und der Fahrzeugraum wird entfeuchtet und geheizt. In der Heizbetriebsart wird ein in 2 gezeigter Kältemittelkreis ausgewählt, und die geblasene Luft wird geheizt, um den Fahrzeugraum zu heizen.
  • Wenn ein Hydrofluorkarbonat-(HFC-)Kältemittel (z. B. R-134a) als Kältemittel verwendet wird, das in dem Wärmepumpenkreislauf 10 verwendet wird, ist der Wärmepumpenkreislauf 10 ein unterkritischer Dampfkompressionskältemittelkreislauf. Folglich ist ein Druck Pd mit einem höchsten Druck in dem Wärmepumpenkreislauf 10 niedriger als ein kritischer Druck des Kältemittels. Alternativ kann zum Beispiel ein Fluorwasserstoff(HFO-)Kältemittel (z. B. R1234yf) als das Kältemittel verwendet werden. Das Kältemittel enthält Öl, um einen Kompressor 11 des Wärmepumpenkreislaufs 10 zu schmieren, und ein Teil des Öls zirkuliert zusammen mit dem Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10.
  • Der Kompressor 11 des Wärmepumpenkreislaufs 10 ist im Inneren einer Motorhaube des Fahrzeugs angeordnet und saugt und komprimiert Kältemittel, um das komprimierte Kältemittel auszustoßen. Der Kompressor 11 ist zum Beispiel ein elektrischer Zweistufen-Kompressor, der umfasst: ein Gehäuse, das als eine Außenschale des Kompressors 11 verwendet wird, Kompressionsmechanismen höherer Stufe und niedrigerer Stufe mit fester Verdrängung, die im Inneren des Gehäuses untergebracht sind, einen Elektromotor, der im Inneren des Gehäuses untergebracht ist, um die zwei Kompressionsmechanismen rotierend anzutreiben. Kältemittel wird in dem höherstufigen Kompressionsmechanismus mit einem höheren Druck komprimiert als in dem niedrigerstufigen Kompressionsmechanismus.
  • Das Gehäuse des Kompressors 11 hat einen Ansaugkanal 11a, durch den Niederdruckkältemittel von außerhalb des Gehäuses in den niedrigerstufigen Kompressionsmechanismus gesaugt wird, einen Zwischendruckkanal 11b, durch den Zwischendruckkältemittel in das Gehäuse gesaugt wird, um mit Kältemittel vermischt zu werden, das aus dem niedrigerstufigen Kompressionsmechanismus zu dem höherstufigen Kompressionsmechanismus strömt, und einen Ausstoßkanal 11c, durch den Hochdruckkältemittel von dem höherstufigen Kompressionsmechanismus nach außerhalb des Gehäuses ausgestoßen wird.
  • Insbesondere ist der Zwischendruckkanal 11b mit einer Kältemittelausstoßseite des niedrigerstufigen Kompressionsmechanismus verbunden, mit anderen Worten ist der Zwischendruckkanal 11b mit einer Kältemittelansaugseite des höherstufigen Kompressionsmechanismus verbunden. Verschiedene Arten von Kompressionsmechanismen, wie etwa ein Spiralkompressionsmechanismus, ein Drehschieberkompressionsmechanismus und ein Rollkolbenkompressionsmechanismus, können als die niedrigerstufigen und höherstufigen Kompressionsmechanismen verwendet werden.
  • Ein Betrieb (Drehzahl) des Elektromotors des Kompressors 11 wird von einem Steuersignal gesteuert, das von einer Klimaanlagensteuerung 40 (A/C-ESG) ausgegeben wird, und ein Wechselstrommotor oder ein Gleichstrommotor kann als der Elektromotor verwendet werden. Durch die Steuerung der Drehzahl des Elektromotors wird eine Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 gesteuert. Folglich wird in der vorliegenden Ausführungsform der Elektromotor als ein Beispiel für einen Ausstoßkapazitätsänderungsabschnitt des Kompressors 11 verwendet, der die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 ändert.
  • Der Kompressor 11 umfasst in der vorliegenden Ausführungsform die zwei Kompressionsmechanismen, die in dem einzigen Gehäuse des Kompressors 11 untergebracht sind, aber ein Aufbau des Kompressors 11 ist nicht auf dieses beschränkt. Alternativ kann der Kompressor 11 einen einzigen Kompressionsmechanismus mit fester Verdrängung und einen Elektromotor, der den einzigen Kompressionsmechanismus rotierend antreibt, unterbringen, wenn das Zwischendruckkältemittel in den Kompressor 11 gesaugt werden kann und mit Kältemittel gemischt werden kann, das sich in einem Kompressionsvorgang in dem Kompressor 11 befindet.
  • Überdies zwei Kompressoren: höherstufige und niedrigerstufige Kompressoren können anstatt des vorstehend beschriebenen Aufbaus des Kompressors 11 getrennt hintereinander angeordnet werden, und die zwei Kompressoren können als der einzige zweistufige Kompressor 11 verwendet werden. In diesem Fall kann ein Ansaugkanal des niedrigerstufigen Kompressors als der Ansaugkanal 11a verwendet werden, und ein Ausstoßkanal des höherstufigen Kompressors kann als der Ausstoßkanal 11c verwendet werden.
  • Der Zwischendruckkanal 11b kann in einem Teil bereitgestellt werden, der einen Ausstoßkanal des niedrigerstufigen Kompressors und einen Ansaugkanal des höherstufigen Kompressors verbindet.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, ist der Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 mit einer Kältemitteleinlassseite eines Innenkondensators 12 verbunden. Der Innenkondensator 12 ist im inneren eines Gehäuses 31 (Klimatisierungsgehäuse) einer Innenklimatisierungseinheit 30 der Fahrzeugklimaanlage 1 verbunden, um als ein Strahler zu arbeiten, bei dem von dem höherstufigen Kompressionsmechanismus des Kompressors 11 ausgestoßenes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel Wärme abstrahlt. Der Innenkondensator 12 wird als ein Beispiel für einen nutzungsseitigen Wärmetauscher verwendet, der Luft heizt, die einen später beschriebenen Innenverdampfer 23 durchlaufen hat.
  • Eine Kältemittelauslassseite des Innenkondensators 12 ist mit einem Einlass eines ersten Expansionsventils 13 (höherstufiges Expansionsventil) verbunden, das als ein Beispiel für eine höherdruckseitige Expansionsvorrichtung verwendet wird. Die höherdruckseitige Expansionsvorrichtung (13) dekomprimiert Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, so dass das Hochdruckkältemittel zu einem Zwischendruckkältemittel wird. Das erste Expansionsventil 13 hat einen elektrisch variablen Drosselmechanismus. Der elektrisch variable Drosselmechanismus umfasst einen Ventilkörper, in dem ein Öffnungsgrad des Ventilkörpers änderbar ist, und einen elektrischen Aktuator mit einem Schrittmotor, der den Öffnungsgrad des Ventilkörpers ändert.
  • Wenn das erste Expansionsventil 13 auf einen Dekompressionszustand festgelegt wird, in dem das erste Expansionsventil 13 Kältemittel dekomprimiert, wird ein Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 innerhalb eines Querschnittdurchmesserbereichs von φ0,5 mm bis φ3 mm reguliert. Wenn das erste Expansionsventil 13 ganz offen ist, wird der Öffnungsgrad auf ungefähr φ10 mm Querschnittdurchmesser festgelegt. Das erste Expansionsventil 13 in dem vollständig offenen Zustand dekomprimiert kein Kältemittel. Ein Betrieb des ersten Expansionsventils 13 wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
  • Eine Auslassseite des ersten Expansionsventils 13 ist mit einem Zuströmungskanal 14b eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 verbunden. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 wird als ein Beispiel für einen Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt verwendet, der Zwischendruckkältemittel in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abscheidet. Hier hat das Zwischendruckkältemittel den Innenkondensator 12 durchlaufen und wurde in dem ersten Expansionsventil 13 komprimiert. Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 ist ein Zentrifugalabscheider, der Kältemittel unter Nutzung der Zentrifugalkraft in Gas und Flüssigkeit abscheidet.
  • Ein detaillierter Aufbau des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 wird unter Bezug auf 3A und 3B beschrieben. Der in 3A gezeigte Oben-Unten-Pfeil zeigt eine Vertikalrichtung an, wenn der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 an der Fahrzeugklimaanlage 1 montiert ist.
  • Der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Hauptkörperteil 14a, den Zuströmungskanal 14b, einen Gasausströmungskanal 14c und einen Flüssigkeitsausströmungskanal 14d. Der Hauptkörperteil 14a hat eine hohle und fast zylindrische Form mit Boden mit einem kreisförmigen Querschnitt und erstreckt sich in eine Richtung (z. B. der Vertikalrichtung) senkrecht zu der Durchmesserrichtung des kreisförmigen Querschnitts. Der Zuströmungskanal 14b hat eine Zuströmungsöffnung 14e, durch die Zwischendruckkältemittel in den Hauptkörperteil 14a eingeleitet wird. Der Gasausströmungskanal 14c hat eine Gasausströmungsöffnung 14f, durch die Gaskältemittel aus dem Hauptkörperteil 14a strömt, und der Flüssigkeitsausströmungskanal 14d hat eine Flüssigkeitsausströmungsöffnung 14g, durch die flüssiges Kältemittel aus dem Hauptkörperteil 14a strömt.
  • Ein Durchmesser des Hauptkörperteils 14a wird auf einen Wert von eineinhalbmal bis dreimal so groß wie die Durchmesser von Kältemittelrohrleitungen, die mit den Kanälen 14b bis 14d verbunden sind, festgelegt. Folglich wird der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 miniaturisiert.
  • Ein Volumen des Hauptkörperteils 14a des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 wird kleiner festgelegt als ein überschüssiges Kältemittelvolumen, das erhalten wird, indem ein notwendiges Kältemittelvolumen von einem abgeschlossenen gesamten Kältemittelvolumen subtrahiert wird. Hier ist das abgeschlossene gesamte Kältemittelvolumen ein flüssiges Kältemittelvolumen, das von einem Gesamtvolumen aus gasförmigem und flüssigem Kältemittel, das in dem Wärmepumpenkreislauf 10 eingeschlossen ist, umgewandelt wird, und das notwenige Kältemittelvolumen ist ein flüssiges Kältemittelvolumen, das aus einem notwendigen Kältemittelvolumen umgewandelt wird, um die Leistung des Wärmepumpenkreislaufs 10 zu optimieren. Mit anderen Worten wird das Volumen des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 der vorliegenden Erfindung derart festgelegt, dass der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 im Wesentlichen kein überschüssiges Kältemittel darin lagern kann, selbst wenn ein Durchsatz von Kältemittel, das in dem Wärmepumpenkreislauf 10 zirkuliert, aufgrund einer Lastschwankung des Wärmepumpenkreislaufs 10 geändert wird.
  • Der Zuströmungskanal 14b ist mit einer seitlichen Oberfläche des zylindrischen Hauptkörperteils 14a verbunden. Wie in 3B gezeigt, erstreckt sich der Zuströmungskanal 14b von oberhalb des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 betrachtet in einer Tangentialrichtung eines Querschnittkreises des Hauptkörperteils 14a. Der Zuströmungskanal 14b hat die Zuströmungsöffnung 14e an einem Ende des Zuströmungskanals 14b entgegengesetzt zu dem Hauptkörperteil 14a. Der Zuströmungskanal 14b kann sich nicht notwendigerweise in der Radialrichtung (z. B. einer Horizontalrichtung) erstrecken und kann sich in einem Winkel in Bezug auf die Radialrichtung erstrecken.
  • Der Gasausströmungskanal 14c ist mit dem Hauptkörper 14a an einer oberen Endoberfläche (obere Oberfläche) des Hauptkörperteils 14a in einer Axialrichtung des Hauptkörperteils 14a verbunden, und der Gasausströmungskanal 14c erstreckt sich durch die obere Oberfläche des Hauptkörperteils 14a koaxial mit dem Hauptkörperteil 14a. Der Gasausströmungskanal 14c ist mit der Gasausströmungsöffnung 14f an einem oberen Endteil des Gasausströmungskanals 14c versehen, und ein unterer Endteil des Gasausströmungskanals 14c ist abwärts von einem Verbindungsteil zwischen dem Hauptkörperteil 14a und dem Gasausströmungskanal 14c angeordnet.
  • Der Flüssigkeitsausströmungskanal 14d ist mit dem Hauptkörperteil 14a an einer unteren Endoberfläche (Bodenoberfläche) des Hauptkörperteils 14a in seiner Axialrichtung verbunden, und der Flüssigkeitsausströmungskanal 14d erstreckt sich von der Bodenoberfläche des Hauptkörperteils 14a koaxial mit dem Hauptkörperteil 14a nach unten. Ein unterer Endteil des Flüssigkeitsausströmungskanals 14d hat die Flüssigkeitsausströmungsöffnung 14g.
  • Kältemittel, das von der Zuströmungsöffnung 14e des Zuströmungskanals 14b in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 strömt, strömt und wirbelt entlang einer zylindrischen Innenoberfläche des Hauptkörperteils 14a, und das Kältemittel wird unter Nutzung der Zentrifugalkraft, die durch die Wirbelströmung erzeugt wird, in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt. Anschließend fällt das durch diese Abscheidung erhaltene flüssige Kältemittel in dem Hauptkörperteil 14a durch die Schwerkraft nach unten.
  • Das gefallene flüssige Kältemittel strömt aus der Flüssigkeitsausströmungsöffnung 14g des Flüssigkeitsausströmungskanals 14d, und das durch die Abscheidung erhaltene Gaskältemittel strömt aus der Gasausströmungsöffnung 14f des Gasausströmungskanals 14c. In 3A und 3B hat die untere Endoberfläche (Bodenoberfläche) des Hauptkörperteils 14a eine kreisförmige Form. Alternativ kann der Hauptkörperteil 14a zu einer konisch zulaufenden Form ausgebildet sein, bei der ein Durchmesser des Hauptkörperteils 14a nach unten allmählich verkleinert ist, und ein unterster Teil des konisch zulaufenden Hauptkörperteils 14a kann mit dem Flüssigkeitsausströmungskanal 14d verbunden sein.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, ist der Flüssigkeitsausströmungskanal 14c des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 über einen Zwischendruckdurchgang 15 mit dem Zwischendruckkanal 11b des Kompressors 11 verbunden. Ein erstes Öffnungs-Schließventil 16a (zwischendruckseitiges Öffnungs-Schließventil) ist in dem Zwischendruckdurchgang 15 angeordnet, und das erste Öffnungs-Schließventil 16a ist ein elektromagnetisches Ventil, das den Zwischendruckdurchgang 15 öffnet oder schließt. Ein Betrieb des ersten Öffnungs-Schließventils 16a wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
  • Das erste Öffnungs-Schließventil 16a wird als ein Rückschlagventil verwendet, das Kältemittel nur von dem Gasausströmungskanal 14c des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 zu dem Zwischendruckkanal 11b des Kompressors 11 strömen lässt, wenn der Zwischendruckdurchgang 15 offen ist. Wenn folglich das erste Öffnungs-Schließventil 16a den Zwischendruckdurchgang 15 öffnet, wird verhindert, dass Kältemittel von dem Kompressor 11 zu dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 zurück strömt.
  • Überdies wirkt das erste Öffnungs-Schließventil 16a auch, um den Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10 durch Öffnen oder Schließen des Zwischendruckdurchgangs 15 umzuschalten. Folglich wird das erste Öffnungs-Schließventil 16a in der vorliegenden Ausführungsform auch als ein Beispiel für einen Kältemittelkreisumschaltabschnitt verwendet, der den Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10 umschaltet.
  • Der Flüssigkeitsausströmungskanal 14d des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 ist mit einer Einlassseite einer niederdruckseitigen festen Drossel 17 verbunden, und eine Auslassseite der festen Drossel 17 ist mit einer Kältemitteleinlassseite eines Außenwärmetausches 20 verbunden. Die feste Drossel 17 wird als ein Beispiel für eine niederdruckseitige Expansionsvorrichtung verwendet, die flüssiges Kältemittel dekomprimiert, das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 strömt, so dass ein Druck des flüssigen Kältemittels verringert wird, so dass es Niederdruckkältemittel ist. Eine Düse mit einem festen Öffnungsgrad oder eine Mündung kann zum Beispiel als die feste Drossel 17 verwendet werden.
  • In der festen Drossel 17, wie etwa der Drossel oder der Mündung wird ein Durchgangsquerschnitt drastisch verringert oder drastische vergrößert. Folglich können ein Durchsatz von Kältemittel, das durch die feste Drossel 17 strömt, und eine Größe (Trockenheit) X des Kältemittels strömungsaufwärtig von der festen Drossel 17 abhängig von einer Druckdifferenz zwischen der strömungsaufwärtigen (Einlass-)Seite und einer strömungsabwärtigen (Auslass-)Seite der festen Drossel 17 selbst eingestellt (abgeglichen) werden.
  • Insbesondere, wenn die Druckdifferenz relativ hoch ist, wird die Größe X von Kältemittel strömungsaufwärtig von der festen Drossel 17 abgeglichen, so dass sie gemäß der Abnahme einer notwendigen Strömungsmenge von in dem Wärmepumpenkreislauf 10 zirkulierendem Kältemittel erhöht wird. Wenn andererseits die Druckdifferenz relativ niedrig ist, wird die Größe X von Kältemittel strömungsaufwärtig von der festen Drossel 17 abgeglichen, so dass sie gemäß der Zunahme der notwendigen Strömungsmenge von in dem Wärmepumpenkreislauf 10 zirkulierendem Kältemittel verringert wird.
  • Wenn die Größe X von Kältemittel strömungsaufwärtig von der festen Drossel 17 hoch ist und wenn der Außenwärmetauscher 20 als ein Verdampfer verwendet wird, in dem Kältemittel durch Aufnehmen von Wärme verdampft wird, kann eine Wärmeaufnahmemenge (Kältekapazität) in dem Außenwärmetauscher 20 abnehmen, und ein Leistungskoeffizient (COP) des Wärmepumpenkreislaufs 10 kann dadurch abnehmen.
  • Folglich ist die feste Drossel 17 in der vorliegenden Ausführungsform derart aufgebaut, dass die Größe X von Kältemittel strömungsaufwärtig von der festen Drossel 17 ungeachtet der Änderung der notwendigen Strömungsmenge von in dem Wärmepumpenkreislauf 10 zirkulierendem Kältemittel aufgrund der Laständerung des Wärmepumpenkreislaufs 10 in der Heizbetriebsart immer kleiner oder gleich als 0,1 festgelegt ist. Das heißt, wenn eine Kältemittelzirkulationsrate und die Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite der festen Drossel 17 aufgrund der Laständerung des Wärmepumpenkreislaufs 10 innerhalb eines erwarteten Bereichs geändert werden, wird die Größe X des Kältemittels strömungsaufwärtig von der festen Drossel 17 eingestellt, so dass sie kleiner oder gleich 0,1 ist. Als ein Ergebnis kann der COP des Wärmepumpenkreislaufs 10 verbessert werden.
  • Der Flüssigkeitsauslasskanal 14d des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 ist ferner mit einem Umleitungsdurchgang 18 verbunden, durch den aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 strömendes flüssiges Kältemittel die feste Drossel 17 umgeht und in Richtung des Außenwärmetauschers 20 geleitet wird. Ein zweites Öffnungs-Schließventil 16b (niederdruckseitiges Öffnungs-Schließventil) ist in dem Umleitungsdurchgang 18 bereitgestellt. Das zweite Öffnungs-Schließventil 16b ist ein elektromagnetisches Ventil, dessen grundlegende Struktur äquivalent zu einer grundlegenden Struktur des ersten Öffnungs-Schließventils 16a ist. Ein Betrieb des zweiten Öffnungs-Schließventils 16b wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimaanlagensteuerung 40 ausgegeben wird.
  • Ein Druckabfall, der erzeugt wird, wenn Kältemittel durch das zweite Öffnungs-Schließventil 16b strömt, ist extrem niedriger als ein Druckabfall, der erzeugt wird, wenn Kältemittel durch die feste Drossel 17 strömt. Wenn folglich das zweite Öffnungs-Schließventil 16b offen ist, strömt Kältemittel aus dem Innenkondensator 12 durch den Umleitungsdurchgang 18 in den Außenwärmetauscher 20. Wenn andererseits das zweite Öffnungs-Schließventil 16b geschlossen ist, strömt Kältemittel aus dem Innenkondensator 12 durch die feste Drossel 17 in den Außenwärmetauscher 20.
  • Folglich kann das zweite Öffnungs-Schließventil 16b bewirken, dass der Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10 umgeschaltet wird. Daher wird das zweite Öffnungs-Schließventil 16b der vorliegenden Ausführungsform zusammen mit dem ersten Öffnungs-Schließventil 16a als ein Beispiel für den Kältemittelkreis-Umschaltabschnitt verwendet.
  • Ein elektrisches Dreiwegeventil kann als ein derartiger Kältemittelkreis-Umschaltabschnitt (16b) verwendet werden, der zwischen einem Kältemittelkreis, der eine Auslassseite des Flüssigkeitsausströmungskanals 14d des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 mit der Einlassseite der festen Drossel 17 verbindet, und einem Kältemittelkreis, der die Auslassseite des Flüssigkeitsausströmungskanals 14d des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 4 mit einer Einlassseite des Umleitungsdurchgangs 18 verbindet, umschaltet.
  • Der Außenwärmetauscher 20 ist in der Motorhaube des Fahrzeugs angeordnet, und durch den Außenwärmetauscher 20 strömendes Kältemittel tauscht Wärme mit von einem Gebläseventilator 21 geblasener Außenluft aus. Der Außenwärmetauscher 20 wirkt als ein Verdampfer, in dem Niederdruckkältemittel verdampft und der seine Wärmeaufnahmewirkung in der Heizbetriebsart ausübt, und wirkt auch als ein Strahler, in dem Hochdruckkältemittel in der Kühlbetriebsart oder ähnlichem Wärme abstrahlt.
  • Eine Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 ist mit einer Kältemitteleinlassseite eines zweiten Expansionsventils 22 (Kühlexpansionsventil) verbunden, das Kältemittel dekomprimiert, das in der Kühlbetriebsart oder ähnlichem von dem Außenwärmetauscher 20 zu dem Innenverdampfer 23 strömt. Eine grundlegende Struktur des zweiten Expansionsventils 22 ist ähnlich der des ersten Expansionsventils 13, und ein Betrieb des zweiten Expansionsventils 22 wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
  • Eine Auslassseite des zweiten Expansionsventils 22 ist mit einer Kältemitteleinlassseite des Innenverdampfers 23 verbunden. Der Innenverdampfer 23 ist in einer Luftströmungsrichtung in dem Gehäuse 31 der Klimatisierungseinheit 30 strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet. Der Innenverdampfer 23 wird als ein Beispiel für einen Verdampfer verwendet, der Luft unter Nutzung einer Wärmeaufnahmewirkung kühlt, die durch die Verdampfung von Kältemittel bewirkt wird, das in der Kühlbetriebsart, der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart oder ähnlichem durch den Innenverdampfer 23 strömt.
  • Eine Kältemittelauslassseite des Innenverdampfers 23 ist mit einer Einlassseite eines Akkumulators 24 verbunden. Der Akkumulator 24 ist ein niederdruckseitiger Gas-Flüssigkeitsabscheider, der Kältemittel in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abscheidet und überschüssiges Kältemittel darin akkumuliert. Ein Auslass des Akkumulators 24, durch den das Gaskältemittel aus dem Akkumulator 24 strömt, ist mit dem Ansaugkanal 11a des Kompressors 11 verbunden. Der Innenverdampfer 23 ist über den Akkumulator 24 mit dem Ansaugkanal 11a des Kompressors 11 verbunden, so dass das Kältemittel von dem Innenverdampfer 23 durch den Akkumulator 24 zu dem Ansaugkanal 11a des Kompressors 11 strömt.
  • Die Kältemittelauslassseite des Außenwärmetauschers 20 ist ferner mit einem Umleitungsdurchgang 25 verbunden, durch den aus dem Außenwärmetauscher 20 strömendes Kältemittel das zweite Expansionsventil 22 und den Innenverdampfer 23 umgeht, um in Richtung der Einlassseite des Akkumulators 24 geleitet zu werden. Ein drittes Öffnungs-Schließventil 16c (Kühlöffnungs-Schließventil) ist in dem Umleitungsdurchgang 25 bereitgestellt, um den Umleitungsdurchgang 25 zu öffnen oder zu schließen.
  • Eine grundlegende Struktur des dritten Öffnungs-Schließventils 16c ist ähnlich der des zweiten Öffnungs-Schließventils 16b, und ein Betrieb des dritten Öffnungs-Schließventils 16c wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird. Ein Druckabfall, der erzeugt wird, wenn Kältemittel durch das dritte Öffnungs-Schließventil 16c strömt, ist extrem niedriger als ein Druckabfall, der erzeugt wird, wenn Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 22 strömt.
  • Wenn folglich das dritte Öffnungs-Schließventil 16c offen ist, strömt aus dem Außenwärmetauscher 20 strömendes Kältemittel über den Umleitungsdurchgang 25 in den Akkumulator 24. In diesem Fall kann das zweite Expansionsventil 22 ganz offen sein.
  • Wenn das dritte Öffnungs-Schließventil 16c geschlossen ist, strömt aus dem Außenwärmetauscher 20 strömendes Kältemittel über das zweite Expansionsventil 22 in den Innenverdampfer 23. Daher kann das dritte Öffnungs-Schließventil 16c bewirken, dass der Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10 umgeschaltet wird, und das dritte Öffnungs-Schließventil 16c wird zusammen mit den ersten und zweiten Öffnungs-Schließventilen 16a, 16b als ein Beispiel für den Kältemittelkreis-Umschaltabschnitt verwendet.
  • Als nächstes wird die Klimatisierungseinheit 30 unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Die Klimatisierungseinheit 30 ist im Inneren einer Instrumententafel angeordnet, die an einem vorderen Endteil des Fahrzeugraums positioniert ist. Die Klimatisierungseinheit 30 umfasst das Gehäuse 31, das eine Außenschale der Klimatisierungseinheit 30 bildet und darin einen Luftdurchgang definiert, durch den Luft in Richtung des Fahrzeugraums geblasen wird. In dem Luftdurchgang sind zum Beispiel ein Gebläse 32, der Innenkondensator 12 und der Innenverdampfer 32 untergeberacht.
  • Das Gehäuse 31 bringt eine Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 unter, und die Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 befindet sich in einem strömungsaufwärtigen Endteil des Gehäuses 31. Die Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 wird verwendet, um wahlweise Innenluft (REC) (d. h. Luft im Inneren des Fahrzeugraums) oder/und Außenluft (FRS) in das Gehäuse 31 einzuleiten. Insbesondere stellt die Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 eine Öffnungsfläche eines Innenluftkanals, durch den Innenluft eingeleitet wird, und eine Öffnungsfläche eines Außenluftkanals, durch den Außenluft eingeleitet wird, unter Verwendung einer Innen/Außenluft-Umschaltklappe kontinuierlich ein. Folglich ändert die Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge der Innenluft und einer Strömungsmenge der Außenluft kontinuierlich.
  • Das Gebläse 32 ist in der Luftströmungsrichtung strömungsabwärtig von der Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 angeordnet, und das Gebläse 32 bläst Luft, die über die Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 eingeleitet wurde, in Richtung des Fahrzeugraums. Das Gebläse 32 ist ein elektrisches Gebläse, das einen Vielflügel-Zentrifugalventilator (Sirocco-Ventilator) unter Verwendung eines Elektromotors antreibt, und eine Drehzahl (Luftblasmenge) des Gebläses 32 wird durch eine Steuerspannung gesteuert, die von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
  • Der Innenverdampfer 23, eine PTC-Heizung 50 (elektrische Heizung) und der Innenkondensator 12 sind in der Luftströmungsrichtung strömungsabwärtig von dem Gebläse 32 in der folgenden Reihenfolge angeordnet: der Innenverdampfer 23 -> die PTC-Heizung 50 -> der Innenkondensator 12. Mit anderen Worten ist der Innenverdampfer 23 in der Luftströmungsrichtung strömungsauwärtig von der PTC-Heizung 50 angeordnet, und die PTC-Heizung 50 ist in der Luftströmungsrichtung strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet.
  • Die PTC-Heizung 50 wird als ein Beispiel für eine Hilfsheizung verwendet, die Luft heizt, um einen Kapazitätsmangel des Innenkondensators 12 zum Heizen von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, zu kompensieren. Insbesondere umfasst die PTC-Heizung 50 ein Element mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Element), und das PTC-Element erhält eine elektrische Leistungsversorgung von der Klimatisierungssteuerung 40, um Wärme zu erzeugen, wodurch Luft geheizt wird, die in den Innenkondensator 12 strömen soll. Eine Wärmeerzeugungsmenge der PTC-Heizung 50 wird gemäß der Zunahme der zugeführten elektrischen Leistung erhöht.
  • Die Klimatisierungssteuerung 40 der vorliegenden Ausführungsform ist fähig, eine Betriebsart der PTC-Heizung 50 umzuschalten. Die Betriebsart der PTC-Heizung 50 umfasst eine Hoch-Betriebsart, in der die PTC-Heizung 50 elektrische Leistung mit einer hohen Spannung (z. B. 12 V) von der Klimatisierungssteuerung 40 erhält, um eine große Wärmemenge auszugeben, und eine Niedrig-Betriebsart, in der die PTC-Heizung 50 elektrische Leistung mit einer niedrigen Spannung (z. B. 6 V) von der Klimatisierungssteuerung 40 erhält, um eine kleine Wärmemenge auszugeben, und eine Aus-Betriebsart, in der die PTC-Heizung 50 nicht mit Energie gespeist wird.
  • Hier wird eine Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Erfinder hat einen Fall untersucht, in dem eine PTC-Heizung eingerichtet ist, um Luft zu heizen, die in dem Innenkondensator 12 geheizt wurde. Mit anderen Worten ist die PTC-Heizung strömungsabwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet, anstatt, dass die PTC-Heizung strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet ist. Dann wird Luft unter Nutzung von Heizkapazitäten sowohl des Innenkondensators 12 als auch der PTC-Heizung auf eine Zieltemperatur geheizt.
  • Wenn in diesem Fall die Heizkapazität des Innenkondensators 12 am kleinsten ist, ist eine notwendige Heizkapazität (größte Heizkapazität) der PTC-Heizung zum Heizen der Luft auf die Zieltemperatur ungefähr 2 kW. Mit anderen Worten ist es notwendig, dass die PTC-Heizung Wärme mit 2 kW ausgibt, wenn die PTC-Heizung zum Beispiel mit einer Nennspannung von 12 V mit Energie gespeist wird. Auf die größte Heizkapazität der PTC-Heizung wird hier nachstehend als eine Standardheizkapazität Bezug genommen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform hat die PTC-Heizung 50 eine niedrigere Luftheizkapazität als die Standardheizkapazität. Zum Beispiel erzeugt die PTC-Heizung 50 Wärme mit ungefähr 800 W, was kleiner oder gleich einer Hälfte der Standardheizkapazität ist, wenn die PTC-Heizung 50 mit Energie mit einer Nennspannung von 12 V gespeist wird.
  • In dem Gehäuse 31 ist ein Umleitungsdurchgang 35 bereitgestellt, durch den Luft, die den Innenverdampfer 23 durchlaufen hat, den Innenkondensator 12 und die PTC-Heizung 50 umgeht, und eine Luftmischkappe 34 ist in der Luftströmungsrichtung strömungsabwärtig von dem Innenverdampfer 23 und strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet.
  • Die Luftmischklappe 34 der vorliegenden Ausführungsform stellt ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge von Luft, die die PTC-Heizung 50 und den Innenkondensator 12 durchläuft, und einer Luftströmungsmenge, die den Umleitungsdurchgang 35 durchläuft, ein. Folglich wird die Luftmischklappe 34 als ein Beispiel für einen Strömungsmengeneinstellabschnitt verwendet, der eine Luftströmung (Luftmenge), die in den Innenkondensator 12 strömt, einstellt, und wird auch als ein Beispiel für einen Wärmeaustauschkapazitäts-Einstellabschnitt verwendet, der eine Wärmeaustauschkapazität des Innenkondensators 12 einstellt.
  • Ein Mischraum 36 ist in der Luftströmungsrichtung strömungsabwärtig von dem Innenkondensator 12 und dem Umleitungsluftdurchgang 35 in dem Gehäuse 31 bereitgestellt. Geheizte Luft, die Wärme mit Kältemittel in dem Innenkondensator 12 ausgetauscht hat, und ungeheizte Luft, die den Umleitungsluftdurchgang 35 durchlaufen hat, werden in dem Mischraum 36 miteinander vermischt. Der Mischraum 36 wird als eine Luftmischkammer verwendet, in der geheizte Luft (Warmluft) und ungeheizte Luft (Kaltluft) miteinander vermischt werden.
  • Folglich stellt die Luftmischklappe 34 das Verhältnis zwischen der Strömungsmenge von Luft, die den Innenkondensator 12 durchläuft, und der Strömungsmenge von Luft, die den Umleitungsdurchgang 35 durchläuft, derart ein, dass eine Temperatur von Luft in dem Mischraum 36 eingestellt wird. Die Luftmischklappe 34 wird von einem Servomotor angetrieben, und ein Betrieb des Servomotors wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
  • Ein in der Luftströmungsrichtung strömungsabwärtiger Teil des Gehäuses 31 hat Luftauslassöffnungen, durch die in dem Mischraum 36 klimatisierte Luft in Richtung des Fahrzeugraums ausgeblasen wird, und der Fahrzeugraum ist der Raum (Klimatisierungsraum), der klimatisiert werden soll. Die Luftauslassöffnungen umfassen eine Entfrosteröffnung 37a, durch die klimatisierte Luft in Richtung einer Innenoberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs geblasen wird, eine Gesichtsöffnung 37b, durch die klimatisierte Luft in Richtung eines oberen Teils eines Fahrgasts in dem Fahrzeugraum geblasen wird, und Fußöffnungen 37c, durch die klimatisierte Luft in Richtung eines Fußbereichs des Fahrgasts geblasen wird.
  • Eine Entfrosterklappe 38a, eine Gesichtsklappe 38b und eine Fußklappe 38c sind jeweils in der Luftströmungsrichtung strömungsaufwärtig von der Entfrosteröffnung 37a, der Gesichtsöffnung 37b und der Fußöffnung 37c angeordnet. Die Entfrosterklappe 38a, die Gesichtsklappe 38b und die Fußklappe 38c stellen jeweils Öffnungsflächen der Entfrosteröffnung 37a, der Gesichtsöffnung 37b und der Fußöffnung 37c ein.
  • Die Entfrosterklappe 38a, die Gesichtsklappe 38b und die Fußklappe 38c öffnen oder schließen ihre Öffnungen 37a, 37b, 37c jeweils, wobei sie als Beispiele für einen Luftauslassbetriebsart-Umschaltabschnitt verwendet werden, der eine Luftauslassbetriebsart umschaltet. Diese drei Klappen 38a, 38b, 38c werden von einem Servomotor über einen Verbindungsmechanismus oder ähnliches angetrieben, wobei ein Betrieb des Servomotors durch ein Steuersignal gesteuert wird, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
  • In der Luftströmungsrichtung strömungsabwärtige Seiten der Entfrosteröffnung 37a, der Gesichtsöffnung 37b und der Fußöffnung 37c sind jeweils durch Luftdurchgänge von Kanälen mit einem Entfrosterluftauslass, einem Gesichtsluftauslass und einem Fußluftauslass verbunden. Der Entfrosterluftauslass, der Gesichtsluftauslass und der Fußluftauslass sind in dem Fahrzeugraum bereitgestellt.
  • Die Luftauslassbetriebsart umfasst eine Gesichtsbetriebsart, in der die Gesichtsöffnung 37b ganz offen ist, so dass klimatisierte Luft aus dem Gesichtsluftauslass in Richtung des oberen Teils des Fahrgasts in dem Fahrzeugraum geblasen wird, eine Zweihöhenbetriebsart, in der sowohl die Gesichtsöffnung 37b als auch die Fußöffnung 37c offen sind, so dass klimatisierte Luft in Richtung des oberen Teils und des Fußbereichs des Fahrgasts geblasen wird, und eine Fußbetriebsart, in der die Fußöffnung 37c ganz offen ist und die Entfrosteröffnung 37a ein wenig offen ist, so dass klimatisierte Luft hauptsächlich aus dem Fußluftauslass geblasen wird.
  • Als nächstes wird ein elektrischer Steuerabschnitt der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Klimatisierungssteuerung 40 umfasst einen bekannten Mikrocomputer und seine periphere Schaltung, und der Mikrocomputer umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Direktzugriffspeicher (RAM). Die Klimatisierungssteuerung 40 führt basierend auf einem in dem ROM gespeicherten Klimatisierungsprogramm verschiedene Berechnungen und Verfahren durch und steuert Betriebe verschiedener Klimatisierungskomponenten (z. B. des Kompressors 11, der Öffnungs-Schließventile 16a, 16b, 16c, des Gebläses 32 und der PTC-Heizung 50), die mit einer Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 verbunden sind.
  • Eine Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 ist mit einer Sensorgruppe 41 mit verschiedenen Klimatisierungssensoren verbunden. Die Sensorgruppe 41 umfasst einen Innenluftsensor, der eine Temperatur im Inneren des Fahrzeugraums erfasst, einen Außenluftsensor, der eine Temperatur von Außenluft erfasst, einen Sonnenstrahlungssensor, der eine Sonnenstrahlungsmenge erfasst, die in den Fahrzeugraum eintritt, einen Verdampfertemperatursensor, der eine Temperatur (Temperatur des Innenverdampfers 23) von Luft, die aus dem Innenverdampfer 23 strömt, erfasst, einen Ausstoßdrucksensor, der einen Druck von Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, erfasst, einen Kondensatortemperatursensor, der eine Temperatur von Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, erfasst, und einen Einlassdrucksensor, der einen Druck von in den Kompressor 11 gesaugtem Kältemittel erfasst.
  • Die Eingangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 ist ferner mit einem (nicht gezeigten) Bedienfeld verbunden, das in der Instrumententafel an dem vorderen Endteil des Fahrzeugraums angeordnet ist, und Steuersignale von verschiedenen Klimatisierungsschaltern, die auf dem Steuerfeld bereitgestellt sind, werden in die Klimatisierungssteuerung 40 eingegeben. Die verschiedenen Klimatisierungsschalter des Bedienfelds umfassen einen Aktivierungsschalter der Fahrzeugklimaanlage 1, einen Temperaturfestlegungsschalter, der verwendet wird, um eine Temperatur im Inneren des Fahrzeugraums festzulegen, und einen Betriebsartauswahlschalter, der verwendet wird, um die Klimatisierungsbetriebsart aus der Kühlbetriebsart, der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart und der Heizbetriebsart auszuwählen.
  • Die Klimatisierungssteuerung 40 ist ferner mit einer nicht gezeigten Batterie verbunden, die eine Nennspannung von 12 V ausgibt, und die Batterie liefert elektrische Leistung an die Klimatisierungssteuerung 40. Die Klimatisierungssteuerung 40 ist fähig, die zugeführte elektrische Leistung zu transformieren, und liefert dadurch die transformierte elektrische Leistung an die verschiedenen Klimatisierungskomponenten, wie etwa die PTC-Heizung 50.
  • Die Klimatisierungssteuerung 40 umfasst integral Steuerabschnitte (Hardware und Software), die jeweils Betriebe der verschiedenen Klimatisierungskomponenten steuern, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 verbunden sind.
  • Zum Beispiel umfassen die Steuerabschnitte in der vorliegenden Ausführungsform einen Ausstoßkapazitätssteuerabschnitt, der einen Betrieb des Elektromotors des Kompressors 11 steuert, einen Kältemittelkreissteuerabschnitt, der Betriebe der Öffnungs-Schließventile 16a, 16b, 16c steuert, die als Beispiele des Kältemittelkreis-Umschaltabschnitts verwendet werden, und einen Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a, der als ein Beispiel für einen Heizkapazitäts-Einstellabschnitt verwendet wird, der die Luftheizkapazität der Hilfsheizung (z. B. PTC-Heizung 50) einstellt, indem er eine elektrische Energie einstellt, die an die Hilfsheizung geliefert wird. Der Ausstoßkapazitätssteuerabschnitt, der Kältemittelkreissteuerabschnitt und der Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a können getrennt von der Klimatisierungssteuerung 40 bereitgestellt werden.
  • Als nächstes wird ein Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform unter Bezug auf 4 bis 9 beschrieben. Ein Steuerverfahren des Betriebs der Klimatisierungssteuerung 1, das in 4 gezeigt ist, beginnt, wenn der Aktivierungsschalter der Fahrzeugklimaanlage 1 EIN-geschaltet wird. Jeder Steuerschritt der in den Zeichnungen gezeigten Flussdiagramme bildet jeden einer Vielfalt an Funktionsausführungsabschnitten, den die Klimatisierungssteuerung 40 umfasst.
  • Bei Schritt S1 führt die Klimatisierungssteuerung 40 Initialisierungen (Initialisierungsverfahren) einer Markierung, eines Zeitschalters, von Vorgabepositionen der vorstehend beschriebenen verschiedenen elektrischen Aktuatoren und ähnlicher durch und führt dann einen Steuerbetrieb von Schritt S2 durch. In dem Initialisierungsverfahren von Schritt S1 werden einige der am Ende des letzten Betriebs der Fahrzeugklimaanlage 1 gespeicherten Markierungen und Berechnungswerte beibehalten.
  • Bei Schritt S2 liest die Klimatisierungssteuerung 40 Steuersignale von dem Bedienfeld, wie etwa eine voreingestellte Temperatur Tsoll des Fahrzeugraums, die von dem Temperaturfestlegungsschalter festgelegt wird, und eine Klimatisierungsbetriebsart, die von dem Betriebsartauswahlschalter ausgewählt wird, ein. Anschließend wird ein Steuerbetrieb von Schritt S3 durchgeführt. Bei Schritt S3 liest die Klimatisierungssteuerung 40 Signale der Fahrzeugumgebungsbedingungen ein, die zur Durchführung einer Klimatisierungssteuerung verwendet werden. Mit anderen Worten liest die Klimatisierungssteuerung 40 Erfassungssignale von der Sensorgruppe 41 ein, um die Klimatisierungssteuerung durchzuführen. Dann führt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Steuerbetrieb von Schritt S4 durch.
  • Bei Schritt S4 berechnet die Klimatisierungssteuerung 40 eine Zielauslasstemperatur TAO (Zieltemperatur) von Luft, die aus den Luftauslässen in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, und führt dann einen Steuerbetrieb von Schritt S5 durch. Insbesondere wird bei Schritt S4 die Zielauslasstemperatur TAO der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung der voreingestellten Temperatur Tsoll, einer von dem Innenluftsensor erfassten Innenlufttemperatur Tr des Fahrzeugraums, einer von dem Außenluftsensor erfassen Außenlufttemperatur Tam und einer von dem Sonnenstrahlungssensor erfassten Sonnenstrahlungsmenge Ts berechnet.
  • Bei Schritt S5 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 eine Luftblaskapazität (Luftblasmenge) des Gebläses 32 und führt dann einen Steuerungsbetrieb von Schritt S6 durch. Insbesondere wird bei Schritt S5 die Luftblasmenge (z. B. eine Gebläsemotorspannung, die an den Elektromotor des Gebläses 32) des Gebläses 32 unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherten Steuerkennfelds basierend auf der bei Schritt S4 bestimmten Zielauslasstemperatur TAO bestimmt.
  • Wenn in der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel die Zielauslasstemperatur TAO bei Schritt S4 in einem extrem niedrigen Temperaturbereich oder einem extrem hohen Temperaturbereich bestimmt wird, wird die Gebläsemotorspannung auf eine hohe Spannung um einen Höchstwert festgelegt, so dass die Luftblasmenge des Gebläses 32 derart gesteuert wird, dass sie um eine größte Luftblasmenge ist. Wenn die Zielauslasstemperatur TAO von dem extrem niedrigen Temperaturbereich in Richtung eines mittleren Temperaturbereichs erhöht wird, wird die Gebläsemotorspannung verringert, so dass die Luftblasmenge des Gebläses 32 gemäß der Zunahme der Zielauslasstemperatur TAO verringert wird.
  • Wenn die Zielauslasstemperatur TAO von dem extrem hohen Temperaturbereich in Richtung des mittleren Temperaturbereichs verringert wird, wird die Gebläsemotorspannung verringert, so dass die Luftblasmenge des Gebläses 32 gemäß der Verringerung der Zielauslasstemperatur TAO verringert wird. Wenn TAO als in dem mittleren Temperaturbereich bestimmt wird, wird die Gebläsemotorspannung auf einen niedrigsten Wert festgelegt, so dass die Luftblasmenge des Gebläses 32 die kleinste Menge wird.
  • Bei Schritt S6 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 die Klimatisierungsbetriebsart basierend auf einem Steuersignal, das von dem Betriebsartauswahlschalter des Bedienfelds eingegeben wird. Wenn durch den Betriebsartauswahlschalter die Kühlbetriebsart als die Klimatisierungsbetriebsart ausgewählt wird, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S7 durchgeführt. Wenn die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart als die Klimatisierungsbetriebsart ausgewählt wird, wird der Steuerbetrieb von Schritt S8 durchgeführt. Wenn die Heizbetriebsart als die Klimatisierungsbetriebsart ausgewählt wird, wird ein Steuerverfahren von Schritt S9 durchgeführt.
  • Bei den Schritten S7 bis S9 werden die Steuerverfahren, die jeder Klimatisierungsbetriebsart entsprechen, durchgeführt, und dann wird ein Steuerbetrieb von Schritt S10 durchgeführt. Details der Steuerverfahren der Schritte S7 bis S9 werden später beschrieben.
  • Bei Schritt S10 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 eine Schaltbedingung (Lufteinlassbetriebsart) der Innen/Außenluft-Umschaltvorrichtung 33 und führt dann einen Steuerbetrieb von Schritt S11 durch. Bei Schritt S10 wird die Lufteinlassbetriebsart unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherten Steuerkennfelds basierend auf der Zielauslasstemperatur TAO bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird im Allgemeinen eine Luftauslassbetriebsart, in der hauptsächlich Außenluft in die Klimatisierungseinheit 30 eingeleitet wird, als die Lufteinlassbetriebsart bestimmt. Wenn jedoch die Zielauslasstemperatur TAO als innerhalb des extrem niedrigen Temperaturbereichs oder innerhalb des extrem hohen Temperaturbereichs bestimmt wird, mit anderen Worten, wenn eine hohe Kühlleistung oder hohe Heizleistung erforderlich ist, wird eine Innenluftbetriebsart als die Lufteinlassbetriebsart ausgewählt, in der hauptsächlich Innenluft in die Klimatisierungseinheit 30 eingeleitet wird.
  • Bei Schritt S11 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 die Luftauslassbetriebsart und führt dann einen Steuerbetrieb von Schritt S12 durch. Bei Schritt S11 wird die Luftauslassbetriebsart unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherten Steuerkennfelds basierend auf der Zielauslasstemperatur TAO bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Luftauslassbetriebsart gemäß der Änderung der Zielauslasstemperatur TAO von einem hohen Temperaturbereich zu einem niedrigen Temperaturbereich in der folgenden Reihenfolge umgeschaltet: die Fußbetriebsart -> die Zweihöhenbetriebsart -> die Gesichtsbetriebsart.
  • Bei Schritt S12 gibt die Klimatisierungssteuerung 40 Steuersignale und Steuerspannungen an die verschiedenen Klimatisierungskomponenten aus, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 verbunden sind, um gesteuert zu werden, so dass in den Schritten S6 bis S11 bestimmte Steuerzustände erreicht werden. Bei Schritt S13 wartet die Klimatisierungssteuerung 40 eine Steuerperiode τ lang. Die Klimatisierungssteuerung 40 bestimmt den Ablauf der Steuerperiode τ und führt dann den Steuerbetrieb von Schritt S2 durch.
  • In der in 4 gezeigten Steuerroutine wiederholt die Klimatisierungssteuerung 40 die vorstehend beschriebenen Steuerbetriebe: Lesen von Erfassungssignalen und Steuersignalen -> Bestimmung der Steuerzustände der verschiedenen gesteuerten Komponenten -> Ausgabe von Steuersignalen und Steuerspannungen an die verschiedenen gesteuerten Komponenten. Die Steuerroutine wird durchgeführt, bis erforderlich ist, dass der Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 gestoppt wird, indem zum Beispiel der Aktivierungsschalter AUS-geschaltet wird. Als nächstes werden Details der bei den Schritten S7 bis S9 durchgeführten Klimatisierungsbetriebsarten beschrieben.
  • (a) Kühlbetriebsart
  • Die bei Schritt S7 durchgeführte Kühlbetriebsart wird beschrieben. In der Kühlbetriebsart öffnet die Klimatisierungssteuerung 40 das erste Expansionsventil 13 ganz und bringt das zweite Expansionsventil 22 in einen Dekompressionszustand, in dem sein Öffnungsgrad verringert ist und seine Dekompressionswirkung ausgeübt wird. Außerdem schließt die Klimatisierungssteuerung 40 die ersten und dritten Öffnungs-Schließventile 16a, 16c und öffnet das zweite Öffnungs-Schließventil 16b.
  • Wenn die Klimatisierungssteuerung 40 folglich in dem in 4 gezeigten Schritt S12 Steuersignale und Steuerspannungen an die verschiedenen gesteuerten Komponenten ausgibt, wird der Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10, wie durch durchgezogene Pfeile in 1 gezeigt, bereitgestellt. In diesem Kreislaufaufbau der Kühlbetriebsart bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 Betriebszustände der verschiedenen Klimatisierungskomponenten, die mit der Ausgangsseite der Klimatisierungssteuerung 40 verbunden sind, basierend auf der bei Schritt S4 bestimmten Zielauslasstemperatur TAO und von der Sensorgruppe 41 eingegebenen Erfassungssignalen.
  • Zum Beispiel wird eine Drehzahl Nc des Kompressors 11 (d. h. Steuersignal, das an den Elektromotor des Kompressors 11 ausgegeben wird) wie folgt bestimmt. Zuerst wird eine Zielverdampfertemperatur TEO des Innenverdampfers 23 unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherten Steuerkennfelds auf der Basis der Zielauslasstemperatur TAO bestimmt. Die Zielverdampfertemperatur TEO wird derart bestimmt, dass sie größer oder gleich einer vorgegebenen Temperatur (z. B. 1°C) ist, die höher als eine Frostbildungstemperatur (d. h. 0°C) ist, um zu verhindern, dass der Innenverdampfer 23 Frost bildet.
  • Und dann wird die Drehzahl basierend auf einer Abweichung zwischen der Zielverdampfertemperatur TEO und einer von dem Verdampfertemperatursensor erfassten Temperatur von Luft, die aus dem Innenverdampfer 23 strömt, durch eine Rückkopplungssteuerung derart bestimmt, dass die Temperatur von Luft, die aus dem Innenverdampfer 23 strömt, sich der Zielverdampfertemperatur TEO nähert.
  • Ein von dem zweiten Expansionsventil 22 ausgegebenes Steuersignal wird derart bestimmt, dass ein Unterkühlungsgerad von Kältemittel, das in das zweite Expansionsventil 22 strömt, sich einem vorgegebenen Zielunterkühlungsgrad nähert. Der Zielunterkühlungsgrad wird derart bestimmt, dass der COP sich ungefähr einem größten Wert nähert. Ein Steuersignal, das an den Servomotor der Luftmischklappe 34 ausgegeben wird, wird derart bestimmt, dass die Luftmischklappe 34 einen Luftdurchgang des Innenkondensators 12 schließt, und so dass eine gesamte Menge von Luft, die aus dem Innenverdampfer 23 strömt, in den Umleitungsluftdurchgang 35 strömt.
  • Die vorstehend beschriebene Steuerroutine, wie etwa das Lesen von Erfassungssignalen und Steuersignalen -> das Berechnen der Zielauslasstemperatur TAO -> das Bestimmen der Betriebsbedingungen der verschiedenen Klimatisierungskomponenten -> das Ausgeben von Steuerspannungen und Steuersignalen, wird wiederholt, bis die Klimatisierungsbetriebsart bei dem in 4 gezeigten Schritt S6 auf die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart oder auf die Heizbetriebsart umgeschaltet wird, oder bis erforderlich ist, dass die Fahrzeugklimaanlage 1 zum Beispiel durch ein Steuersignal von dem Bedienfeld gestoppt wird.
  • In der Kühlbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufs 10 strömt von dem Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 ausgestoßenes Hochdruckkältemittel in den Innenkondensator 12. Da die Luftmischklappe 34 den Luftdurchgang des Innenkondensators 12 schließt, strömt das Hochdruckkältemittel durch den Innenkondensator 12, wobei es wenig Wärme abstrahlt.
  • Das Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, strömt in der folgenden Reihenfolge: das erste Expansionsventil 13 -> der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 -> das zweite Öffnungs-Schließventil 16b, und strömt dann in den Außenwärmetauscher 20. Da das erste Expansionsventil 13 ganz offen ist, strömt das aus dem Innenkondensator 12 strömende Hochdruckkältemittel mit wenig Dekompression durch das erste Expansionsventil 13. Anschließend strömt das aus dem ersten Expansionsventil 13 strömende Kältemittel von dem Zuströmungskanal 14b des Gas-Flüssigkeitsabscheiders 14 in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14.
  • Hier ist das in den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 strömende Kältemittel in einem Gaszustand, weil das Kältemittel wenig Wärme mit Luft in dem Innenkondensator 12 ausgetauscht hat. Folglich strömt das Gaskältemittel ohne Gas-Flüssigkeitsabscheidung in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 aus dem Flüssigkeitsausströmungskanal 14d. Überdies wird das erste Öffnungs-Schließventil 16a geschlossen, so dass das Gaskältemittel nicht aus dem Gasausströmungskanal 14c strömt.
  • Das aus dem Flüssigkeitsausströmungskanal 14d strömende Hochdruckgaskältemittel strömt über den Umleitungsdurchgang 18, ohne in die feste Drossel 17 zu strömen, in den Außenwärmetauscher 20, weil das zweite Öffnungs-Schließventil 16b offen ist. Das Hochdruckkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, strahlt durch den Wärmeaustausch mit Außenluft, die von dem Gebläseventilator 21 geblasen wird, Wärme ab und kondensiert dadurch.
  • Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel strömt in das zweite Expansionsventil 22, das in dem Dekompressionszustand ist, weil das dritte Öffnungs-Schließventil 16c geschlossen ist. Dann wird das in das zweite Expansionsventil 22 strömende Kältemittel durch isenthalpe Expansion und Dekompression zu einem Niederdruckkältemittel. Das in dem zweiten Expansionsventil 22 strömende dekomprimierte Niederdruckkältemittel strömt in den Innenverdampfer 23, um Wärme aus Luft, die von dem Gebläse 32 geblasen wird, aufzunehmen und zu verdampfen. Folglich wird die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, gekühlt.
  • Das aus dem Innenverdampfer 23 strömende Kältemittel wird in dem Akkumulator 24 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel 24 abgeschieden. Das Gaskältemittel wird von dem Saugkanal 11a in den Kompressor 11 gesaugt und wird durch den niedrigerstufigen Kompressionsmechanismus und dann durch den höherstufigen Kompressionsmechanismus erneut komprimiert. Da die Luftmischklappe 34 in der Kühlbetriebsart, wie vorstehend beschrieben, den Luftdurchgang des Innenkondensators 12 schließt, kann von dem Innenverdampfer 23 gekühlte geblasene Luft in den Fahrzeugraum geblasen werden, wobei die Luft in einem kühlen Zustand gehalten wird. Mit anderen Worten kann die durch den Innenverdampfer 23 gekühlte Luft in den Fahrzeugraum geblasen werden, ohne den Innenkondensator 12 zu durchlaufen. Folglich kann das Kühlen des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
  • (b) Entfeuchtungs-Heizbetriebsart
  • Details der bei Schritt S8 durchgeführten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart werden beschrieben. In der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart bringt die Klimatisierungssteuerung 40 das erste Expansionsventil 13 in den ganz offenen Zustand oder in den Dekompressionszustand und bringt das zweite Expansionsventil 22 in einen ganz offenen Zustand oder in den Dekompressionszustand. Überdies schließt die Klimatisierungssteuerung 40 die ersten und dritten Öffnungs-Schließventile 16a, 16c und öffnet das zweite Öffnungs-Schließventil 16b. Daher wird ein Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10, der durch die durchgezogenen Pfeile in 1 gezeigt ist, der ähnlich dem Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10 in der Kühlbetriebsart ist, bereitgestellt.
  • Außerdem bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 ein Steuersignal, das an den Servomotor der Luftmischklappe 34 ausgegeben werden soll, so dass ein Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 am kleinsten festgelegt wird, um den Umleitungsdurchgang 35 zu schließen. Folglich strömt eine gesamte Strömungsmenge von Luft, die den Innenverdampfer 23 durchlaufen hat, durch den Innenkondensator 12. Jedoch kann der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 34 selbst in der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart basierend auf der Zielauslasstemperatur TAO eingestellt werden.
  • Die Drehzahl Nc des Kompressors 11 wird derart bestimmt, dass der höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd zwischen dem Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 und der Einlassseite des ersten Expansionsventils 13 in dem Wärmepumpenkreislauf 10 sich durch eine Rückkopplungssteuerung oder ähnliches dem Zieldruck TPd nähert. Der Zieldruck TPd wird unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherten Steuerkennfelds basierend auf der Zielauslasstemperatur TAO derart bestimmt, dass die Temperatur von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, die Zielauslasstemperatur TAO wird.
  • In der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform werden Öffnungsgrade der ersten und zweiten Expansionsventile 13, 22 abhängig von einer Temperaturdifferenz zwischen der voreingestellten Temperatur Tsoll und der Außenlufttemperatur Tam geändert. Insbesondere umfasst die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart erste bis vierte Entfeuchtungs-Heizbetriebsarten, und abhängig von der Zielauslasstemperatur TAO wird in der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart eine der vier Entfeuchtungs-Heizbetriebsarten wird durchgeführt.
  • (b) (i) Erste Entfeuchtungs-Heizbetriebsart
  • Eine erste Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist ein Beispiel für die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart. In der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist das erste Expansionsventil 13 ganz offen und das zweite Expansionsventil 22 ist in einem Dekompressionszustand, so dass ein Kreislaufaufbau (Kältemittelkreis) der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ähnlich dem der Kühlbetriebsart ist. Die Luftmischklappe 34 wird derart eingestellt, dass der Luftdurchgang des Innenkondensators 12 ganz geöffnet wird.
  • Von dem Ausstoßkanal 11c des Kompressor 11 ausgestoßenes Hochdruckkältemittel strömt in den Innenkondensator 12. Dann strahlt das Hochdruckkältemittel Wärme ab und kondensiert durch den Wärmeaustausch mit Luft, die von dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde. Folglich wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, von dem Innenkondensator 12 geheizt.
  • Das aus dem Innenkondensator 12 strömende Kältemittel strömt in der folgenden Reihenfolge durch: das erste Expansionsventil 13 -> den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 -> das zweite Öffnungs-Schließventil 16b, und dann strömt das Kältemittel in den Außenwärmetauscher 20. Das Hochdruckkältemittel, das in den Wärmetauscher 20 strömt, strahlt Wärme ab und kondensiert durch den Wärmeaustausch mit Außenluft, die durch den Gebläseventilator 21 geblasen wird. Eine anschließende Kältemittelströmung und eine entsprechende Zustandsänderung des Kältemittels sind ähnlich denen der Kühlbetriebsart. Das heißt, die anderen Betriebszustände der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart sind ähnlich denen der Kühlbetriebsart.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann in der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart Luft, die in dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde, in dem Innenkondensator 12 geheizt werden und kann in den Fahrzeugraum geblasen werden. Folglich kann das Entfeuchten und Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
  • (b) (ii) Zweite Entfeuchtungs-Heizbetriebsart
  • Wenn die Zielauslasstemperatur TAO während des Betriebs der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart höher als eine erste Referenztemperatur wird, wird eine zweite Entfeuchtungs-Heizbetriebsart durchgeführt. Die zweite Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist ein anderes Beispiel für die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart. In der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist das erste Expansionsventil 13 in einem Dekompressionszustand, und das zweite Expansionsventil 22 ist in einem Dekompressionszustand, in dem der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 22 größer als der in der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist.
  • Ähnlich der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart strömt Hochdruckkältemittel, das von dem Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 ausgestoßen wird, in den Innenkondensator 12 und strahlt durch den Wärmeaustausch mit Luft, die in dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde, Wärme ab. Folglich wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in dem Innenkondensator 12 geheizt.
  • Das aus dem Innenkondensator 12 strömende Hochdruckkältemittel wird durch isenthalpe Dekompression in dem ersten Expansionsventil 13, das in einem Dekompressionszustand ist, zu Zwischendruckkältemittel. Das Zwischendruckkältemittel, das aus dem ersten Expansionsventil 13 strömt, strömt in einer folgenden Reihenfolge durch: den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 -> das zweite Öffnungs-Schließventil 16b, und dann strömt das Kältemittel in den Außenwärmetauscher 20. Das Zwischendruckkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, strahlt durch den Wärmeaustausch mit Außenluft, die von dem Gebläseventilator 21 geblasen wird, Wärme ab. Eine anschließende Kältemittelströmung und entsprechende Zustandsänderung des Kältemittels sind ähnlich denen der Kühlbetriebsart.
  • Wie vorstehend beschrieben kann in der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart Luft, die in dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde, in dem Innenkondensator 12 geheizt werden und kann ähnlich der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart in den Fahrzeugraum geblasen werden. Folglich kann das Entfeuchten und Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
  • Da das erste Expansionsventil 13 in der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart in dem Dekompressionszustand ist, kann eine Temperatur von Kältemittel, das den Außenwärmetauscher 20 durchläuft, relativ zu dem Fall der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart verringert werden. Folglich kann eine Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der Außenluft in dem Außenwärmetauscher 20 verringert werden, und eine Wärmestrahlungsmenge von Kältemittel in dem Außenwärmetauscher 20 kann dadurch verringert werden.
  • Als ein Ergebnis kann in der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart eine Wärmestrahlungsmenge von Kältemittel in dem Innenkondensator 12 erhöht werden, und die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 kann dadurch relativ zu dem Fall der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart verbessert werden.
  • (b) (iii) Dritte Entfeuchtungs-Heizbetriebsart
  • Wenn die Zielauslasstemperatur TAO während des Betriebs der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart höher als eine zweite Referenztemperatur wird, wird eine dritte Entfeuchtungs-Heizbetriebsart durchgeführt. Die dritte Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist ein anderes Beispiel für die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart. In der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart wird der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 derart eingestellt, dass er kleiner als der in der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist, und der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 22 wird derart eingestellt, dass er größer als in der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist.
  • Ähnlich den ersten und zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsarten strömt Hochdruckkältemittel, das von dem Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 ausgestoßen wird, in den Innenkondensator 12 und strahlt in der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart durch den Wärmeaustausch mit Luft, die in dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde, Wärme ab. Folglich wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in dem Innenkondensator 12 geheizt.
  • Das aus dem Innenkondensator 12 strömende Hochdruckkältemittel wird durch isenthalpe Dekompression des ersten Expansionsventils 13, das in dem Dekompressionszustand ist, zu Zwischendruckkältemittel. Das Zwischendruckkältemittel, das aus dem ersten Expansionsventil 13 strömt, strömt in der folgenden Reihenfolge durch: den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 -> das zweite Öffnungs-Schließventil 16b und dann strömt das Kältemittel in den Außenwärmetauscher 20. Hier wird der Zwischendruck derart festgelegt, dass die Temperatur des Zwischendruckkältemittels niedriger als die Temperatur der Außenluft wird.
  • Das Zwischendruckkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, nimmt durch den Wärmeaustausch mit Außenluft, die von dem Gebläseventilator 21 geblasen wird, Wärme auf und verdampft. Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel wird ohne eine Enthalpieänderung des Kältemittels von dem zweiten Expansionsventil 22 dekomprimiert und strömt dann in den Innenverdampfer 23. Eine anschließende Kältemittelströmung und entsprechende Zustandsänderung des Kältemittels sind ähnlich denen der Kühlbetriebsart.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann in der dritten Entfeuchtungs- und Heizbetriebsart Luft, die in dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde, in dem Innenkondensator 12 geheizt werden und kann ähnlich den ersten und zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsarten in den Fahrzeugraum geblasen werden. Folglich kann das Entfeuchten und Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
  • Da der Außenwärmetauscher 20 als ein Verdampfer verwendet wird, kann durch Verringern des Öffnungsgrads des ersten Expansionsventils 13 in der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart eine Wärmeaufnahmemenge von Kältemittel aus der Außenluft vergrößert werden. Folglich kann eine Wärmeabstrahlungsmenge von Kältemittel in dem Innenkondensator 12 vergrößert werden, und die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 kann dadurch relativ zu der zweiten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart verbessert werden.
  • (b) (iv) Vierte Entfeuchtungs-Heizbetriebsart
  • Wenn die Zielauslasstemperatur TAO während des Betriebs der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart höher als eine dritte Referenztemperatur wird, wird eine vierte Entfeuchtungs-Heizbetriebsart durchgeführt. Die vierte Entfeuchtung-Heizbetriebsart ist ein anderes Beispiel für die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart. In der vierten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart wird der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 derart eingestellt, dass er kleiner als in der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist, und der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 22 ist ganz offen.
  • Ähnlich den ersten bis dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsarten strömt Hochdruckkältemittel, das von dem Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 ausgestoßen wird, in den Innenkondensator 12 und strahlt durch den Wärmeaustausch mit Luft, die in dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde, Wärme ab. Folglich wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in dem Innenkondensator 12 geheizt.
  • Das aus dem Innenkondensator 12 strömende Kältemittel wird durch isenthalpe Dekompression in dem ersten Expansionsventil 13, das in dem Dekompressionszustand ist, zu Niederdruckkältemittel mit einer niedrigeren Temperatur als eine Außenlufttemperatur. Das aus dem ersten Expansionsventil 13 strömende Niederdruckkältemittel strömt in der folgenden Reihenfolge durch: den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 -> das zweite Öffnungs-Schließventil 16b, und dann strömt das Kältemittel in den Außenwärmetauscher 20.
  • Das Niederdruckkältemittel, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, nimmt durch den Wärmeaustausch mit Außenluft, die von dem Gebläseventilator 21 geblasen wird, Wärme auf und verdampft. Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel strömt ohne Dekompression in den Innenverdampfer 23, weil das zweite Expansionsventil 22 ganz offen ist. Eine anschließende Kältemittelströmung und entsprechende Zustandsänderung des Kältemittels sind ähnlich denen der Kühlbetriebsart.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann in der vierten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart Luft, die in dem Innenverdampfer 23 gekühlt und entfeuchtet wurde, in dem Innenkondensator 12 geheizt werden und kann ähnlich den ersten bis dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsarten in den Fahrzeugraum geblasen werden. Folglich kann das Entfeuchten und Heizen des Fahrzeugraums durchgeführt werden.
  • In der vierten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart wird der Außenwärmetauscher 20 ähnlich der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart als ein Verdampfer verwendet, und der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 ist kleiner als in der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart. Folglich kann eine Kältemittelverdampfungstemperatur in dem Außenwärmetauscher 20 verringert werden.
  • Daher kann die Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Außenluft in dem Außenwärmetauscher 20 vergrößert werden, und die Wärmeaufnahmemenge von Kältemittel aus der Außenluft kann relativ zu der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart vergrößert werden. Als ein Ergebnis kann die Wärmeabstrahlungsmenge von Kältemittel in dem Innenkondensator 12 vergrößert werden, und die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 kann dadurch relativ zu der dritten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart verbessert werden.
  • (c) Heizbetriebsart
  • Als nächstes werden Details des bei Schritt S9 durchgeführten Heizbetriebs unter Bezug auf 5 bis 9 beschrieben. Bei dem in 5 gezeigten Schritt S91 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 zum Beispiel Steuerzustände der Expansionsventils 13, 22, der Luftmischklappe 34 und des Kältemittelkreis-Umschaltabschnitts (16a, 16b, 16c).
  • Insbesondere wird der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 verringert, um Kältemittel zu dekomprimieren, und das zweite Expansionsventil 22 ist ganz geschlossen. Der Steuerzustand des Servomotors für die Luftmischklappe 34 wird derart bestimmt, dass die Luftmischklappe 34 betätigt wird, um den Umleitungsluftdurchgang, wie in 2 gezeigt, zu schließen. Außerdem sind die ersten und dritten Öffnungs-Schließventile 16a, 16c offen, und das zweite Öffnungs-Schließventil 16b ist geschlossen.
  • Wenn die Klimatisierungssteuerung 40 folglich bei dem in 4 gezeigten Schritt S12 Steuersignale und Steuerspannungen an die gesteuerten Komponenten ausgibt, wird ein Kältemittelkreis des Wärmepumpenkreislaufs 10, der durch durchgezogene Linien in 2 gezeigt ist, bereitgestellt.
  • Insbesondere wird der Wärmepumpenkreislauf 10 auf einen Gaseinspritzkreislauf (Sparkältemittelkreislauf) geschaltet. In diesem Kreislauf wird Kältemittel in Stufen durch zwei Kompressionsmechanismen, die der niedrigerstufige Kompressionsmechanismus und der höherstufige Kompressionsmechanismus des Kompressors 11 sind, komprimiert. Überdies wird Zwischendruckkältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10 mit Kältemittel kombiniert, das von dem niedrigerstufigen Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird, und das kombinierte Kältemittel wird in den höherstufigen Kompressionsmechanismus gesaugt.
  • Bei Schritt S92 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 den Zieldruck TPd des höherdruckseitigen Kältemitteldrucks Pd und führt dann einen Steuerbetrieb von Schritt S93 durch. Hier ist der höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd ein Druck zwischen dem Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 und der Einlassseite des ersten Expansionsventils 13. Der Zieldruck TPd wird unter Verwendung eines in der Klimatisierungssteuerung 40 gespeicherten Steuerkennfelds basierend auf der bei dem in 4 gezeigten Schritt S4 bestimmten Zielauslasstemperatur TAO derart bestimmt, dass die Temperatur von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, die Zielauslasstemperatur TAO wird.
  • Bei Schritt S93 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob eine aktuelle Drehzahl Nc des Kompressors 11 eine höchste Drehzahl Ncmax erreicht, die basierend auf der Strapazierfähigkeit des Kompressors 11 bestimmt wird. Mit anderen Worten bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob die aktuelle Drehzahl Nc gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist (Nc = Ncmax). Wenn die aktuelle Drehzahl Nc bei Schritt S93 nicht gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 ein Steuerverfahren von Schritt S94 durch, um eine Unterkühlungssteuerung durchzuführen. Wenn die aktuelle Drehzahl Nc bei Schritt S93 gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist (Nc = Ncmax), wird ein Steuerbetrieb von Schritt S95 durchgeführt.
  • Die bei Schritt S94 durchgeführte Unterkühlungssteuerung wird unter Bezug auf das Flussdiagramm von 6 beschrieben. Die Unterkühlungssteuerung wird durchgeführt, wenn die aktuelle Drehzahl Nc bei Schritt S93 nicht gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist. Mit anderen Worten wird die Unterkühlungssteuerung durchgeführt, wenn die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 stärker erhöht werden kann als eine aktuelle Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11.
  • Bei dem in 6 gezeigten Schritt S941 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Zielunterkühlungsgrad TSC von Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, und führt dann einen Steuerbetrieb von Schritt S942 durch. Insbesondere wird bei Schritt S941 der Zielunterkühlungsgrad TSC basierend auf einer Temperatur und einem Druck des aus dem Innenkondensator 12 strömenden Kältemittels derart bestimmt, dass der COP des Wärmepumpenkreislaufs 10 am größten wird.
  • Bei Schritt S942 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob der Zielunterkühlungsgrad TSC höher als ein aktueller Unterkühlungsgrad SC des aus dem Innenkondensator 12 strömenden Kältemittels ist. Hier wird der aktuelle Unterkühlungsgrad SC basierend auf einer Temperatur und einem Druck des aus dem Innenkondensator 12 strömenden Kältemittels berechnet. Wenn der aktuelle Unterkühlungsgrad SC bei Schritt S942 niedriger als der Zielunterkühlungsgrad TSC ist, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S944 durchgeführt. Wenn der aktuelle Unterkühlungsgrad SC bei Schritt S942 nicht niedriger als der Zielunterkühlungsgrad TSC ist, wird ein Steuerbetreib von Schritt S943 durchgeführt.
  • Hier ist der Unterkühlungsgrad SC der vorliegenden Ausführungsform als ein Absolutwert einer Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur von Kältemittel in einem flüssigen Zustand und einer Sättigungstemperatur des Kältemittels bei einem konstanten Druck definiert. Folglich sinkt die Temperatur von flüssigem Kältemittel gemäß der Zunahme des Unterkühlungsgrads Sc. Bei Schritt S943 wird der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 von einem aktuellen Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 um einen vorgegebenen Grad vergrößert, und dann wird ein Steuerverfahren von Schritt S98 durchgeführt. Die Vergrößerung des Öffnungsgrads des ersten Expansionsventils 13 bewirkt, dass ein Druck des hochdruckseitigen Kältemittels sich verringert, so dass der Unterkühlungsgrad SC von Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, sich verringert, um sich dem Zielunterkühlungsgrad TSC anzunähern.
  • Bei Schritt S944 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob ein aktueller Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 größer als ein kleinster Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 ist. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S944 größer als der kleinste Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 ist, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S945 durchgeführt. Bei Schritt S945 wird der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 von dem aktuellen Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 um einen vorgegeben Grad verkleinert, und dann wird das Steuerverfahren von Schritt S98 durchgeführt. Die Verringerung des Öffnungsgrads des ersten Expansionsventils 13 bewirkt, dass der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels steigt, so dass der Unterkühlungsgrad SC von Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, steigt, so dass er sich dem Zielunterkühlungsgrad TSC annähert.
  • Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S944 nicht größer als der kleinste Öffnungsgrad ist, d. h., wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei dem Schritt S944 gleich dem kleinsten Öffnungsgrad ist, kann der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 nicht verringert werden. Daher wird der aktuelle Öffnungsgrad beibehalten, und das Steuerverfahren von Schritt S98 wird durchgeführt.
  • Die Unterkühlungssteuerung wird bei Schritt S94 durchgeführt, wenn die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 weiter als seine aktuelle Kältemittelausstoßkapazität erhöht werden kann, und der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 wird derart eingestellt, dass der Unterkühlungsgrad SC sich dem Zielunterkühlungsgrad TSC nähert. Entsprechend nähert sich der COP einem Höchstwert.
  • Als nächstes bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 bei dem in 5 gezeigten Schritt S95, ob ein aktueller Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 kleiner als sein größter Öffnungsgrad ist. Mit anderen Worten bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob das erste Expansionsventil 13 in dem ganz geöffneten Zustand ist. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S95 kleiner als der größte Öffnungsgrad ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 ein Steuerverfahren von Schritt S96 durch, um eine Größensteuerung (Trockenheitssteuerung) durchzuführen. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S95 nicht kleiner als der größte Öffnungsgrad ist, führt die Klimatisierungssteuerung ein Steuerverfahren von Schritt S97 durch, um eine PTC-Heizungssteuerung durchzuführen.
  • Die bei Schritt S96 durchgeführte Größensteuerung S96 wird unter Bezug auf das Flussdiagramm von 7 beschrieben. Die Größensteuerung wird durchgeführt, wenn aus dem Innenkondensator 12 strömendes Kältemittel in einen gasförmig-flüssigen Zweihasenzustand gebracht werden kann, indem der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 vergrößert wird. Zum Beispiel wird die Größensteuerung durchgeführt, wenn die Heizkapazität des Innenkondensators 12 während der Unterkühlungssteuerung nicht ausreicht.
  • Bei Schritt S961 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob ein aktueller höherdruckseitiger Kältemitteldruck Pd kleiner als der bei Schritt S92 bestimmte Zieldruck TPd ist. Wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd bei Schritt S961 kleiner als der Zieldruck TPd ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Steuerbetrieb von Schritt S962 durch. Wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd bei Schritt S961 nicht kleiner als der Zieldruck TPD ist, mit anderen Worten, wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd größer oder gleich dem Zieldruck TPd ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Steuerbetrieb von Schritt S964 durch.
  • Bei Schritt S962 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob ein aktueller Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 kleiner als sein größter Öffnungsgrad ist. Mit anderen Worten bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob das erste Expansionsventil 13 in dem ganz offenen Zustand ist. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S962 kleiner als der größte Öffnungsgrad ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Steuerbetrieb von Schritt S963 durch. Bei Schritt S963 wird der aktuelle Öffnungsgerad des ersten Expansionsventils 13 um einen vorgegebenen Grad vergrößert. Anschließend wird das Steuerverfahren von Schritt S98 durchgeführt.
  • Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S962 nicht kleiner als der größte Öffnungsgrad ist, mit anderen Worten, wenn das erste Expansionsventil 13 in dem ganz offenen Zustand ist, kann der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 nicht vergrößert werden. Folglich wird der aktuelle Öffnungsgrad beibehalten, und das Steuerverfahren von Schritt S98 wird durchgeführt.
  • Bei Schritt S964 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob ein aktueller Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 größer als der kleinste Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 ist. Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S964 größer als der kleinste Öffnungsgrad ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Steuerbetrieb von Schritt S965 durch. Bei Schritt S965 wird der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 um einen vorgegebenen Grad vergrößert. Dann führt die Klimatisierungssteuerung 40 das Steuerverfahren von Schritt S98 durch.
  • Wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 bei Schritt S964 nicht größer als der kleinste Öffnungsgrad ist, mit anderen Worten, wenn der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 in einem ganz geschlossenen Zustand ist, kann der aktuelle Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 nicht verringert werden. Folglich wird der aktuelle Öffnungsgrad beibehalten, und das Steuerverfahren von Schritt S98 wird durchgeführt.
  • Die Größensteuerung wird bei Schritt S96 durchgeführt, wenn die Kältemittelausstoßkapazität des Kompressors 11 nicht weiter als seine aktuelle Kältemittelausstoßkapazität erhöht werden kann, und der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 wird vergrößert, um eine Strömungsmenge (Gaseinspritzmenge) von Kältemittel, das über den Zwischendruckkanal 11b in den Kompressor 11 strömt, zu vergrößern. Folglich wird eine Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 11 erhöht, und eine Größe (Trockenheit) von Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, wird vergrößert. Als ein Ergebnis wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, auf die Zielauslasstemperatur TAO geheizt.
  • Als nächstes wird die PTC-Heizungssteuerung (Steuerung der Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50), die bei dem in 5 gezeigten Schritt S97 durchgeführt wird, unter Bezug auf das Flussdiagramm von 8 beschrieben. Die PTC-Heizungssteuerung wird durchgeführt, wenn die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 nicht durch eine Heizkapazitätssteuerung des Innenkondensators 12, wie etwa die Unterkühlungssteuerung und die Größensteuerung, die durchgeführt wird, um die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 zu erhöhen, erhöht werden kann. Insbesondere, wenn die Drehzahl Nc des Kompressors 11 gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist und wenn der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 gleich dem größten Öffnungsgrad ist, kann Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, nicht durch die Steuerung der Drehzahl Nc des Kompressors 11 und die Steuerung des Öffnungsgrads des ersten Expansionsventils 13 auf die Zielauslasstemperatur TAO geheizt werden. In diesem Fall wird die in 8 gezeigte PTC-Heizungssteuerung durchgeführt.
  • Bei Schritt S971 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob ein aktueller höherdruckseitiger Kältemitteldruck Pd höher als der bei Schritt S92 bestimmte Zieldruck TPd ist. Wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd bei Schritt S971 höher als der Zieldruck TPd ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Steuerbetrieb von Schritt S972 durch. Wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd bei Schritt S971 nicht höher als der Zieldurch TPd ist, führt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Steuerbetrieb von Schritt S975 durch.
  • Wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd bei Schritt S971 höher als der Zieldruck TPd ist, kann die geblasene Luft nur durch die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 auf die Zieltemperatur TAO geheizt werden. Folglich bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 bei Schritt S972 die Betriebsart der PTC-Heizung 50 und verringert dann die Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50.
  • Insbesondere, wenn die Betriebsart der PTC-Heizung 50 bei Schritt S972 als über der vorstehend beschriebenen Hoch-Betriebsart bestimmt wird, schaltet die Klimatisierungssteuerung (der Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a) die Betriebsart bei Schritt S973 auf die vorstehend beschriebene Niedrig-Betriebsart und führt dann das Steuerverfahren von Schritt S98 durch. Wenn die Betriebsart der PTC-Heizung 50 bei Schritt S972 als die Niedrig-Betriebsart bestimmt wird, schaltet die Klimatisierungssteuerung 40 (der Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a) die Betriebsart bei Schritt S974 auf die vorstehend beschriebene Aus-Betriebsart und führt dann das Steuerverfahren von Schritt S98 durch. Wenn die Betriebsart der PTC-Heizung 50 außerdem bei Schritt S972 als die Aus-Betriebsart bestimmt wird, wird die Aus-Betriebsart beibehalten, und das Steuerverfahren von Schritt S98 wird durchgeführt.
  • Wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd bei Schritt S971 höher als der Zieldruck TPd ist, kann die geblasene Luft nicht nur durch die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 auf die Zielauslasstemperatur TAO geheizt werden. Folglich bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 bei Schritt S975 die Betriebsart der PTC-Heizung 50 und erhöht dann die Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50.
  • Insbesondere, wenn die Betriebsart der PTC-Heizung 50 bei Schritt S975 als die Hoch-Betriebsart bestimmt wird, wird die Hoch-Betriebsart beibehalten, und das Steuerverfahren von Schritt S98 wird durchgeführt. Wenn die Betriebsart der PTC-Heizung 50 bei Schritt S975 als die Niedrig-Betriebsart bestimmt wird, schaltet die Klimatisierungssteuerung 40 (der Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a) die Betriebsart bei Schritt S976 auf die Hoch-Betriebsart und führt dann das Steuerverfahren von Schritt S98 durch. Wenn außerdem die Betriebsart der PTC-Heizung 50 bei Schritt S975 als die Aus-Betriebsart bestimmt wird, schaltet die Klimatisierungssteuerung 40 (der Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a) die Betriebsart bei Schritt S977 auf die Niedrig-Betriebsart und führt dann das Steuerverfahren von Schritt S98 durch.
  • Bei dem in 5 gezeigten Schritt S98 wird die Drehzahl Nc des Kompressors 11 durch die Rückkopplungssteuerung derart bestimmt, dass der höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd sich dem Zieldruck TPd nähert. Die Bestimmung der Drehzahl Nc des Kompressors 11 bei Schritt S98 wird Bezug nehmend auf das Flussdiagramm von 9 beschrieben. Bei Schritt S981 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob ein aktueller höherdruckseitiger Kältemitteldruck Pd niedriger als der bei Schritt S92 bestimmte Zieldruck TPd ist.
  • Wenn der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd bei Schritt S981 als niedriger als der Zieldruck TPd bestimmt wird, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S982 durchgeführt. Bei Schritt S982 bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40, ob eine aktuelle Drehzahl Nc des Kompressors 11 niedriger als die höchste Drehzahl Ncmax ist. Wenn die aktuelle Drehzahl Nc des Kompressors 11 bei Schritt S982 als niedriger als die höchste Drehzahl Ncmax bestimmt wird, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S983 durchgeführt. Die Klimatisierungssteuerung 40 erhöht die Drehzahl Nc des Kompressors 11 bei Schritt S983 um ein vorgegebenes Maß und führt dann den Steuerbetrieb des in 4 gezeigten Schritts S10 durch.
  • Wenn bei Schritt S982 bestimmt wird, dass die aktuelle Drehzahl Nc des Kompressors 11 nicht niedriger als die höchste Drehzahl Ncmax ist, mit anderen Worten, wenn die aktuelle Drehzahl Nc des Kompressors 11 gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist, kann die aktuelle Drehzahl Nc des Kompressors 11 nicht erhöht werden. Folglich wird die aktuelle Drehazhal Nc beibehalten, und der Steuerbetrieb des in 4 gezeigten Schritts S10 wird durchgeführt.
  • Wenn bei Schritt S981 bestimmt wird, dass der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd nicht niedriger als der Zieldruck TPd ist, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S984 durchgeführt. Bei Schritt S984 verringert die Klimatisierungssteuerung 40 die Drehzahl Nc des Kompressors 11 um ein vorgegebenes Maß und führt dann den Steuerbetrieb des in 4 gezeigten Schritts S10 durch.
  • Da in der Heizbetriebsart das Steuerverfahren wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird, wird ein Zustand von Kältemittel in dem Wärmepumpenkreislauf 10, wie durch das Mollier-Diagramm von 10 gezeigt, geändert. In 10 ist eine Zustandsänderung von Kältemittel in der Unterkühlungssteuerung durch eine fette durchgezogene Linie gezeigt, und eine Zustandsänderung von Kältemittel in der Größensteuerung ist durch eine fette gestrichelte Linie gezeigt. Außerdem ist eine Zustandsänderung von Kältemittel in der PTC-Heizugnssteuerung durch eine fette Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen in 10 gezeigt.
  • Wenn in der Heizbetriebsart die Unterkühlungssteuerung, wie in dem Steuerverfahren des Schritts S94 in 6 gezeigt, durchgeführt wird, strömt Hochdruckkältemittel, das aus dem Ausstoßkanal 11c des Kompressors 11 strömt, was durch den Punkt a in 10 gezeigt ist, in den Innenkondensator 12. Das in den Innenkondensator 12 strömende Kältemittel strahlt durch den Wärmeaustausch mit Luft, die den Innenverdamfper 23 durchlaufen hat, Wärme ab und kondensiert, wie durch den Punkt a -> den Punkt b in 10 gezeigt. Folglich wird die Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, geheizt.
  • Das aus dem Innenkondensator 12 strömende Kältemittel strömt in das erste Expansionsventil 13, das in dem Dekompressionszustand ist, und wird durch isenthalpe Expansion und Dekompression in dem ersten Expansionsventil 13 zu Zwischendruckkältemittel, wie durch den Punkt b -> den Punkt c1 gezeigt. Anschließdend wird das in dem ersten Expansionsventil 13 dekomprimierte Zwischendruckkältemittel in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 in flüssiges Kältemittel und Gaskältemittel abgeschieden, wie durch den Punkt c1 -> den Punkt c2 und den Punkt c1 -> den Punkt c3 in 10 gezeigt.
  • Das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 abgeschiedene Zwischendruckkältemittel strömt über den Zwischendruckdurchgang 15 in den Zwischendruckkanal 11b des Kompressors 11, wie durch den Punkt c2 -> den Punkt a2 in 10 gezeigt, weil das erste Öffnungs-Schließventil 16 offen ist. Das über den Zwischendruckkanal 11b in den Kompressor 11 strömende Kältemittel wird mit Kältemittel (der Punkt a1 in 10) kombiniert, das von dem niedrigergerstufigen Kompressionsmechanismus ausgestoßen wird. Das kombinierte Kältemittel wird in den höherstufigen Kompressionsmechanismus gesaugt.
  • Das in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 abgeschiedene flüssige Zwischendruckkältemittel strömt in die feste Drossel 17, weil das zweite Öffnungs-Schließventil 16b geschlossen ist. Das flüssige Kältemittel wird durch isenthalpe Expansion und Dekompression in der festen Drossel 17 zu Niederdruckkältemittel, wie durch den Punkt c3 -> den Punkt c4 in 10 gezeigt. Das aus der festen Drossel 17 strömende Niederdruckkältemittel strömt in den Außenwärmetauscher 20. Dann nimmt das Niederdruckkältemittel durch den Wärmeaustausch mit Außenluft, die von dem Gebläseventilator 21 geblasen wird, in dem Außenwärmetauscher 20 Wärme auf und verdampft, wie durch den Punkt c4 -> den Punkt d in 10 gezeigt.
  • Das aus dem Außenwärmetauscher 20 strömende Kältemittel strömt über den Umleitungsdurchgang 25 in den Akkumulator 24, weil das dritte Öffnungs-Schließventil 16c offen ist. Das Kältemittel wird in dem Akkumulator 24 in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel abgeschieden, und das abgeschiedene Gaskältemittel wird durch den Ansaugkanal 11a in den Kompressor 11 gesaugt, wie durch den Punkt e in 10 gezeigt, um in dem Kompressor 11 komprimiert zu werden. Das abgeschiedene flüssige Kältemittel wird in dem Akkumulator 24 als überschüssiges Kältemittel, das unnötiges Kältemittel ist, akkumuliert, um eine erforderliche Kältekapazität des Wärmepumpenkreislaufs 10 bereitzustellen.
  • Hier ist der Grund, warum der Punkt d und der Punkt e in 10 voneinander verschieden sind, dass ein Druckabfall in dem Gaskältemittel, das eine Kältemittelrohrleitung von dem Akkumulator 24 zu dem Ansaugkanal 11a des Kompressors 11 durchläuft, erzeugt wird. Idealerweise sind die Punkte d und e miteinander identisch. Der Grund für den Unterschied ist ähnlich den anderen Klimatisierungsbetriebsarten.
  • Folglich kann in der Unterkühlungssteuerung der Heizbetriebsart Luft durch den Wärmeaustausch mit Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, in dem Innenkondensator 12 geheizt werden und kann in den Fahrzeugraum geblasen werden. Folglich kann der Fahrzeugraum geheizt werden. Überdies kann in der Unterkühlungssteuerung der Unterkühlungsgrad SC von Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, was durch den Punkt b in 10 gezeigt ist, derart gesteuert werden, dass der Zielunterkühlungsgrad TSC durch die Einstellung des Öffnungsgrads des ersten Expansionsventils 13 gesteuert wird, und der COP des Wärmepumpenkreislaufs 10 kann sich dadurch einem größten Wert nähern.
  • Wenn in der Unterkühlungssteuerung die Drehzahl Nc des Kompressors 11 gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist und wenn die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 unzureichend ist, um eine Temperatur von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen wird, auf die Zielauslasstemperatur TAO zu erhöhen, wird die Unterkühlungssteuerung auf die Größensteuerung geschaltet, die durch das Steuerverfahren des Schritts S96 in 7 gezeigt ist.
  • Wenn die Größensteuerung durchgeführt wird, wird ein Zustand des Kältemittels geändert, wie durch die fette gestrichelte Linie in 10 gezeigt. In 10 ist einem Zustand von Kältemittel in der Größensteuerung das gleiche Zeichen zugewiesen wie einem entsprechenden Zustand in der Unterkühlungssteuerung, und die Zeichen in der Größensteuerung haben einen Apostrophen.
  • Da in der Größensteuerung der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 vergrößert wird, um eine Größe von Kältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, zu erhöhen, ändert sich ein Zustand von Kältemittel, das aus dem Innenkondensators 12 strömt, in einen Zustand, der durch den Punkt b' in 10 gezeigt ist. Überdies werden ein Druck von Kältemittel, das über den Zwischendruckkanal 11b in den Kompressor 11 strömt, und ein Druck von Kältemittel, das von dem Kompressor 11 über den Ausstoßkanal 11c ausgestoßen wird, im Vergleich zu dem Fall der Unterkühlungssteuerung erhöht, wie zum Beispiel durch die Punkte c2' und a' in 10 gezeigt.
  • Folglich kann in der Größensteuerung eine Temperatur von Kältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, erhöht werden, und eine Temperaturdifferenz zwischen Hochdruckkältemittel, das durch den Innenkondensator 12 strömt, und Luft, die in den Innenkondensator 12 strömt, kann dadurch im Vergleich zu dem Fall der Unterkühlungssteuerung größer werden. Außerdem kann eine Strömungsmenge (Gaseinspritzmenge) von Kältemittel, das über den Zwischendruckkanal 11b in den Kompressor 11 strömt, im Vergleich zu dem Fall der Unterkühlungssteuerung vergrößert werden. Als ein Ergebnis kann in der Größensteuerung die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 im Vergleich zu dem Fall der Unterkühlungssteuerung erhöht werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann hier erwartet werden, dass die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 in der Größensteuerung erhöht ist. Jedoch wird in der Größensteuerung eine Enthalpiedifferenz zwischen Kältemittel, das an dem Kältemitteleinlass des Innenkondensators 12 strömt, und Kältemittel, das an dem Kältemittelauslass des Innenkondensators 12 strömt, im Vergleich zu dem Fall der Unterkühlungssteuerung verringert, und die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 kann dadurch unfähig sein, erhöht zu werden, wenn der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 größer als ein gewisser Wert ist.
  • Wenn in der vorliegenden Ausführungsform während der Größensteuerung der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 gleich dem größten Öffnungsgrad ist und wenn Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, nicht durch die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 auf die Zielauslasstemperatur TAO geheizt werden kann, wird die Größensteuerung auf die PTC-Heizungssteuerung, die durch das Steuerverfahren von Schritt S97 in 8 gezeigt ist, geschaltet. Wenn mit anderen Worten eine Temperatur von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, in der Größensteuerung kleiner oder gleich der Zielauslasstemperatur TAO ist, wird die PTC-Heizungssteuerung durchgeführt.
  • Wenn die PTC-Heizungssteuerung durchgeführt wird, wird ein Kältemittelzustand, wie durch die fette Linie mit abwechselnd kurzen und langen Strichen in 10 gezeigt, geändert. In 10 ist einem Kältemittelzustand in der PTC-Heizungssteuerung das gleiche Zeichen zugewiesen wie einem entsprechenden Zustand in der Unterkühlungssteuerung, und die Zeichnen in der PTC-Heizung haben einen Doppelapostrophen.
  • In der PTC-Heizungssteuerung erhöht die Klimatisierungssteuerung 40 (der Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a) eine an die PTC-Heizung 50 angelegte Spannung, um die Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50 zu erhöhen. Folglich wird eine Temperatur von Luft, die in den Innenkondensator 12 strömt, erhöht, und eine Wärmeaufnahmemenge der Luft von dem Kältemittel in dem Innenkondensator 12, d. h. eine Wärmestrahlungsmenge von Kältemittel an die Luft in dem Innenkondensator 12, verringert sich vorrübergehend.
  • Folglich verringert sich in der PTC-Heizungssteuerung die Wärmeaustauschkapazität des Innenkondensators 12 wesentlich, und in dem Wärmepumpenkreislauf 10 zirkulierendes Kältemittel gleicht aus, so dass ein Kältemitteldruck im Inneren des Kondensators 12 zunimmt, wie durch den Punkt a'' und den Punkt b'' in 10 gezeigt. Daher kann eine Temperatur von Kältemittel, das von dem Kompressor 11 ausgestoßen wird, erhöht werden, und eine Temperaturdifferenz zwischen Hochdruckkältemittel, das durch den Innenkondensator 12 strömt, und Luft, die in den Innenkondensator 12 strömt, kann vergrößert werden.
  • Außerdem kann eine Kompressionsarbeitsmenge in einem Kompressionsverfahren in dem höherstufigen Kompressionsmechanismus des Kompressors 11 vergrößert werden. Hier ist das Kompressionsverfahren in dem höherstufigen Kompressionsmechanismus ein Kompressionsverfahren von dem Zwischendruckkanal 11b auf den Ausstoßkanal 11c und ist durch den Punkt a2' -> den Punkt a'' in 10 gezeigt. Folglich kann die Enthalpiedifferenz zwischen Kältemittel in dem Kältemitteleinlass des Innenkondensators 12 und Kältemittel in dem Kältemittelauslass des Innenkondensators 12 im Vergleich zu dem Fall der Größensteuerung vergrößert werden, wie durch die Differenz Δic2' -> die Differenz Δic2'' in 10 gezeigt. Als ein Ergebnis kann die Luftheizkapazität in dem Innenkondensator 12 in der PTC-Heizungssteuerung im Vergleich zu dem Fall der Größensteuerung verbessert werden.
  • Die Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform kann, wie vorstehend beschrieben, das Kühlen, Entfeuchten-Heizen und Heizen des Fahrzeugraums bereitstellen und kann Luft abhängig von einer erforderlichen Luftheizkapazität in der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart und der Heizbetriebsart effizient und effektiv heizen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die PTC-Heizung 50, die als ein Beispiel für die Hilfsheizung verwendet wird, in der Luftströmungsrichtung strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet, um Luft zu heizen, bevor die Luft von dem Innenkondensator 12 geheizt wird. Folglich kann die Luftheizkapazität in dem Innenkondensator 12 in der PTC-Heizungssteuerung verbessert werden. In diesem Fall kann der Leistungsverbrauch in der PTC-Heizung 50 relativ zu einem Aufbau, in dem die PTC-Heizung Luft heizt, die in dem Innenkondensator 12 geheizt wurde, verringert werden.
  • Insbesondere, wenn die PTC-Heizung 50 eingerichtet ist, um Luft zu heizen, die in dem Innenkondensator 12 geheizt wurde, ist es erforderlich, dass die PTC-Heizung 50 eine Wärme von 2 kW (Standardheizkapazität) erzeugt, wenn eine Nennspannung angelegt wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann die PTC-Heizung 50 jedoch aufgebaut sein, um eine Wärme von 800 W zu erzeugen, wenn die Nennspannung angelegt wird. Daher kann der Leistungsverbrauch in der PTC-Heizung 50 relativ verringert werden.
  • Da außerdem eine PTC-Heizung mit einer niedrigeren Luftheizkapazität als der Standardheizkapazität als die PTC-Heizung 50 verwendet werden kann, können die Größe der Fahrzeugklimaanlage 1 (Kältemittelkreislaufvorrichtung) und die Herstellungskosten als Ganzes verringert werden, indem die PTC-Heizung 50 verkleinert wird und indem zum Beispiel ein Durchmesser des Kabelbaums (elektrische Stromleitung), der die PTC-Heizung 50 und die Klimatisierungssteuerung 40 verbindet, verkleinert wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform stellt der Heizkapazitätssteuerabschnitt 40a wie in der Beschreibung des Steuerverfahrens des in 8 gezeigten Schritts 97 die Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50 in der PTC-Heizungssteuerung ein, so dass der höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd (Kältemitteldruck in dem Innenkondensator 12) gleich dem Zieldruck TPd wird, und der Zieldruck TPd wird basierend auf der Zielauslasstemperatur TAO bestimmt. Daher kann Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, leicht auf die Zielauslasstemperatur TAO geheizt werden und unnötiger Energieverbrauch kann begrenzt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kreislaufaufbau des Wärmepumpenkreislaufs 10 abhängig von der Klimatisierungsbetriebsart vielfältig umschaltbar und kann wenigstens in der Heizbetriebsart insbesondere den Gaseinspritzkreislauf bereitstellen. Wenn der Gaseinspritzkreislauf wenigstens in der Heizbetriebsart des Wärmepumpenkreislaufs 10 der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt wird, kann die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 in der Heizbetriebsart der vorliegenden Ausführungsform zuverlässig verbessert werden.
  • Dies wird durch Vergleichen der Fahrzeugklimaanlage 1 der vorliegenden Ausführungsform mit einer Fahrzeugklimaanlage eines Vergleichsbeispiels beschrieben. Die Fahrzeugklimaanlage des Vergleichsbeispiels umfasst einen normalen Dampfkompressionskältemittelkreislauf mit einem Kompressor, einem Strahler, der dem Innenkondensator 12 der vorliegenden Ausführungsform entspricht, einem Expansionsventil und einem Verdampfer, der dem Außenwärmetauscher 20 der vorliegenden Ausführungsform entspricht. Diese Komponenten des Kältemittelkreislaufs sind in einer Kreislaufform verbunden. Die Fahrzeugklimaanlage des Vergleichsbeispiels umfasst ferner eine PTC-Heizung, die strömungsaufwärtig von dem Strahler angeordnet ist, um Luft zu heizen, die in den Strahler strömen soll.
  • In 11 zeigt eine fette durchgezogene Linie eine Zustandsänderung von Kältemittel in einem Fall, in dem ein Unterkühlungsgrad von Kältemittel, das aus dem Strahler strömt, gesteuert wird, um sich ohne die Zuführung von elektrischer Leistung an die PTC-Heizung einem Zielunterkühlungsgrad zu nähern. Eine fette gestrichelte Linie zeigt eine Zustandsänderung von Kältemittel in einem Fall, in dem der Unterkühlungsgrad von Kältemittel, das aus dem Strahler strömt, derart gesteuert wird, dass er sich mit der Zuführung von elektrischer Leistung an die PTC-Heizung dem Zielunterkühlungsgrad nähert. In 11 ist einem Kältemittelzustand das gleiche Zeichen zugewiesen wie dem entsprechenden Kältemittelzustand in 10.
  • Durch die Zuführung von elektrischer Leistung an die PTC-Heizung wird der höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd erhöht, und eine Kompressionsarbeitsmenge in dem Kompressor kann vergrößert werden, wie durch die Differenz Δic -> die Differenz Δic' in 11 gezeigt. Jedoch wird eine Enthalpiedifferenz (Wärmeaufnahmemenge des Außenwärmetauschers 20) zwischen Kältemittel an einem Kältemitteleinlass des Wärmetauschers 20 und Kältemittel an einem Kältemittelauslass des Außenwärmetauschers 20 verringert, wie durch die Differenz Δie -> die Differenz Δie' in 11 gezeigt. Folglich kann eine Luftheizkapazität des Strahlers in dem Vergleichsbeispiel abnehmen.
  • Da der Gaseinspritzkreislauf im Gegensatz dazu in der vorliegenden Ausführungsform wenigstens in der Heizbetriebsart bereitgestellt wird, kann die Luftheizkapazität in dem Innenkondensator 12 gewiss verbessert werden, indem die Hilfsheizung (z. B. die PTC-Heizung 50) derart angeordnet wird, dass Luft durch die Hilfsheizung geheizt wird, bevor sie durch den Wärmeaustausch mit Hochdruckkältemittel in dem Innenkondensator 12 geheizt wird.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird die PTC-Heizung 50 als ein Beispiel für die Hilfsheizung verwendet. In einer zweiten Ausführungsform umfasst die Fahrzeugklimaanlage 1, wie in 12 gezeigt, anstelle der PTC-Heizung 50 der ersten Ausführungsforme einen Hilfswärmetauscher 60 als ein Beispiel für die Hilfsheizung. Der Hilfswärmetauscher 60 heizt Luft unter Verwendung eines Kühlmittels (Wärmemediums) als eine Wärmequelle. Das Kühlmittel kühlt einen nicht gezeigten Elektromotor für den Fahrzeugbetrieb und kühlt einen nicht gezeigten Inverter, der elektrische Leistung an den Elektromotor für den Fahrzeugbetrieb zuführt. Folglich werden der Elektromotor für den Fahrzeugbetrieb und der Inverter als Beispiele für eine externe Wärmequelle verwendet.
  • In 12 wird der Kältemittelkreislauf des Wärmepumpenkreislaufs 10 auf einen Zustand für die Heizbetriebsart festgelegt. In 12 ist einem Teil die gleiche Nummer zugewiesen wie einem gleichen oder äquivalenten Teil der ersten Ausführungsform.
  • Der Hilfswärmetauscher 60 ist in einem Kühlmittelkreis 61 angeordnet, durch den das Kühlmittel zirkuliert, um die externe Wärmequelle, wie etwa den Elektromotor für den Fahrzeugbetrieb und den Inverter, zu kühlen. Der Hilfswärmetauscher 60 ist ein Behälter- und Rohr-Wärmetauscher, der Luft durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel heizt, das in dem Hilfswärmetauscher 60 strömt. Der Hilfswärmetauscher 60 ist strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet, um Luft zu heizen, bevor sie in den Innenkondensator 12 strömt.
  • Überdies hat der Hilfswärmetauscher 60 ähnlich der PTC-Heizung 50 der ersten Ausführungsform eine niedrigere Luftheizkapazität als eine Standardheizkapazität. Die Standardheizkapazität der vorliegenden Ausführungsform ist als eine notwendige Heizkapazität (höchste Heizkapazität) zum Heizen von Luft auf die Zielauslasstemperatur TAO unter Verwendung sowohl der Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 als auch der Luftheizkapazität des Hilfswärmetauschers 60 in einem Fall definiert, in dem der Hilfswärmetauscher 60 Luft heizt, die in dem Innenkondensator 12 geheizt wurde.
  • In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Hilfswärmetauscher 60 einen Wärmeaustauschkernabschnitt, in dem das Kühlmittel Wärme mit Luft austauscht, und der Wärmeaustauschkernabschnitt hat einen Wärmeaustauschbereich, der kleiner als ein notwendiger Wärmeaustauschbereich ist, um den Hilfswärmetauscher 60 mit der Standardheizkapazität zu versorgen. Folglich hat der Hilfswärmetauscher 60 eine niedrigere Heizkapazität als die Standardheizkapazität.
  • In dem Kühlmittelkreis 61 ist ein Durchflusssteuerventil 62 bereitgestellt, um eine Strömungsmenge des Kühlmittels, das in den Hilfswärmetauscher 60 strömt, einzustellen. Das Strömungssteuerventil 62 ist eine elektrisches Öffnungsgradsteuerventil, das einen Ventilkörper und einen elektrischen Aktuator umfasst, der fähig ist, den Ventilkörper zu betätigen, um einen Querschnitt eines Kühlmitteldurchgangs des Kühlmittelkreises 61 zu ändern. Ein Betrieb des Durchflusssteuerventils 62 wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Klimatisierungssteuerung 40 ausgegeben wird.
  • Folglich steuert die Klimatisierungssteuerung 40 den Betrieb des Durchflusssteuerventils 62, und eine Strömungsmenge des Kühlmittels, die in den Hilfswärmetauscher 60 strömt, wird dadurch eingestellt. Folglich wird die Luftheizkapazität des Hilfswärmetauschers 60 eingestellt. Daher wird das Durchflusssteuerventil 62 der vorliegenden Ausführungsform als ein Beispiel für den Heizkapazitätseinstellabschnitt verwendet.
  • Die Klimatisierungssteuerung 40 der vorliegenden Ausführungsform ist fähig, eine Betriebsart des Durchflusssteuerventils 62 umzuschalten. Die Betriebsart des Durchflusssteuerventils 62 umfasst eine Hoch-Betriebsart, eine Niedrig-Betriebsart und eine Aus-Betriebsart. In der Hoch-Betriebsart öffnet das Durchflusssteuerventil 62 den Kühlmitteldurchgang des Kühlmittelkreises 61 ganz, um die Luftheizkapazität des Hilfswärmetauschers 60 relativ hoch festzulegen. In der Niedrig-Betriebsart öffnet das Durchflusssteuerventil 62 den Kühlmitteldurchgang leicht, um die Luftheizkapazität des Hilfswärmetauschers 60 relativ niedrig festzulegen. in der Aus-Betriebsart schließt das Durchflusssteuerventil 62 den Kühlmitteldurchgang, so dass der Hilfswärmetauscher 60 nicht mit einer Luftheizkapazität versehen ist.
  • Die Betriebsart des Durchflusssteuerventils 62 wird ähnlich der PTC-Heizung 50 der ersten Ausführungsform bei dem in 5 gezeigten Schritt S97 umgeschaltet. Die anderen Aufbauten und Betriebe der Fahrzeugklimaanlage 1 der zweiten Ausführungsform sind ähnlich denen der Fahrzeugklimaanlage 1 der ersten Ausführungsform.
  • Folglich ist die Fahrzeugklimaanlage 1 (Kältemittelkreislaufvorrichtung) fähig, die Luftheizkapazität in dem Innenkondensator 12 ähnlich der ersten Ausführungsform zu verbessern. Als ein Ergebnis kann eine Energiemenge, die von der Hilfsheizung (60) in der Heizbetriebsart verbraucht wird, verringert werden, und eine Größe und die Herstellungskosten der Fahrzeugklimaanlage 1 können als ein Ganzes verringert werden.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • In der ersten Ausführungsform steuert die Klimatisierungssteuerung 40 eine elektrische Leistung (z. B. elektrische Spannung), die an die PTC-Heizung 50 zugeführt wird, wodurch die Betriebsart der PTC-Heizung 50 zwischen der Hoch-Betriebsart, der Niedrig-Betriebsart und der Aus-Betriebsart umgeschaltet wird. In einer dritten Ausführungsform sind mehrere PTC-Heizungen (elektrische Heizungen) zu einer einzigen PTC-Heizung 50 integriert.
  • Insbesondere sind drei PTC-Heizungen zu der PTC-Heizung 50 integriert, und die Klimatisierungssteuerung 40 ändert die Anzahl von PTC-Heizungen, die mit Energie gespeist werden, um eine Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50 zu steuern.
  • Mit anderen Worten wird durch Ändern der Anzahl mit Energie gespeister PTC-Heizungen eine elektrische Leistungsmenge, die an die PTC-Heizung 50 zugeführt wird, eingestellt. Die PTC-Heizung 50 der vorliegenden Ausführungsform hat, selbst wenn all der drei PTC-Heizungen mit Energie gespeist werden, eine niedrigere Luftheizkapazität als die Standardheizkapazität.
  • Die Anzahl mit Energie gespeister PTC-Heizungen wird bei dem in 13 gezeigten Schritt S97 bestimmt. Das Steuerverfahren von Schritt S97 in 13 entspricht dem Steuerverfahren von Schritt S97 in 8, das in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Wenn bei Schritt S971 ein aktueller höherdruckseitiger Kältemitteldruck Pd als niedriger bestimmt wird als der Zieldruck TPd, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S972' durchgeführt, um die Anzahl mit Energie gespeister PTC-Heizungen zu erhöhen. Wenn zum Beispiel die mit Energie gespeiste Anzahl von PTC-Heizungen in Schritt S972' in einem Fall, in dem die Gesamtzahl der PTC-Heizungen drei ist, drei ist, wird die mit Energie gespeiste Anzahl von PTC-Heizungen bei drei gehalten.
  • Wenn bei Schritt S971 bestimmt wird, dass der aktuelle höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd nicht niedriger als der Zieldruck TPd ist, wird ein Steuerbetrieb von Schritt S975' durchgeführt, um die mit Energie gespeiste Anzahl von PTC-Heizungen zu verringern. Wenn hier bei Schritt S975' die Anzahl mit Energie gespeister PTC-Heizungen null ist, mit anderen Worten, wenn die PTC-Heizung 50 nicht mit Energie gespeist wird, wird die PTC-Heizung 50 in einem nicht mit Energie gespeisten Zustand gehalten.
  • Die anderen Aufbauten und die anderen Betriebe in der dritten Ausführungsform sind ähnlich denen der ersten Ausführungsform. Folglich können in einer Fahrzeugklimaanlage (Kältemittelkreislaufvorrichtung) der dritten Ausführungsform ähnliche Ergebnisse wie in der ersten Ausführungsform erhalten werden. Außerdem kann die Luftheizkapazität der PTC-Heizung 50 in Stufen (z. B. drei Stufen) geändert werden, indem die Anzahl mit Energie gespeister PTC-Heizungen geändert wird, und eine Energiemenge, die von der Hilfsheizung (PTC-Heizung 50) verbraucht wird, kann dadurch weiter verringert werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • In den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen ist der Wärmepumpenkreislauf 10 ein zweistufiger Expansionsgaseinspritzkreislauf und umfasst das erste Expansionsventil 13 als ein Beispiel für die höherdruckseitige Expansionsvorrichtung, die feste Drossel 17 als ein Beispiel für die niederdruckseitige Expansionsvorrichtung und den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14. In den ersten und dritten Ausführungsformen scheidet der Gas-Flüssigkeitsabscheider 14 Zwischendruckkältemittel, das von dem ersten Expansionsventil 13 dekomprimiert wurde, in Gaskältemittel und flüssiges Kältemittel ab, und das abgeschiedene Gaskältemittel strömt zu dem Zwischendruckkanal 11b. In einer vierten Ausführungsform ist ein Wärmepumpenkreislauf 10 ein Innenwärmetauscher-Gaseinspritzkreislauf und umfasst nicht das erste Expansionsventil 13, die feste Drossel 17 und den Gas-Flüssigkeitsabscheider 14.
  • Eine Fahrzeugklimaanlage 1 (Kältemittelkreislaufvorrichtung) der vierten Ausführungsform wird unter Bezug auf 14 beschrieben. In der vierten Ausführungsform umfasst der Wärmepumpenkreislauf 10 der Fahrzeugklimaanlage 1 einen Kältemittelverzweigungsabschnitt 70, der in einem Kältemitteldurchgang bereitgestellt ist, der mit der Kältemittelauslassseite des Innenkondensators 12 verbunden ist. Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, durchläuft den Kältemitteldurchgang, und der Kältemitteldurchgang verzweigt in mehrere Durchgänge in dem Kältemittelverzweigungsabschnitt 70. In der vierten Ausführungsform verzweigt der Kältemitteldurchgang an dem Kältemittelverzweigungsabschnitt 70 in erste und zweite Kältemitteldurchgänge 71 und 73. Der Wärmepumpenkreislauf 10 umfasst ferner ein thermostatisches Expansionsventil 72 als ein Beispiel für eine erste Expansionsvorrichtung, die in dem ersten Kältemitteldurchgang 71 bereitgestellt ist und aus dem Innenkondensator 12 strömendes Hochdruckkältemittel dekomprimiert, so dass das Hochdruckkältemittel zu Zwischendruckkältemittel wird.
  • Der Wärmepumpenkreislauf 10 umfasst ferner einen Innenwärmetauscher 74, in dem durch den zweiten Kältemitteldurchgang 73 strömendes Hochdruckkältemittel Wärme mit dem Zwischendruckkältemittel austauscht, das von dem thermostatischen Expansionsventil 72 dekomprimiert wurde. Der Innenwärmetauscher 74 umfasst einen Hochdruckdurchgangsabschnitt 74a, durch den das Hochdruckkältemittel von dem zweiten Kältemitteldurchgang 73 strömt, und einen Zwischendruckdurchgangsabschnitt 74b, durch den das von dem thermostatischen Expansionsventil 72 dekomprimierte Zwischendruckkältemittel strömt.
  • In dem Innenwärmetauscher 74, heizt das Hochdruckkältemittel, das eine relativ hohe Temperatur hat und in dem Hochdruckdurchgangsabschnitt 74a strömt, das Zwischendruckkältemittel mit einer relativ niedrigen Temperatur, das in dem Zwischendruckdurchgangsabschnitt 74b strömt. Folglich wird das Zwischendruckkältemittel verdampft, so dass es Gaskältemittel ist.
  • Eine Kältemittelauslassseite des Zwischendruckdurchgangsabschnitts 74b ist durch einen Zwischendruckdurchgang 15 mit dem Zwischendruckkanal 11b des Kompressors 11 verbunden. Ein Thermostatabschnitt 72a des thermostatischen Expansionsventils 72 ist in oder benachbart zu dem Zwischendruckdurchgang 15 bereitgestellt. Das thermostatische Expansionsventil 72 hat einen Ventilkörper, der sich aufgrund eines Drucks von Zwischendruckkältemittel, welches das thermostatische Expansionsventil 72 durchläuft, und aufgrund eines Drucks abhängig von einer Temperatur von Zwischendruckkältemittel, die von dem Thermostatabschnitt 72a erfasst wird, bewegt. Folglich wird ein Öffnungsgrad des thermostatischen Expansionsventils 72 automatisch eingestellt, so dass das aus dem Zwischendruckdurchgangsabschnitt 74b strömende Zwischendruckkältemittel einen vorgegebenen Überhitzungsgrad hat.
  • Das gasförmige Zwischendruckkältemittel, das in dem Zwischendruckdurchgangsabschnitt 74b des Innenwärmetauschers 74 verdampft ist, durchläuft den Zwischendruckdurchgang 15 und strömt dann über den Zwischendruckkanal 11b in den Kompressor 11.
  • Eine Kältemittelauslassseite des Hochdruckdurchgangsabschnitts 74a ist mit einer Einlassseite eines elektrischen Expansionsventils 75 verbunden. Das elektrische Expansionsventil 75 wird als ein Beispiel für eine zweite Expansionsvorrichtung verwendet, die das aus dem Hochdruckdurchgangsabschnitt 74a strömende Hochdruckkältemittel zu Niederdruckkältemittel dekomprimiert, und ein Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 75 ist elektrisch einstellbar. Eine Auslassseite des elektrischen Expansionsventils 75 ist mit der Kältemitteleinlassseite des Außenwärmetauschers 20 verbunden. Das elektrische Expansionsventil 75 kann einen ähnlichen Aufbau wie den des ersten Expansionsventils 13 haben, das in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
  • Die anderen Aufbauten der Fahrzeugklimaanlage 1 der vierten Ausführungsform sind ähnlich denen der ersten Ausführungsform. Folglich sind in 14 Teilen, die gleich oder ähnlich Teilen der ersten Ausführungsform sind, die gleichen Nummern wie den Teilen der ersten Ausführungsform zugewiesen, und Beschreibungen der Teile werden in der vierten Ausführungsform weggelassen.
  • In 14 sind ein Kältemitteltemperatursensor 41a und ein Kältemitteldrucksensor 41b einer Klimatisierungssteuersensorgruppe 41 in dem Kältemitteldurchgang bereitgestellt, der mit der Kältemittelauslassseite des Innenkondensators 12 verbunden ist. Der Kältemitteltemperatursensor 41a erfasst eine Temperatur von Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt, und der Kältemitteldrucksensor 41b erfasst einen Druck von Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt.
  • In der vierten Ausführungsform bestimmt die Klimatisierungssteuerung 40 einen Zustand von Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenkondensator 12 strömt (d. h. einen Unterkühlungsgrad oder eine Größe (Trockenheit) des Hochdruckkältemittels) basierend auf Erfassungssignalen von den Sensoren 41a und 41b. Der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 75 wird abhängig von dem Zustand des Hochdruckkältemittels eingestellt.
  • In der Heizbetriebsart des Innenwärmetauscher-Gaseinspritzkreislaufs der vierten Ausführungsform wird die in 5 bis 7 gezeigte Unterkühlungssteuerung oder die Größensteuerung (Trockenheitssteuerung) durchgeführt, indem der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 75 gesteuert wird, bis die Drehzahl Nc des Kompressors 11 gleich der höchsten Drehzahl Ncmax wird und bis der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 75 am größten wird. Wenn die Klimatisierungssteuerung bestimmt, dass die Heizkapazität des Innenkondensators 12 in dem Zustand, in dem die Drehzahl Nc gleich der höchsten Drehzahl Ncmax ist und der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsventils 75 am größten ist, nicht ausreicht, wird die PTC-Heizung 50 aktiviert. Wenn mit anderen Worten die Heizkapazität des Innenkondensators 12 nicht durch die Heizkapazitätssteuerung des Innenkondensators 12, wie etwa die Unterkühlungssteuerung und die Größensteuerung, erhöht werden kann, wird die PTC-Heizung 50 aktiviert.
  • Wenn die PTC-Heizung 50 in der Heizbetriebsart betrieben wird, wird Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, zuerst von der PTC-Heizung 50 geheizt und wird anschließend von dem Innenkondensator 12 in der Klimatisierungseinheit 30 geheizt.
  • Wenn die PTC-Heizung 50 in der Heizbetriebsart betrieben wird, ist eine Temperatur von Luft, die in den Innenkondensator 12 strömt, höher als in einem Fall, in dem die PTC-Heizung 50 nicht in Betrieb ist. Folglich ist der Kältemittelkreislauf in dem Wärmepumpenkreislauf 10 derart abgeglichen, dass ein Druck des von dem Kompressor 11 ausgestoßenen Hochdruckkältemittels und eine Kondensationstemperatur des Kältemittels höher werden als die in dem Fall, in dem die PTC-Heizung 50 nicht in Betrieb ist. Da der Druck des Hochdruckkältemittels erhöht ist, wird die Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 11 vergrößert. Als ein Ergebnis kann die Luftheizkapazität in dem Innenkondensator 12 verbessert werden.
  • 15 zeigt Kältemittelzustände in dem Wärmepumpenkreislauf 10 der vierten Ausführungsform während der Heizbetriebsart. In 15 zeigt eine durchgezogene Linie Kältemittelzustände, wenn die PTC-Heizung 50 nicht betrieben wird, und eine Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen zeigt Kältemittelzustände, wenn die PTC-Heizung 50 betrieben wird.
  • Einige der Bezugszeichen in 15 sind die gleichen wie die in 10. Jedes der gleichen Bezugszeichen zwischen 15 und 10 zeigt einen Zustand von Kältemittel an, das in der gleichen Komponente des Wärmepumpenkreislaufs 10 strömt. Die Bezugszeichnen f und f' zeigen Zustände von Kältemittel an, das in dem Kältemittelverzweigungsabschnitt 70 strömt. Ein Bezugszeichnen g zeigt einen Zustand von Kältemittel an, das in einem Auslassabschnitt des thermostatischen Expansionsventils 72 strömt, d. h. einen Zustand von Kältemittel, das in einem Einlassabschnitt des Zwischendruckdurchgangsabschnitts 74b des Innenwärmetauschers 74 strömt.
  • Bezugszeichen h und h'' zeigen Zustände von Kältemittel an, das in einem Auslassabschnitt des Hochdruckdurchgangsabschnitts 74a des Innenwärmetauschers 74 strömt, d. h. Zustände von Kältemittel, das in einem Einlassabschnitt des elektrischen Expansionsventils 75 strömt. Ein Bezugszeichen c zeigt einen Zustand von Kältemittel an, das in einem Auslassabschnitt des elektrischen Expansionsventils 75 strömt, d. h. einen Zustand von Kältemittel, das in einem Einlassabschnitt des Außenwärmetauschers 20 strömt. Eine Enthalpieerhöhung, die durch eine Linie zwischen Punkten g und a2 in 15 angezeigt ist, und Enthalpieverringerungen, die durch Linien zwischen Punkten f und h und zwischen Punkten f'' und h'' in 15 angezeigt sind, basieren auf dem Innenwärmeaustausch in dem Innenwärmetauscher 74.
  • Wenn in der vierten Ausführungsform ähnlich den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die PTC-Heizung 50 betrieben wird, kann die Kompressionsarbeitsmenge (Δic2'' in 15) in dem höherstufigen Kompressionsmechanismus des Kompressors 11 größer gemacht werden als die (Δic2 in 15) in dem Fall, in dem die PTC-Heizung 50 nicht in Betrieb ist. Folglich kann die Luftheizkapazität in dem Innenkondensator 12 verbessert werden.
  • In der vierten Ausführungsform wird eine elektrische Heizung, wie etwa die PTC-Heizung 50 als ein Beispiel für die Hilfsheizung verwendet. Alternativ kann der Hilfswärmetauscher 60, der in der zweiten Ausführungsform beschrieben und in 12 gezeigt ist, als ein Beispiel für die Hilfsheizung in der vierten Ausführungsform verwendet werden.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • In den vierten bis fünften Ausführungsformen ist die PTC-Heizung 50 oder der Hilfswärmetauscher 60, der ein Beispiel für die Hilfsheizung ist, in der Luftströmungsrichtung strömungsaufwärtig von dem Innenkondensator 12 angeordnet. In einer fünften Ausführungsform ist eine PTC-Heizung 50, die ein Beispiel für die Hilfsheizung ist, in der Luftströmungsrichtung parallel zu einem Innenkondensator 12 angeordnet. Mit anderen Worten sind die PTC-Heizung 50 und der Innenkondensator 12 in einer Richtung senkrecht zu der Luftströmungsrichtung angeordnet.
  • Insbesondere ist ein Wärmeaustauschabschnitt des Innenkondensators 12, durch den Hochdruckkältemittel strömt, wie in 16 gezeigt, in der Richtung senkrecht zu der Luftströmungsrichtung in mehrere Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c getrennt. Zwei PTC-Heizungen 50 sind jeweils zwischen den Wärmeaustauschabschnitten 12a und 12b und zwischen den Wärmeaustauschabschnitten 12b und 12c angeordnet. Folglich sind die mehreren Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c und die zwei PTC-Heizungen 50, wie in 16 gezeigt, in Bezug auf die Luftströmungsrichtung in der fünften Ausführungsform parallel angeordnet.
  • Jeder der mehreren Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c umfasst Rohre, in denen Hochdruckkältemittel strömt, und Lamellen, die zwischen den Rohren angeordnet sind. Die mehreren Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c und die zwei PTC-Heizungen 50 sind durch ein beliebiges Befestigungsverfahren oder ähnliches in einem Zustand, in dem die zwei PTC-Heizungen 50 zwischen den mehreren Wärmeaustauschabschnitten 12a, 12b und 12c angeordnet sind, miteinander integriert. Daher ist der Innenkondensator 12 der fünften Ausführungsform mit den PTC-Heizungen 50 integriert.
  • Da die mehreren Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c und die zwei PTC-Heizungen 50 in Bezug auf die Luftströmungsrichtung in dem Innenkondensator 12 der fünften Ausführungsform parallel angeordnet sind, heizen die mehreren Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c und die PTC-Heizungen 50 Luft, die durch sie hindurch strömt, gleichzeitig, wenn die PTC-Heizungen 50 betrieben werden.
  • Der Innenkondensator 12 hat die vorstehend beschriebene integrierte Struktur. Außerdem sind die mehreren Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c, durch die das Hochdruckkältemittel strömt, und die zwei PTC-Heizungen 50 in der Richtung senkrecht zu der Luftströmungsrichtung abwechselnd angeordnet. Daher wird eine Temperatur von Luft, die in die Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c strömt, durch Heizwirkungen der PTC-Heizungen 50 erhöht, so dass sie höher als die in einem Fall ist, in dem die PTC-Heizungen 50 nicht bereitgestellt sind. Folglich können ein Druck des Hochdruckkältemittels und eine Kondensationstemperatur von Kältemittel erhöht werden, und eine Kompressionsarbeitsmenge des Kompressors 11 kann vergrößert werden. Als ein Ergebnis kann die Luftheizkapazität des Innenkondensators 12 verbessert werden.
  • In der fünften Ausführungsform wird eine elektrische Heizung, wie etwa die PTC-Heizung 50 als ein Beispiel für die Hilfsheizung verwendet. Alternativ kann der Hilfswärmetauscher 60, der in der zweiten Ausführungsform beschrieben und in 12 gezeigt ist, in der fünften Ausführungsform als ein Beispiel für die Hilfsheizung verwendet werden. Mit anderen Worten kann der Innenkondensator 12 einen Wärmetauscheraufbau haben, so dass die mehreren Wärmeaustauschabschnitte 12a, 12b und 12c, durch die das Hochdruckkältemittel strömt, und der Hilfswärmetauscher 60, durch den Wärmemedium zum Kühlen einer externen Wärmequelle strömt, abwechselnd und miteinander integriert angeordnet werden können.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, muss bemerkt werden, dass für Fachleute der Technik vielfältige Änderungen und Modifikationen offensichtlich werden. Folglich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann wie folgt vielfältig modifiziert werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
    • (1) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Offenbarung für die Fahrzeugklimaanlage 1 verwendet, die für ein Elektrofahrzeug verwendet wird. Die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann geeignet für ein Fahrzeug verwendet werden, in dem Abwärme von einem Verbrennungsmotor für die Verwendung als eine Wärmequelle zum Heizen von Luft nicht ausreicht. Zum Beispiel kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Offenbarung geeignet für ein Hybridfahrzeug verwendet werden, in dem eine Antriebskraft für den Fahrzeugbetrieb von dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor für den Fahrzeugbetrieb erhalten wird.
  • Überdies kann die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel für eine ortsfeste Klimaanlage, einen Kühltemperaturspeicher und eine Flüssigkeitsheizung verwendet werden. Wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung für die Flüssigkeitsheizung verwendet wird, kann ein Flüssigkeitskältemittelwärmetauscher als der vorstehend beschriebene nutzungsseitige Wärmetauscher verwendet werden, und eine Flüssigkeitspumpe oder ein Durchflusssteuerventil können als eine Durchflusssteuerung verwendet werden, die eine Strömungsmenge von Flüssigkeit einstellt, die in den Flüssigkeitswärmetauscher strömt.
    • (2) In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform werden der Elektromotor für den Fahrzeugbetrieb und der Inverter als die externe Wärmequelle verwendet, und das Kühlmittel (Wärmemedium), das den Elektromotor für den Fahrzeugbetrieb und den Inverter kühlt, wird als die Wärmequelle des Hilfswärmetauschers 60 verwendet. Jedoch sind die externe Wärmequelle und das Wärmemedium nicht auf dieses beschränkt. Wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel für eine Fahrzeugklimaanlage des vorstehend beschriebenen Hybridfahrzeugs verwendet wird, kann der Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs als die externe Wärmequelle verwendet werden, und ein Motorkühlmittel für das Hybridfahrzeug kann als das Wärmemedium verwendet werden.
  • Wenn die Kältemittelkreislaufvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ferner für eine ortsfeste Vorrichtung, wie etwa die ortsfeste Klimaanlage, den Kühltemperaturspeicher oder die Flüssigkeitsheizung, verwendet wird, kann ein Verbrennungsmotor für einen Kompressor der ortsfesten Vorrichtung als die externe Wärmequelle verwendet werden, und eine andere Wärmequelle der ortsfesten Vorrichtung kann als die externe Wärmequelle verwendet werden.
    • (3) In den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen wird die Luftheizkapazität der Hilfsheizung (z. B. der PTC-Heizung 50, des Hilfswärmetauschers 60) in Stufen geändert, indem die Betriebsart der Hilfsheizung zwischen der Hoch-Betriebsart, der Niedrig-Betriebsart und der Aus-Betriebsart umgeschaltet wird. In der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform wird die Luftheizkapazität der Hilfsheizung in mehreren Stufen geändert. Jedoch ist die Einstellung der Luftheizkapazität der Hilfsheizung nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel kann die Luftheizkapazität der Hilfsheizung gemäß der Zunahme eines Werts, der erhalten wird, indem der höherdruckseitige Kältemitteldruck Pd von dem Zieldruck TPd subtrahiert wird, allmählich und kontinuierlich erhöht werden.
    • (4) In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform hat der Hilfswärmetauscher 60 einen kleineren Wärmeaustauschbereich als den notwendigen Wärmeaustauschbereich, um den Hilfswärmetauscher 60 mit der Standardwärmetauschkapazität zu versehen, und hat somit eine niedrigere Heizkapazität als die Standardheizkapazität. Jedoch ist der Hilfswärmetauscher 60 nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann die Anzahl von Rohren des Hilfswärmetauschers 60 (Behälter- und Rohrwärmetauscher) oder die Anzahl von Lamellen zur Förderung des Wärmeaustauschs verringert werden, oder ein Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs kann verringert werden, so dass der Hilfswärmetrauscher 60 die Luftheizkapazität hat, die niedriger als die Standardheizkapazität ist. Überdies kann alternativ eine andere Art von Wärmetauscher als der Hilfswärmetauscher 60 verwendet werden.
    • (5) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird bei Schritt S6 in 4 die Klimatisierungsbetriebsart abhängig von einem Zustand Kühlbetriebsart, der des Betriebsartauswahlschalters aus der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart und der Heizbetriebsart bestimmt. Jedoch ist die Bestimmung der Klimatisierungsbetriebsart nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann die Kühlbetriebsart ausgewählt werden, wenn die Außentemperatur niedriger als die vorgegebene Temperatur ist, und die Heizbetriebsart kann ausgewählt werden, wenn die Außentemperatur höher als die vorgegebene Temperatur ist.
    • (6) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Größe X des Kältemittels, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, in der Heizbetriebsart auf kleiner oder gleich 0,1 festgelegt, indem eine Strömungscharakteristik der festen Drossel 17, die als ein Beispiel für die niederdruckseitige Expansionsvorrichtung verwendet wird, geeignet eingestellt wird. Jedoch ist die niederdruckseitige Expansionsvorrichtung nicht auf die feste Drossel 17 beschränkt.
  • Zum Beispiel kann ein variabler Drosselmechanismus mit einer dem ersten Expansionsventil 13 ähnlichen Struktur als die niederdruckseitige Expansionsvorrichtung verwendet werden. In diesem Fall kann die Klimatisierungssteuerung 40 die Größe X von Kältemittel, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, basierend auf einer Temperatur und einem Druck des Kältemittels, das in den Außenwärmetauscher 20 strömt, erfassen und kann einen Öffnungsgrad des variablen Drosselmechanismus als ein Beispiel für die niederdruckseitige Expansionsvorrichtung steuern, so dass die erfasste Größe X kleiner oder gleich 0,1 wird.
    • (7) In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart mit der Zunahme der Zielauslasstemperatur TAO von der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart in Stufen auf die vierte Entfeuchtungs-Heizbetriebsart umgeschaltet, aber das Umschalten der Entfeuchtungs-Heizbetriebsart ist nicht auf dieses beschränkt. Zum Beispiel kann die Entfeuchtungs-Heizbetriebsart in einer kontinuierlichen Weise gemäß der Zunahme der Zielauslasstemperatur TAO von der ersten Entfeuchtungs-Heizbetriebsart auf die vierte Entfeuchtungs-Heizbetriebsart umgeschaltet werden.
  • Folglich kann der Öffnungsgrad des ersten Expansionsventils 13 verringert werden, und der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsventils 22 kann gemäß der Zunahme der Zielauslasstemperatur TAO erhöht werden. Durch Ändern der Öffnungsgrade sowohl der ersten als auch der zweiten Expansionsventile 13, 22 können ein Druck und eine Temperatur von Kältemittel in dem Außenwärmetauscher 20 eingestellt werden. Daher kann der Außenwärmetauscher 20 automatisch von einem Zustand als ein Strahler auf einen Zustand als ein Verdampfer umgeschaltet werden.
  • Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten der Technik ohne weiteres einfallen. Die Offenbarung in ihrem weiteren Sinne ist daher nicht auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und veranschaulichende Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 7-190574 A [0002]

Claims (14)

  1. Kältemittelkreislaufvorrichtung, die umfasst: einen Kompressor (11) mit einem Ansaugkanal (11a), durch den Niederdruckkältemittel gesaugt wird, einem Ausstoßkanal (11c), durch den in einem Kompressionsabschnitt komprimiertes Hochdruckkältemittel ausgestoßen wird, und einem Zwischendruckkanal (11b), durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel angesaugt wird, um mit Kältemittel kombiniert zu werden, das in dem Kompressionsabschnitt komprimiert wird; einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (12), der ein Wärmetauschfluid durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmetauschfluid und dem von dem Kompressor (11) ausgestoßenen Hochdruckkältemittel heizt; einen Zwischendruckdurchgang (15), durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel, das durch die Dekompression des Hochdruckkältemittels erhalten wird, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömt, in den Zwischendruckkanal (11b) eingeleitet wird; einen Außenwärmetauscher (20), in dem Niederdruckkältemittel, das durch die Dekompression von aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömendem Hochdruckkältemittel erhalten wird, verdampft, wobei der Außenwärmetauscher (20) bewirkt, dass das verdampfte Niederdruckkältemittel zu dem Ansaugkanal (11a) strömt; und eine Hilfsheizung (50, 60), die das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit heizt, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher (12) das Wärmetauschfluid heizt.
  2. Kältemittelkreislaufvorrichtung, die umfasst: einen Kompressor (11), mit einem Ansaugkanal (11a), durch den Niederdruckkältemittel gesaugt wird, einem Ausstoßkanal (11c), durch den in einem Kompressionsabschnitt komprimiertes Hochdruckkältemittel ausgestoßen wird, und einem Zwischendruckkanal (11b), durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel gesaugt wird, um mit Kältemittel kombiniert zu werden, das in dem Kompressionsabschnitt komprimiert wurde; einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (12), der ein Wärmetauschfluid durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmetauschfluid und dem von dem Kompressor (11) ausgestoßenen Hochdruckkältemittel heizt; eine höherdruckseitige Expansionsvorrichtung (13), die aufgebaut ist, um das Hochdruckkältemittel, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömt, in Zwischendruckkältemittel zu dekomprimieren; einen Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt (14), der aufgebaut ist, um das aus der hochdruckseitigen Expansionsvorrichtung (13) strömende Zwischendruckkältemittel in gasförmiges Zwischendruckkältemittel und flüssiges Zwischendruckkältemittel abzuscheiden, wobei der Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt (14) bewirkt, dass das abgeschiedene gasförmige Zwischendruckkältemittel zu dem Zwischendruckkanal (11b) strömt; eine niederdruckseitige Expansionsvorrichtung (17), die aufgebaut ist, um das aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheidungsabschnitt (14) abgeschiedene flüssige Zwischendruckkältemittel zu Niederdruckkältemittel zu dekomprimieren; einen Außenwärmetauscher (20), in dem das aus der niederdruckseitigen Expansionsvorrichtung (17) strömende Niederdruckkältemittel verdampft, wobei der Außenwärmetauscher (20) bewirkt, dass das verdampfte Niederdruckkältemittel zu dem Ansaugkanal (11a) strömt; und eine Hilfsheizung (50, 60), die das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit heizt, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher (12) das Wärmetauschfluid heizt.
  3. Kältemittelkreislaufvorrichtung, die umfasst: einen Kompressor (11) mit einem Ansaugkanal (11a), durch den Niederdruckkältemittel gesaugt wird, einem Ausstoßkanal (11c), durch den in einem Kompressionsabschnitt komprimiertes Hochdruckkältemittel ausgestoßen wird, und einem Zwischendruckkanal (11b), durch den gasförmiges Zwischendruckkältemittel gesaugt wird, um mit Kältemittel kombiniert zu werden, das in dem Kompressionsabschnitt komprimiert wurde; einen nutzungsseitigen Wärmetauscher (12), der ein Wärmetauschfluid durch Durchführen des Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmetauschfluid und dem von dem Kompressor (11) ausgestoßenen Hochdruckkältemittel durchführt; einen Kältemittelverzweigungsabschnitt (70), an dem ein Kältemitteldurchgang des Hochdruckkältemittels, das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömt, in einen ersten Kältemitteldurchgang (71) und einen zweiten Kältemitteldurchgang (73) verzweigt; eine erste Expansionsvorrichtung (72), die in dem ersten Kältemitteldurchgang (71) bereitgestellt ist, um das aus dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) strömende Hochdruckkältemittel in Zwischendruckkältemittel zu dekomprimieren; einen Innenwärmetauscher (74), in dem das Hochdruckkältemittel, das von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) durch den zweiten Kältemitteldurchgang strömt, Wärme mit dem Zwischendruckkältemittel austauscht, das von der ersten Expansionsvorrichtung (72) dekomprimiert wird, wobei der Innenwärmtauscher (74) bewirkt, dass das wärmegetauschte Zwischendruckkältemittel zu dem Zwischendruckkanal (11b) strömt; eine zweite Expansionsvorrichtung (75), die aufgebaut ist, um das wärmegetauschte Hochdruckkältemittel, das aus dem Innenwärmetauscher (74) strömt, in Niederdruckkältemittel zu dekomprimieren; einen Außenwärmetauscher (20), in dem das aus der zweiten Expansionsvorrichtung (75) strömende Niederdruckkältemittel verdampft, wobei der Außenwärmetauscher (20) bewirkt, dass das verdampfte Niederdruckkältemittel zu dem Ansaugkanal (11a) strömt; eine Hilfsheizung (50, 60), die das Wärmetauschfluid vor oder zu der gleichen Zeit heizt, zu der der nutzungsseitige Wärmetauscher (12) das Wärmetauschfluid heizt.
  4. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hilfsheizung (50, 60) in einer Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids strömungsaufwärtig von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) angeordnet ist, um das Wärmetauschfluid zu heizen, bevor das Wärmetauschfluid von dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) geheizt wird.
  5. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hilfsheizung (50, 60) und der nutzungsseitige Wärmetauscher (12) in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids angeordnet sind und miteinander integriert sind, um das Wärmetauschfluid gleichzeitig zu heizen.
  6. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hilfsheizung (50, 60) eine niedrigere Heizkapazität als eine Standardheizkapazität hat, die als eine notwendige Heizkapazität der Hilfsheizung (50, 60) zum Heizen des Wärmetauschfluids auf eine Zieltemperatur (TAO) in einem Fall definiert ist, in dem (i) die Hilfsheizung (50, 60) eingerichtet ist, um das Wärmetauschfluid, das in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) geheizt wurde, zu heizen, und in dem (ii) die Heizkapazität der Hilfsheizung (50, 60) und eine Heizkapazität des nutzungsseitigen Wärmetauschers (12) verwendet werden, um das Wärmetauschfluid zu heizen.
  7. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner umfasst einen Heizkapazitätseinstellabschnitt (40a, 62), der aufgebaut ist, um eine Heizkapazität der Hilfsheizung (50, 60) zum Heizen des Wärmetauschfluids derart einzustellen, dass ein Druck des Kältemittels in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) ein Zieldruck (TPd) wird.
  8. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hilfsheizung (50, 60) eine elektrische Heizung (50) ist, die Wärme erzeugt, indem sie eine elektrische Leistungsversorgung erhält.
  9. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hilfsheizung (50, 60) ein Hilfswärmetauscher (60) ist, der aufgebaut ist, um das Wärmetauschfluid unter Nutzung des Wärmemediums zu heizen, das eine externe Wärmequelle kühlt.
  10. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Hilfsheizung (50, 60) eine elektrische Heizung (50) ist, die Wärme erzeugt, indem sie eine elektrische Leistungsversorgung erhält, und der Heizkapazitätseinstellabschnitt (40a) die Heizkapazität der elektrischen Heizung (50) einstellt, indem er eine Zuführung der elektrischen Leistung an die elektrische Heizung (50) einstellt.
  11. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Hilfsheizung (50, 60) ein Hilfswärmetauscher (60) ist, der aufgebaut ist, um das Wärmetauschfluid unter Verwendung eines Wärmemediums, das eine externe Wärmequelle kühlt, als eine Wärmequelle zu heizen, und der Heizkapazitätseinstellabschnitt (62) die Heizkapazität des Hilfswärmetauschers (60) einstellt, indem er eine Strömungsmenge des Wärmemediums, die in den Hilfswärmetauscher (60) strömt, einstellt.
  12. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Hilfsheizung (50, 60) mehrere elektrische Heizungen (50) ist, die aufgebaut sind, um durch ihre Speisung mit Energie Wärme zu erzeugen, und der Heizkapazitätseinstellabschnitt (40a) die Heizkapazität der mehreren elektrischen Heizungen (50) einstellt, indem er die Anzahl von mit Energie gespeisten elektrischen Heizungen ändert.
  13. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 7, 10 bis 12, wobei der Heizkapazitätseinstellabschnitt (40a, 62) die Hilfsheizung (50, 60) aktiviert, wenn die Kapazität des nutzungsseitigen Wärmetauschers (12) zum Heizen des Wärmetauschfluids nicht in der Lage ist, durch eine Heizkapazitätssteuerung des nutzungsseitigen Wärmetauschers (12) erhöht zu werden.
  14. Kältemittelkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 7, 10 bis 13, wobei der Heizkapazitätseinstellabschnitt (40a, 62) die Kapazität der Hilfsheizung (50, 60) zum Heizen des Wärmetauschfluids verringert, wenn der Druck (Pd) von Kältemittel in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) höher als der Zieldruck (TPd) ist, und der Heizkapazitätseinstellabschnitt (40a, 62) die Kapazität der Hilfsheizung (50, 60) zum Heizen des Wärmetauschfluids erhöht, wenn der Druck (Pd) von Kältemittel in dem nutzungsseitigen Wärmetauscher (12) kleiner oder gleich dem Zieldruck (TPd) ist.
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