DE112020005910T5

DE112020005910T5 - Fahrzeugwärmepumpensystem

Info

Publication number: DE112020005910T5
Application number: DE112020005910.3T
Authority: DE
Inventors: Moo Joong KIM; Hyeong Kyu Jin; Hae Jun Lee; Sung Je Lee; Dong Woo HWANG; In Guk Hwang
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2022-09-15
Also published as: US20220410657A1; CN114761261A; WO2021112522A1

Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Fahrzeugwärmepumpensystem bereit, das einen Kompressor, der so konfiguriert ist, dass er ein Kühlmittel komprimiert und zirkulieren lässt, einen Kondensator, der so konfiguriert ist, dass er das komprimierte Kühlmittel kondensiert, ein erstes Expansionsventil, das so konfiguriert ist, dass es das kondensierte Kühlmittel expandiert, einen Verdampfer, der so konfiguriert ist, dass er das durch das erste Expansionsventil expandierte Kühlmittel verdampft, indem er es dem Kühlmittel ermöglicht, Wärme mit einem Kühlmittel auszutauschen, einen Innenraumkühler, der so konfiguriert ist, dass er einen Fahrzeuginnenraum kühlt, indem er dem Kühlmittel, das den Verdampfer passiert hat, ermöglicht, Wärme mit der Luft auszutauschen, und einen Kühler, der so konfiguriert ist, dass er dem Kühlmittel zum Kühlen einer elektrischen Komponente ermöglicht, Wärme mit der Außenluft auszutauschen, wobei das Kühlmittel, das den Kühler passiert hat, in einem Heizmodus in den Verdampfer fließt.

Description

[Gebiet der Technik]
Eine Ausführungsform betrifft ein Fahrzeugwärmepumpensystem.
[Technischer Hintergrund]
Die Entwicklung und Erforschung umweltfreundlicher Technologien und alternativer Energiequellen als Ersatz für fossile Rohstoffe hat dazu geführt, dass Elektro- und Hybridfahrzeuge in den letzten Jahren zu den attraktivsten Bereichen der Fahrzeugindustrie zählen. In den Elektro- und Hybridfahrzeugen werden Batterien eingebaut, um die Antriebsenergie bereitzustellen. Die Energie der Batterie wird nicht nur für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt, sondern auch zum Kühlen oder Heizen des Fahrzeuginnenraums.
Wenn die Batterie als Wärmequelle zum Kühlen oder Heizen des Innenraums des Fahrzeugs verwendet wird, das die Antriebskraft über die Batterie bereitstellt, verringert sich die Fahrstrecke in diesem Maße. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Verfahren zur Anwendung eines Wärmepumpensystems, das in der verwandten Technik weithin als Haushaltskühl- oder -heizgerät verwendet wird, auf das Fahrzeug vorgeschlagen.
Als Referenz bezieht sich die Wärmepumpe auf einen Prozess, bei dem Wärme mit niedriger Temperatur absorbiert und die absorbierte Wärme an einen Ort mit hoher Temperatur übertragen wird. Die Wärmepumpe führt beispielsweise einen Kreislauf durch, bei dem ein flüssiges Kältemittel durch Verdampfen in einem Verdampfer und Aufnahme von Wärme aus der Umgebung in ein gasförmiges Kältemittel umgewandelt wird und das gasförmige Kältemittel durch Abgabe von Wärme an die Umgebung mittels eines Kondensators in ein flüssiges Kältemittel umgewandelt wird. Die Anwendung der Wärmepumpe auf das Elektro- oder Hybridfahrzeug kann vorteilhaft eine unzureichende Wärmequelle in einem allgemeinen Klimaanlagengehäuse im verwandten Stand der Technik sicherstellen.
1 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Sekundärkreislauf-Kühlsystems eines Fahrzeugwärmepumpensystems aus dem Stand der Technik zeigt.
Wie in 1 dargestellt, kühlt und heizt ein Fahrzeugwärmepumpensystem nach dem Stand der Technik, indem es eine Kältemittel-Zirkulationsleitung verwendet, die durch einen Kompressor 10, einen Kondensator 20, ein Expansionsventil 30 und einen Kühler 40 zirkuliert, sowie eine Kühlmittel-Zirkulationsleitung, die Wärme mit einem Kältemittel austauscht, das durch den Kühler 40 fließt.
Ein Problem besteht jedoch darin, dass das Sekundärkreislauf-Kühlsystem eine geringere Kühlleistung hat als ein direktes Kühlsystem. Da das Sekundärkreislauf-Kühlsystem in erster Linie ein Kühlmittel kühlt und dann den Fahrzeuginnenraum kühlt, indem es die Luft mit dem Kühlmittel kühlt, ohne die Luft direkt zu kühlen, besteht das Problem darin, dass sich die Effizienz verschlechtert.
[Offenlegung]
[Technisches Problem]
Ziel der Ausführungsform ist es, die Heizleistung zu verbessern, indem die Wärme der Außenluft in einem Verdampfer mit Hilfe eines Heizkörpers aufgenommen wird.
Ein weiteres Ziel der Ausführungsform ist die Verbesserung der Heizleistung durch die selektive Nutzung von Außenluft, Abwärme eines elektrischen Bauteils und Abwärme einer Batterie als wärmeabsorbierende Quellen.
Ein weiteres Ziel der Ausführungsform ist die Vereinfachung eines Kältemittelkreislaufs durch die Verwendung eines Sekundärkreislaufs und die Sicherstellung der preislichen Wettbewerbsfähigkeit durch die Reduzierung der Anzahl von Wärmetauschern und Kältemittelventilen.
Ein weiteres Ziel der Ausführungsform ist es, eine Kühlmittelkreislaufleitung zu konfigurieren, in der ein Kühlmittel durch einen Kühler und ein elektrisches Bauteil in Reihe fließen kann.
Ein weiteres Ziel der Ausführungsform ist es, die Heizleistung zu verbessern, indem ein Kühlmittel mit einer konstanten Durchflussrate in einer Kühlmittelzirkulationsleitung unter Verwendung der Struktur fließen kann.
Technische Probleme, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden sollen, sind nicht auf die oben genannten technischen Probleme beschränkt, und andere technische Probleme, die oben nicht erwähnt sind, können von den Fachleuten aus den folgenden Beschreibungen klar verstanden werden.
[Technische Lösung]
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Fahrzeugwärmepumpensystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Kompressor, der so konfiguriert ist, dass er ein Kühlmittel komprimiert und zirkulieren lässt; einen Kondensator, der so konfiguriert ist, dass er das komprimierte Kühlmittel kondensiert; ein erstes Expansionsventil, das so konfiguriert ist, dass es das kondensierte Kühlmittel expandiert; einen Verdampfer, der so konfiguriert ist, dass er das durch das erste Expansionsventil expandierte Kühlmittel verdampft, indem er es dem Kühlmittel ermöglicht, Wärme mit einem Kühlmittel auszutauschen einen Innenraumkühler, der so konfiguriert ist, dass er einen Fahrzeuginnenraum kühlt, indem er dem Kühlmittel, das den Verdampfer passiert hat, erlaubt, Wärme mit Luft auszutauschen; und einen Kühler, der so konfiguriert ist, dass er dem Kühlmittel zum Kühlen einer elektrischen Komponente erlaubt, Wärme mit Außenluft auszutauschen, wobei das Kühlmittel, das den Kühler passiert hat, in einem Heizmodus in den Verdampfer fließt.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem ferner Folgendes umfassen: eine Heizleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum durch Zirkulieren des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht, durch den Kondensator erwärmt; und eine Kühlleitung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Batterie und die elektrische Komponente durch Zirkulieren des Kühlmittels, das Wärme mit Luft oder dem Kältemittel austauscht, kühlt.
Insbesondere können ein dritter und ein fünfter Kühlmittelanschluss in der Kältemittelleitung angeordnet sein, so dass eine fünfte Kältemittelleitung definiert wird, die durch den Kühler und den Verdampfer zirkuliert.
Insbesondere kann die fünfte Kältemittelleitung mit einer Kühlleitung verbunden sein, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum kühlt, indem sie das Kühlmittel, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht, durch den Verdampfer zirkulieren lässt, und der Innenraumkühler kann in der Kühlleitung angeordnet sein.
Insbesondere kann eine vierte Kühlmittelverbindung, die zum Anschluss der Kühlleitung konfiguriert ist, in der fünften Kühlleitung angeordnet sein, und ein fünftes Richtungsumschaltventil, das konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob das Kühlmittel zur Kühlleitung zirkuliert, kann in der fünften Kühlleitung angeordnet sein.
Insbesondere kann die Kühlleitung eine dritte Pumpe umfassen, die zwischen dem Verdampfer und dem Kabinenkühler angeschlossen ist, und die dritte Pumpe kann zwischen dem vierten Kühlmittelanschluss und dem Verdampfer angeordnet sein.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem Folgendes umfassen: eine erste Anschlussleitung, die von einer Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist; und eine zweite Anschlussleitung, die von der anderen Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist.
Insbesondere können die erste Anschlussleitung, die zweite Anschlussleitung und die Heizleitung an ein zweites Richtungsumschaltventil angeschlossen werden, und die Kälteleitung und die Heizleitung können durch das zweite Richtungsumschaltventil miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.
Insbesondere kann das elektrische Bauteil in der zweiten Anschlussleitung angeordnet sein und eine dritte Anschlussleitung, die von einer ersten, in der Kälteleitung angeordneten Kühlmittelverbindung abzweigt, kann durch den Chiller geführt werden.
Insbesondere kann ein viertes Richtungsumschaltventil in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet sein und eine Strömungsrichtung des Kühlmittels steuern, nachdem es das elektrische Bauteil passiert hat, das vierte Richtungsumschaltventil kann mit einer dritten Kühlmittelverbindung der dritten Verbindungsleitung durch eine vierte Verbindungsleitung verbunden sein, und die dritte Kühlmittelverbindung kann an einer Seite neben einem Einlass des Kühlers angeordnet sein.
Insbesondere kann das Kältemittel, das den Verflüssiger passiert hat, eine erste Kältemittelleitung umfassen, die von einer Seite des Kältemittelverzweigungsteils abzweigt und durch das erste Expansionsventil und den Verdampfer führt, sowie eine zweite Kältemittelleitung, die von der anderen Seite des Kältemittelverzweigungsteils abzweigt und durch das zweite Expansionsventil und den Kühler führt.
Insbesondere kann ein Kältemittel-Wärmetauscher in der ersten Kältemittelleitung angeordnet sein, der Kältemittel-Wärmetauscher kann zwischen dem Kältemittelverzweigungsteil und dem ersten Expansionsventil angeordnet sein, und das in das erste Expansionsventil eingeleitete Kältemittel und das Kältemittel, das den Verdampfer passiert hat, können miteinander Wärme austauschen.
Insbesondere kann die Heizleitung Folgendes umfassen: einen Heizkern, der so konfiguriert ist, dass er den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung von Luft erwärmt, die erwärmt wird, wenn die in den Fahrzeuginnenraum eingeleitete Luft Wärme mit dem Kühlmittel austauscht, das durch den Kondensator Wärme mit dem Kühlmittel austauscht; und eine Kühlmittelheizung, die in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Heizkern angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel erwärmt.
Insbesondere kann das fünfte Richtungsumschaltventil im Heizbetrieb einen Durchflussweg der Kühlleitung schließen.
Insbesondere das vierte Richtungsumschaltventil steuert die Richtung des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel, das die Wärme des Heizkörpers und des elektrischen Bauteils aufnimmt, durch den Kühler fließt.
Insbesondere im Kühlbetrieb kann das fünfte Richtungsumschaltventil die Kühlleitung in einem geschlossenen Kreislauf umwälzen.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem umfassen: eine Kältemittelzirkulationsleitung, in der der Kompressor, der Kondensator, der Verdampfer und ein Kühler angeordnet sind und das Kältemittel zirkuliert; eine Kühlleitung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Batterie kühlt, indem sie das Kühlmittel zirkulieren lässt, das Wärme mit der Luft oder dem Kältemittel austauscht; eine Kühlleitung, in der der Innenraumkühler angeordnet ist, wobei die Kühlleitung so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum kühlt, indem sie das durch den Verdampfer fließende Kühlmittel verwendet; und eine Kühlverbindungsleitung, die so konfiguriert ist, dass sie die Kühlleitung und die Kühlleitung verbindet, wobei die Kühlleitung und die Kühlleitung durch ein erstes Richtungsschaltventil verbunden werden können und die Kühlleitung und die Kühlleitung in Abhängigkeit von einem Klimatisierungsmodus getrennt und verbunden werden können.
Insbesondere kann eine Seite der Kühlverbindungsleitung zwischen dem Verdampfer und dem Kabinenkühler angeordnet sein.
Insbesondere kann die Kältemittelzirkulationsleitung den Kompressor, den Verflüssiger, das Kältemittelverzweigungsteil, eine erste Kältemittelleitung, die von dem Kältemittelverzweigungsteil nach einer Seite abzweigt und so gestaltet ist, dass das erste Expansionsventil und der Verdampfer darin angeordnet sind, eine zweite Kältemittelleitung, die von dem Kältemittelverzweigungsteil nach der anderen Seite abzweigt und so gestaltet ist, dass das zweite Expansionsventil und der Kühler darin angeordnet sind, und einen Speicher umfassen, durch den das Kältemittel, das die erste Kältemittelleitung und die zweite Kältemittelleitung durchlaufen hat, fließt.
Insbesondere kann die Kältemittelkreislaufleitung auch einen Kältemittelwärmetauscher enthalten, in dem das durch den Verflüssiger fließende Kältemittel und das durch den Speicher fließende Kältemittel Wärme miteinander austauschen.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem außerdem eine Heizleitung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum durch Zirkulation des Kühlmittels, das mit dem Kältemittel Wärme austauscht, durch den Kondensator heizt.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem Folgendes umfassen: eine erste Anschlussleitung, die von einer Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist; und eine zweite Anschlussleitung, die von der anderen Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist.
Insbesondere können die erste Anschlussleitung, die zweite Anschlussleitung und die Heizleitung an ein zweites Richtungsumschaltventil angeschlossen werden, und die Kälteleitung und die Heizleitung können durch das zweite Richtungsumschaltventil miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.
Insbesondere kann das elektrische Bauteil in der ersten Anschlussleitung angeordnet sein.
Insbesondere kann eine dritte Verbindungsleitung, die von einem in der Kältemittelleitung angeordneten ersten Kühlmittelanschluss abzweigt, durch die Kältemaschine geführt werden, und ein mit der Kältemittelleitung verbundenes drittes Richtungsumschaltventil kann in der dritten Verbindungsleitung angeordnet sein.
Insbesondere kann die dritte Anschlussleitung parallel zu der Kühlleitung verlaufen, in der sich die Batterie befindet.
Insbesondere kann ein Vorratsbehälter an einem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten Anschlussleitung und der Kälteleitung angeordnet sein.
Insbesondere, wenn der Klimatisierungsmodus der Heizmodus ist, kann ein Bereich der Kühlleitung und ein Bereich der Kühlleitung durch die Betätigung des ersten Richtungsumschaltventils verbunden werden, so dass das Kühlmittel zirkulieren kann.
Insbesondere kann die Batterie in der dritten Anschlussleitung angeordnet sein, eine vierte Anschlussleitung kann zwischen der Batterie und der Kältemaschine angeordnet sein, eine Seite der vierten Anschlussleitung kann mit der zweiten Anschlussleitung verbunden sein, die andere Seite der vierten Anschlussleitung kann mit der dritten Anschlussleitung verbunden sein, und ein viertes Richtungsschaltventil kann in einem Bereich angeordnet sein, in dem die zweite Anschlussleitung und die vierte Anschlussleitung verbunden sind.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem Folgendes umfassen: ein zweites Expansionsventil, das so konfiguriert ist, dass es das kondensierte Kältemittel expandiert; einen Kühler, der so konfiguriert ist, dass das durch das zweite Expansionsventil expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel austauschen kann; und das elektrische Bauteil, das so konfiguriert ist, dass es durch das Kühlmittel gekühlt wird, und im Heizmodus kann das Kühlmittel, nachdem es den Kühler passiert hat, Wärme mit dem elektrischen Bauteil austauschen und dann in den Kühler fließen.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem ferner Folgendes umfassen: eine Heizleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum durch Zirkulieren des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht, durch einen ersten Wärmetauscher erwärmt; und eine Kühlleitung, die so konfiguriert ist, dass sie eine wärmeerzeugende Komponente und die elektrische Komponente durch Zirkulieren des Kühlmittels, das Wärme mit Luft oder dem Kältemittel austauscht, kühlt.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem Folgendes umfassen: eine erste Anschlussleitung, die von einer Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist; und eine zweite Anschlussleitung, die von der anderen Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist.
Insbesondere können die erste Anschlussleitung, die zweite Anschlussleitung und die Heizleitung an ein zweites Richtungsumschaltventil angeschlossen werden, und die Kälteleitung und die Heizleitung können durch das zweite Richtungsumschaltventil miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.
Insbesondere kann das elektrische Bauteil in der zweiten Anschlussleitung angeordnet sein und eine dritte Anschlussleitung, die von einer ersten, in der Kälteleitung angeordneten Kühlmittelverbindung abzweigt, kann durch den Chiller geführt werden.
Insbesondere kann ein viertes Richtungsumschaltventil in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet sein und eine Strömungsrichtung des Kühlmittels steuern, nachdem es das elektrische Bauteil passiert hat, das vierte Richtungsumschaltventil kann mit einer dritten Kühlmittelverbindung der dritten Verbindungsleitung durch eine vierte Verbindungsleitung verbunden sein, und die dritte Kühlmittelverbindung kann an einer Seite neben einem Einlass des Kühlers angeordnet sein.
Insbesondere können die erste und die dritte Kühlmitteldurchführung integriert sein und vier Abzweigungen haben.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem außerdem eine zweite Kühlleitung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum kühlt, indem sie das Kühlmittel, das Wärme mit dem Kältemittel austauscht, durch den zweiten Wärmetauscher zirkulieren lässt.
Insbesondere kann die zweite Kühlleitung Folgendes umfassen: einen Innenraumkühler, der so konfiguriert ist, dass er den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung von Luft kühlt, die gekühlt wird, wenn die in den Fahrzeuginnenraum eingeleitete Luft durch den zweiten Wärmetauscher Wärme mit dem Kältemittel austauscht; und eine dritte Pumpe, die zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem Innenraumkühler angeschlossen ist, und eine Kühlmittelleitung, die mit dem zweiten Wärmetauscher, der dritten Pumpe und dem Innenraumkühler verbunden ist, kann einen geschlossenen Kreislauf bilden.
Insbesondere kann das Fahrzeugwärmepumpensystem ferner eine Klimaanlage mit einem Luftgebläse umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Luft in den Fahrzeuginnenraum bläst, wobei der zweite Wärmetauscher und die dritte Pumpe außerhalb der Klimaanlage angeordnet sein können und der Innenraumkühler innerhalb der Klimaanlage angeordnet sein kann.
Insbesondere kann das Kältemittel, das den ersten Wärmetauscher durchlaufen hat, eine erste Kältemittelleitung umfassen, die von einer Seite des Kältemittelverzweigungsteils abzweigt und durch das erste Expansionsventil und den zweiten Wärmetauscher verläuft, sowie eine zweite Kältemittelleitung, die von der anderen Seite des Kältemittelverzweigungsteils abzweigt und durch das zweite Expansionsventil und den Kühler verläuft.
Insbesondere kann ein Kältemittelwärmetauscher in der ersten Kältemittelleitung angeordnet sein, der Kältemittelwärmetauscher kann zwischen dem Kältemittelabzweig und dem ersten Expansionsventil angeordnet sein, und das in das erste Expansionsventil eingeleitete Kältemittel und das Kältemittel, das den zweiten Wärmetauscher passiert hat, können miteinander Wärme austauschen.
Insbesondere kann die Heizleitung Folgendes umfassen: einen Heizkern, der so konfiguriert ist, dass er den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung von Luft erwärmt, die erwärmt wird, wenn die in den Fahrzeuginnenraum eingeleitete Luft Wärme mit dem Kühlmittel austauscht, das durch den ersten Wärmetauscher Wärme mit dem Kühlmittel austauscht; und eine Kühlmittelheizung, die in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Heizkern angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel erwärmt.
Insbesondere im Kühlbetrieb können die Heizleitung und die Kühlleitung miteinander verbunden werden.
Insbesondere kann das vierte Richtungsumschaltventil den Durchfluss des Kühlmittels in die Kältemaschine blockieren.
Insbesondere im Heizbetrieb können die Heizleitung und die Kühlleitung voneinander getrennt sein, und das in der Kühlleitung fließende Kühlmittel kann beim Durchströmen des Heizkörpers und des elektrischen Bauteils Wärme aufnehmen und mit dem Kühlmittel im Kühler Wärme austauschen.
[Vorteilhafte Wirkungen]
Gemäß der Ausführungsform kann der Heizkörper im Verdampfer die Wärme der Außenluft aufnehmen und so die Heizleistung verbessern.
Außerdem kann die Durchflussmenge im wärmeabsorbierenden Kühlstrompfad durch Veränderung der Position der Pumpe zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums erhöht werden, wodurch die Heizleistung verbessert wird.
Darüber hinaus können Außenluft, Abwärme der elektrischen Komponente und Abwärme der Batterie selektiv als wärmeabsorbierende Quelle genutzt werden, wodurch die Heizleistung je nach Heizsituation verbessert wird.
Durch die Verwendung des Sekundärkreislaufs ist es möglich, den Kältemittelkreislauf zu vereinfachen und durch die Verringerung der Anzahl von Wärmetauschern und Kältemittelventilen die preisliche Wettbewerbsfähigkeit zu gewährleisten.
Darüber hinaus ist es möglich, durch die Verwendung mehrerer Ventilstrukturen verschiedene Klimatisierungsmodi zu realisieren.
Darüber hinaus ist es möglich, den Fahrzeuginnenraum nur durch die Nutzung der Abwärme der elektrischen Komponente und der Abwärme der Batterie zu beheizen.
Darüber hinaus ist es möglich, die Temperatur der Batterie zu erhöhen und gleichzeitig den Innenraum des Fahrzeugs zu heizen.
Darüber hinaus ist es möglich, die Wärmeabsorptionsleistung und die Heizleistung durch eine Verbesserung der Struktur des Systems zu erhöhen.
Darüber hinaus ist es möglich, die Heizungseffizienz zu verbessern, während die Kühl- und Heizungszirkulationsleitungen in der verwandten Technik durch Verbesserung der Struktur implementiert werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Heizleistung durch Verbesserung der Leistung bei der Absorption von Abwärme der elektrischen Komponente zu verbessern. Darüber hinaus ist es möglich, die maximale Heizleistung zu erreichen, indem eine Struktur verwendet wird, die in der Lage ist, gleichzeitig die Wärme der Außenluft und die Abwärme des elektrischen Bauteils zu absorbieren.
Die verschiedenen, vorteilhaften Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die oben genannten Inhalte beschränkt und können im Verlauf der Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung leichter verstanden werden.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Sekundärkreislauf-Kühlsystems eines Fahrzeugwärmepumpensystems aus dem verwandten Stand der Technik gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform von 2 zeigt.
4 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem Heizmodus in 2 zeigt.
5 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem Heizmodus in 3 zeigt.
6 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem Kühlmodus in 3 zeigt.
7 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem ersten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
9 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem zweiten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
10 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem dritten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
11 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem vierten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
12 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem fünften Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
13 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem sechsten Klimatisierungsmodus in 1 zeigt.
14 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem ersten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
16 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem zweiten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
17 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem dritten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
18 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem vierten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
19 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem fünften Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
20 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem sechsten Klimatisierungsmodus in 8 zeigt.
21 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform von 21 zeigt.
23 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem maximalen Heizmodus in 21 zeigt.
24 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem Kühlmodus in 21 zeigt.
25 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem allgemeinen Heizmodus zeigt.

[Ausführung der Erfindung]
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Der technische Geist der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf einige hierin beschriebene Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen unterschiedlichen Formen umgesetzt werden. Eines oder mehrere der in den Ausführungsformen enthaltenen Elemente können im Rahmen des technischen Geistes der vorliegenden Erfindung selektiv kombiniert und ersetzt werden.
Darüber hinaus können die in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe), sofern sie nicht ausdrücklich anders definiert und angegeben sind, so ausgelegt werden, wie sie von einer Person mit normaler Fachkenntnis auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, gemeinhin verstanden werden können. Die Bedeutung der allgemein gebräuchlichen Begriffe, wie z. B. der in Wörterbüchern definierten Begriffe, kann unter Berücksichtigung der kontextuellen Bedeutung der betreffenden Technologie ausgelegt werden.
Darüber hinaus dienen die in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe der Erläuterung der Ausführungsformen und nicht der Einschränkung der vorliegenden Erfindung.
In der vorliegenden Beschreibung kann, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, eine Singularform auch eine Pluralform umfassen. Der Ausdruck „mindestens eine (oder eine oder mehrere) von A, B und C“ kann eine oder mehrere aller Kombinationen umfassen, die durch die Kombination von A, B und C gebildet werden können.
Darüber hinaus können die Begriffe erste, zweite, A, B, (a) und (b) zur Beschreibung von Bestandteilen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Diese Begriffe werden nur zur Unterscheidung eines Bestandteils von einem anderen Bestandteil verwendet, und die Art, die Reihenfolge oder die Ordnungen der Bestandteile werden durch diese Begriffe nicht eingeschränkt.
Wenn ein Bestandteil als mit einem anderen Bestandteil „verbunden“, „gekoppelt“ oder „angebracht“ bezeichnet wird, kann ein Bestandteil direkt mit einem anderen Bestandteil verbunden, gekoppelt oder angebracht sein oder mit einem anderen Bestandteil über einen weiteren, dazwischen liegenden Bestandteil verbunden, gekoppelt oder angebracht sein.
Darüber hinaus schließt die Erläuterung „ein konstituierendes Element ist über (auf) oder unter (unter) einem anderen konstituierenden Element gebildet oder angeordnet“ nicht nur einen Fall ein, in dem die beiden konstituierenden Elemente in direktem Kontakt miteinander stehen, sondern auch einen Fall, in dem ein oder mehrere zusätzliche konstituierende Elemente zwischen den beiden konstituierenden Elementen gebildet oder angeordnet sind. Darüber hinaus kann der Ausdruck „oberhalb (auf) oder unterhalb (unter)“ sowohl eine Richtung nach unten als auch eine Richtung nach oben in Bezug auf ein Bauelement bedeuten.
Nachfolgend werden die Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Gleiche oder korrespondierende Bestandteile werden unabhängig von den Bezugsziffern mit den gleichen Bezugsziffern versehen, und eine wiederholte Beschreibung entfällt.
In den 2 bis 25 sind nur die wichtigsten Merkmale deutlich dargestellt, um die vorliegende Erfindung konzeptionell und klar zu verstehen. Infolgedessen sind verschiedene Modifikationen der Zeichnungen zu erwarten, und der Umfang der vorliegenden Erfindung muss nicht auf bestimmte, in den Zeichnungen dargestellte Formen beschränkt werden.
In den bis ist eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
2 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 2 kann das Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kühlmittelzirkulationsleitung 100, die so konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel zirkulieren und einen Fahrzeuginnenraum kühlen kann, und eine Kühlmittelzirkulationsleitung 200, die so konfiguriert ist, dass sie ein Kühlmittel zirkulieren, den Fahrzeuginnenraum erwärmen und Komponenten kühlen kann, umfassen. Ferner kann die Kühlmittelzirkulationsleitung 200 eine Heizleitung 230 zum Heizen des Fahrzeuginnenraums und eine Kühlleitung 210 zum Kühlen einer elektrischen Komponente 253 und einer Batterie 213 umfassen.
Die Kältemittelzirkulationsleitung 100 kann einen Kompressor 110, einen Kondensator 120, einen Kältemittelverzweigungsteil 101, eine erste Kältemittelleitung 100a, die von dem Kältemittelverzweigungsteil 101 nach einer Seite abzweigt und so konfiguriert ist, dass sie durch ein erstes Expansionsventil und einen Verdampfer 140 verläuft, eine zweite Kältemittelleitung 100b, die von dem Kältemittelverzweigungsteil 101 nach der anderen Seite abzweigt und so konfiguriert ist, dass sie durch ein zweites Expansionsventil und einen Kühler 160 verläuft, und einen Speicher 170, durch den das Kältemittel, das durch die erste Kältemittelleitung 100a und die zweite Kältemittelleitung 100b gelaufen ist, läuft, umfassen. Das durch den Speicher 170 geflossene Kältemittel strömt wieder in den Verdichter 110, so dass ein Kältemittelkreislauf entsteht.
In diesem Fall kann ein Kältemittel-Wärmetauscher 180 in der ersten Kältemittelleitung 100a angeordnet sein. Der Kältemittel-Wärmetauscher 180 kann zwischen dem Kältemittel-Abzweigteil 101 und dem ersten Expansionsventil 130 angeordnet sein, so dass das in das erste Expansionsventil 130 eingeleitete Kältemittel mit dem Kältemittel, das den Verdampfer 140 passiert hat, Wärme austauschen kann.
Der Kompressor 110 wird von einem Motor (Verbrennungsmotor) oder einem Motor angetrieben. Der Kompressor 110 saugt das Kältemittel an, verdichtet das Kältemittel zu einem gasförmigen Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und gibt das Kältemittel dann an den Verflüssiger 120 ab.
Der Verflüssiger 120 dient als Verflüssiger sowohl im Kühl- als auch im Heizbetrieb. Das durch den Verflüssiger 120 fließende Kältemittel tauscht Wärme mit dem Kühlmittel in der Kühlmittelkreislaufleitung 200 aus, die weiter unten beschrieben wird, und fließt dann zum ersten Expansionsventil 130. Wie oben beschrieben, kann das durch das Kältemittel im Verflüssiger 120 erwärmte Kühlmittel über die Kühlmittelkreislaufleitung 200 einem inneren Wärmetauscher zugeführt werden. In einer Ausführungsform kann ein wassergekühlter Verflüssiger 120 als Verflüssiger 120 verwendet werden.
Der Kältemittelabzweig 101 verteilt das Kältemittel an die erste Kältemittelleitung 100a und die zweite Kältemittelleitung 100b.
Das erste Expansionsventil 130 und der Verdampfer 140 können in der ersten Kältemittelleitung 100a angeordnet sein.
Das erste Expansionsventil 130 kann das aus der ersten Kältemittelleitung 100a eingeleitete Kältemittel drosseln, einen Bypass-Betrieb für das Kältemittel durchführen oder einen Kältemittelstrom blockieren. Das erste Expansionsventil 130 kann je nach Strömungsrichtung des Kältemittels an einer Seite neben dem Einlass des Verdampfers 140 angeordnet sein.
Der Verdampfer 140 ist in einem Klimaanlagengehäuse installiert und in der ersten Kältemittelleitung 100a angeordnet. Während eines Prozesses, bei dem das vom ersten Expansionsventil 130 abgegebene Kältemittel dem Verdampfer 140 zugeführt wird und Luft, die durch ein Gebläse in das Klimaanlagengehäuse strömt, durch den Verdampfer 140 strömt, tauscht die Luft Wärme mit dem Niedertemperatur-Niederdruck-Kältemittel im Verdampfer 140 aus und wird in kalte Luft umgewandelt. Die kalte Luft wird in den Fahrzeuginnenraum abgegeben und kühlt den Innenraum.
Das zweite Expansionsventil und der Kaltwassersatz 160 können in der zweiten Kältemittelleitung 100b angeordnet sein.
Das zweite Expansionsventil kann das aus der zweiten Kältemittelleitung 100b eingeleitete Kältemittel drosseln, einen Bypass-Betrieb für das Kältemittel durchführen oder einen Kältemittelfluss blockieren. Das zweite Expansionsventil kann je nach Strömungsrichtung des Kältemittels an einer Seite neben dem Einlass der Kältemaschine 160 angeordnet sein.
Das Niedertemperatur-Niederdruck-Kältemittel, das aus dem zweiten Expansionsventil austritt, wird dem Kühler 160 zugeführt und tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, das in der Kühlmittelkreislaufleitung 200 fließt. Das durch Wärmeaustausch im Kühler 160 erzeugte kalte Kühlmittel kann durch die Kühlmittelkreislaufleitung 200 zirkulieren und Wärme mit der Hochtemperaturbatterie 213 austauschen. Das heißt, die Batterie 213 tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, anstatt Wärme mit dem Kältemittel auszutauschen.
Der Druckspeicher 170 ist auf einer Seite neben dem Einlass des Verdichters 110 installiert. Das Kältemittel, das den Verdampfer 140 und/oder die Kältemaschine 160 durchlaufen hat, fließt in den Speicher 170. Der Akkumulator 170 kann das Kältemittel in ein flüssiges und ein gasförmiges Kältemittel aufteilen und nur das gasförmige Kältemittel dem Verdichter 110 zuführen.
Der Kältemittel-Wärmetauscher 180 ermöglicht es, dass das in das erste Expansionsventil 130 eingeleitete Kältemittel und das aus dem Verdampfer 140 austretende Kältemittel Wärme miteinander austauschen, wodurch die Kühlleistung verbessert wird. In diesem Fall durchläuft eine einlassseitige Kältemittelleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Kältemittelverzweigungsteil 101 und das erste Expansionsventil 130 verbindet, und die so konfiguriert ist, dass das Kältemittel durch sie in den Verdampfer 140 eingeleitet wird, den Kältemittelwärmetauscher 180, und eine auslassseitige Kältemittelleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Verdampfer 140 und den Akkumulator 170 verbindet, und die so konfiguriert ist, dass das Kältemittel aus dem Verdampfer 140 durch den Kältemittel-Wärmetauscher 180 austritt, so dass das Kältemittel, das durch die einlassseitige Kältemittelleitung strömt, und das Kältemittel, das durch die auslassseitige Kältemittelleitung strömt, Wärme miteinander austauschen können.
Bevor das Kältemittel in das erste Expansionsventil 130 eingeleitet wird, kann das Kältemittel daher durch den Kältemittel-Wärmetauscher 180 weiter abgekühlt werden, wodurch die Kühlleistung des Verdampfers 140 und die Effizienz des Kühlsystems
verbessert werden. Insbesondere sind der Kältemittelwärmetauscher 180 und die Kältemaschine 160 parallel geschaltet.
Das heißt, der Kältemittel-Wärmetauscher 180 ist nicht in Reihe zwischen dem Verflüssiger 120 und dem Kühler 160 in der Kältemittelleitung angeordnet, sondern der Kältemittel-Wärmetauscher 180 ist neben dem Verdampfer 140 angeordnet, so dass der Kältemittel-Wärmetauscher 180 und der Verdampfer 140 in Reihe angeordnet und angeschlossen werden können. Wenn der Kältemittel-Wärmetauscher in Reihe zwischen dem wassergekühlten Verflüssiger 120 und der Kältemaschine 160 angeordnet ist, kann die Heizleistung abnehmen, da im Heizbetrieb ein Druckabfall auf der Niederdruckseite auftritt. Wird der Kältemittel-Wärmetauscher dagegen parallel geschaltet, steigen sowohl die Kühl- als auch die Heizleistung. Dies liegt daran, dass im Heizbetrieb kein Kältemittel-Wärmetauscher zwischen dem Verflüssiger 120 und der Kältemaschine 160 im Kältemittelstrom vorhanden ist.
Die Kühlmittelzirkulationsleitung 200 kann die Heizleitung 230 zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums sowie die Kühlleitung 210 und eine Kühlleitung 220 zum Kühlen des elektrischen Bauteils 253 und der Batterie 213 umfassen.
Die Heizungsleitung 230 kann den Kondensator 120, eine zweite Pumpe 232, eine Kühlmittelheizung 233, einen Heizungskern 234 und ein zweites Richtungsschaltventil 231 umfassen.
Wie oben beschrieben, können das Kältemittel und das Kühlmittel auf ihrem Weg durch den Verflüssiger 120 Wärme miteinander austauschen.
Die zweite Pumpe 232 ist ein Mittel zum Pumpen des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel entlang der Heizleitung 230 zirkuliert. Die zweite Pumpe 232 kann in der Kühlmittelleitung installiert und entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter dem Kondensator 120 angeordnet sein.
Bei der Kühlmittelheizung 233 handelt es sich um eine Vorrichtung zur Erwärmung des Kühlmittels. Die Kühlmittelheizung 233 ist mit der zweiten Pumpe 232 verbunden und in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Heizkern 234 angeordnet. Außerdemkann die Kühlmittelheizung 233 in Betrieb gehen, wenn die Temperatur des Kühlmittels gleich oder niedriger als eine bestimmte Temperatur ist. Als Kühlmittelheizer 233 können verschiedene Komponenten, wie z. B. ein Induktionsheizer, ein Mantelheizer, ein PTC-Heizer oder ein Folienheizer, der mit Hilfe von elektrischer Energie Wärme erzeugen kann, verwendet werden.
Der Heizkern 234 kann in einer Klimaanlage 190 des Fahrzeugs angeordnet sein. Die vom Luftgebläse strömende Luft kann beim Durchströmen des Heizkerns 234 erwärmt, dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet werden. Ferner kann der Heizkern 234 entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter der Kühlmittelheizung 233 angeschlossen und angeordnet sein.
Das zweite Richtungsumschaltventil 231 kann zwischen dem Heizungskern 234 und dem Verflüssiger 120 installiert werden und so konfiguriert sein, dass es die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210, die weiter unten beschrieben werden, wahlweise verbindet oder trennt.
Genauer gesagt, kann das zweite Richtungsumschaltventil 231 in die Heizungsleitung 230 eingebaut werden. An das zweite Richtungsumschaltventil 231 können zwei Kühlmittelleitungen angeschlossen werden. An das zweite Richtungsumschaltventil 231 kann eine einzelne erste Anschlussleitung 250 angeschlossen werden, die von einer Seite der Kältemittelleitung 210 abzweigt. Eine einzelne zweite Verbindungsleitung, die von der anderen Seite der Kältemittelleitung 210 abzweigt, kann an das zweite Richtungsumschaltventil 231 angeschlossen werden. Das heißt, dass vier Kühlmittelleitungen an das zweite Richtungsschaltventil 231 angeschlossen werden können, so dass sie zusammenlaufen. Das zweite Richtungsumschaltventil 231 kann ein 4-Wege-Umschaltventil sein, das in der Lage ist, Zustände einzustellen, in denen die vier Kühlmittelleitungen miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind.
Die Kühlleitung 210 kann einen Heizkörper 211, ein erstes Richtungsschaltventil 212, eine vierte Pumpe 252, ein zweites Richtungsschaltventil 231, das elektrische Bauteil 253, eine erste Kühlmittelverbindung 271, eine zweite Kühlmittelverbindung 262, eine erste Pumpe 214, die Batterie 213, den Kühler 160 und ein drittes Richtungsschaltventil 215 umfassen.
Der Kühler 211 kühlt das Kühlmittel, das mit dem elektrischen Bauteil 253 oder der Batterie 213 Wärme ausgetauscht hat. Der Kühler 211 kann durch ein Kühlgebläse 211 a luftgekühlt werden.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann in die Kältemittelleitung 210 eingebaut werden. An das erste Richtungsumschaltventil 212 können zwei Kühlmittelleitungen angeschlossen werden. Das zweite Richtungsumschaltventil 231 und das erste Richtungsumschaltventil 212 können durch die erste Verbindungsleitung 250 verbunden werden, so dass die Heizleitung 230 und die Kälteleitung 210 verbunden sind.
Das heißt, dass drei Kühlmittelleitungen an das erste Richtungsschaltventil 212 angeschlossen werden können, so dass sie zusammenlaufen. Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann ein 3-Wege-Umschaltventil sein, mit dem die Zustände, in denen die drei Kühlmittelleitungen miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind, eingestellt werden können.
Die vierte Pumpe 252 ist ein Mittel zum Pumpen des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel entlang der Kältemittelleitung 210 zirkuliert. Ferner ist die vierte Pumpe 252 in der ersten Verbindungsleitung 250 installiert und zwischen dem zweiten Richtungsschaltventil 231 und dem ersten Richtungsschaltventil 212 angeordnet. Durch den Betrieb der vierten Pumpe 252 kann das Kühlmittel von dem ersten Richtungsschaltventil 212 zu dem zweiten Richtungsschaltventil 231 fließen.
Das zweite Richtungsumschaltventil 231 ist wie oben in Bezug auf die Heizungsleitung 230 beschrieben.
Das elektrische Bauteil 253 ist in einer zweiten Verbindungsleitung 260 angeordnet, die das zweite Richtungsschaltventil 231 und den zweiten Kühlmittelanschluss 262 verbindet. Das elektrische Bauteil 253 kann durch das Kühlmittel gekühlt werden. Ferner kann das elektrische Bauteil 253 ein Antriebsmotor, ein Wechselrichter, ein Ladegerät (onboard charger (OBC)) oder ähnliches sein.
Die erste Pumpe 214 ist ein Mittel zum Pumpen des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel entlang der Kühlmittelleitung 210 zirkuliert. Außerdem ist die erste Pumpe 214 in der Kühlmittelleitung installiert und zwischen dem ersten Kühlmittelanschluss 271 und der Batterie 213 angeordnet, so dass das Kühlmittel von der ersten Pumpe 214 zur Batterie 213 fließen kann.
Die Batterie 213 dient als Stromquelle für das Fahrzeug. Die Batterie 213 kann als Antriebsquelle für verschiedene Arten von elektrischen Komponenten 253 im Fahrzeug dienen. Darüber hinaus kann die Batterie 213 mit einer Brennstoffzelle verbunden sein und als Stromspeicher dienen. Alternativ kann die Batterie 213 auch dazu dienen, von außen zugeführte Elektrizität zu speichern. Ferner kann die Batterie 213 in der Kühlmittelleitung angeordnet und zwischen der ersten Pumpe 214 und dem dritten Richtungsumschaltventil 215 vorgesehen sein. Daher kann die Batterie 213 durch Wärmeaustausch mit dem fließenden Kühlmittel gekühlt oder erwärmt werden.
Das erste Kühlmittelgelenk 271 ist in der Kühlmittelleitung installiert und entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter dem ersten Richtungsumschaltventil 212 angeordnet. An das erste Kühlmittelgelenk 271 sind drei Kühlmittelleitungen so angeschlossen, dass sie zusammenlaufen. Das heißt, die erste Kühlmittelverbindung 271 kann so installiert werden, dass zwei gegenüberliegende Seiten davon mit der Kühlleitung 210 verbunden sind, und eine dritte Verbindungsleitung 270 kann mit einer unteren Seite der ersten Kühlmittelverbindung 271 verbunden sein. In diesem Fall kann die dritte Verbindungsleitung 270 so angeschlossen werden, dass sie durch die Kühlmaschine 160 verläuft.
Der zweite Kühlmittelanschluss 262 kann an einem Punkt installiert werden, an dem ein hinteres Ende der zweiten Anschlussleitung 260 auf die Kältemittelleitung 210 trifft. Drei Kühlmittelleitungen sind mit dem zweiten Kühlmittelanschluss 262 so verbunden, dass sie zusammenlaufen. Das heißt, die zweite Kühlmitteldurchführung 262 kann so installiert werden, dass zwei gegenüberliegende Seiten davon mit der Kältemittelleitung 210 verbunden sind, und die zweite Anschlussleitung 260 kann mit einer oberen Seite der zweiten Kühlmitteldurchführung 262 verbunden sein.
Die Kältemaschine 160 ist wie oben in Bezug auf die Heizleitung 230 beschrieben.
Das dritte Richtungsumschaltventil 215 kann in die Kühlmittelleitung eingebaut werden und zwischen der Batterie 213 und dem zweiten Kühlmittelanschluss 262 angeordnet sein. An das dritte Richtungsumschaltventil 215 können zwei Kühlmittelleitungen angeschlossen werden. Die dritte Verbindungsleitung 270 kann mit einer Oberseite des dritten Richtungsumschaltventils 215 verbunden werden, so dass die Batterie 213 und die dritte Verbindungsleitung 270 parallel geschaltet werden können. In diesem Fall kann das erste Richtungsumschaltventil 212 ein 3-Wege-Umschaltventil sein, das in der Lage ist, Zustände einzustellen, in denen die drei Kühlmittelleitungen miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind.
Außerdem kann das Gebläse an einer Seite der Klimaanlage 190 installiert sein, um Luft auszublasen. Eine Temperatureinstellungsklappe kann in der Klimaanlage 190 installiert sein. Darüber hinaus können der Verdampfer 140 und der Heizkern 234, die in der Klimatisierungsvorrichtung 190 angeordnet sind, so angeordnet und konfiguriert sein, dass die vom Luftgebläse abgegebene Luft auf der Grundlage des Betriebs der Temperatureinstellungsklappe in den Fahrzeuginnenraum strömen kann, während sie nur durch den Verdampfer 140 strömt, oder in den Fahrzeuginnenraum strömen kann, während sie durch den Verdampfer 140 und dann durch den Heizkern 234 strömt.
Die fünfte Verbindungsleitung 290 kann in der Kältemittelleitung 210 angeordnet sein. Die fünfte Verbindungsleitung 290 kann einen sechsten Kühlmittelanschluss 290c und einen fünften Kühlmittelanschluss 290b verbinden, wobei der sechste Kühlmittelanschluss 290c zwischen dem Kühler 211 und dem ersten Richtungsumschaltventil 212 und der fünfte Kühlmittelanschluss 290b zwischen dem Kühler 211 und dem zweiten Kühlmittelanschluss 262 angeordnet sein kann.
Die fünfte Verbindungsleitung 290 kann so angeordnet sein, dass sie durch den Verdampfer 140 führt. Das Kühlmittel, das den Kühler 211 passiert hat, kann je nach Klimatisierungsmodus durch den Verdampfer 140 zirkulieren.
In der fünften Verbindungsleitung 290 kann ein vierter Kühlmittelanschluss 290a an einer Seite neben einem Einlass des Verdampfers 140 und ein fünftes Richtungsschaltventil 291 an einer Seite neben einem Auslass des Verdampfers 140 angeordnet sein.
Die Kühlleitung 220 kann mit dem vierten Kühlmittelanschluss 290a und dem fünften Umschaltventil 291 verbunden werden.
Die Kühlleitung 220 kann den Verdampfer 140, einen Kabinenkühler 222 und eine dritte Pumpe 221 umfassen. In diesem Fall kann die Kühlmittelleitung, die den Verdampfer 140, den Kabinenkühler 222 und die dritte Pumpe 221 verbindet, je nach Betrieb des fünften Richtungsschaltventils 291 einen geschlossenen Kreislauf bilden.
Wie oben beschrieben, können das Kältemittel und das Kühlmittel auf ihrem Weg durch den Verdampfer 140 Wärme miteinander austauschen.
Der Innenraumkühler 222 dient als luftgekühlter Verdampfer 140. Das durch Wärmeaustausch mit dem durch den Verdampfer 140 strömenden Kältemittel gekühlte Kühlmittel durchläuft den Kabinenkühler 222. Ferner ist der Kabinenkühler 222 in der Klimaanlage 190 angeordnet. Die vom Luftgebläse der Klimaanlage 190 strömende Luft wird beim Durchströmen des Innenraumkühlers 222 gekühlt, dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet.
Die dritte Pumpe 221 dient zum Pumpen des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel entlang der Kühlleitung 220 zirkuliert. Ferner ist die dritte Pumpe 221 in der fünften Verbindungsleitung 290 installiert und zwischen dem Verdampfer 140 und dem vierten Kühlmittelanschluss 290a angeordnet. Durch den Betrieb der dritten Pumpe 221 kann das Kühlmittel umgewälzt werden.
Daher verwendet das Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Kühlleitung 220, die das Kühlmittel zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet, so dass die Kältemittelzirkulationsleitung 100, durch die das Kältemittel zirkuliert, außerhalb des Fahrzeuginnenraums angeordnet werden kann, anstatt im Fahrzeuginnenraum angeordnet zu sein. Daher ist es möglich, die Länge der Kältemittelleitung zu reduzieren, die Kältemittelmenge zu verringern und die Komponenten der Kältemittelkreislaufleitung 100 zu modularisieren. Darüber hinaus kann ein hocheffizientes natürliches Kältemittel als Kältemittel für die Kältemittelkreislaufleitung 100 verwendet werden, was die Effizienz des Wärmemanagementsystems verbessern kann.
3 ist eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform von 2 zeigt. 3 ist eine Ansicht, die eine Struktur zeigt, in der eine vierte Verbindungslinie in 2 angeordnet ist.
Wie in 3 dargestellt, kann in der zweiten Verbindungsleitung 260 ein viertes Richtungsschaltventil 261 angeordnet sein, das die Strömungsrichtung des Kühlmittels steuert, nachdem es das elektrische Bauteil 253 durchströmt hat. Das vierte Richtungsschaltventil 261 ist in der vierten Verbindungsleitung 280 angeordnet, die von der zweiten Verbindungsleitung 260 abzweigt. Die vierte Anschlussleitung 280 kann mit einem dritten Kühlmittelanschluss 272 verbunden sein, der in der dritten Anschlussleitung 270 angeordnet ist.
Der dritte Kühlmittelanschluss 272 ist auf einer Seite neben einem Einlass des Kühlers 160 angeordnet, durch den das Kühlmittel eingeleitet wird. Das Kühlmittel, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, kann entsprechend der Betätigung des vierten Richtungsumschaltventils 261 in die Kühlmaschine 160 eingeleitet werden.
In einer Ausführungsform können das elektrische Bauteil 253 und die Kältemaschine 160 in Reihe geschaltet werden, wenn die obere und die rechte Seite des vierten Richtungsschaltventils 261 verbunden sind.
4 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem Heizmodus in 2 zeigt.
Wie in 4 dargestellt, arbeitet in der Kältemittelkreislaufleitung 100 der Kompressor 110, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Das aus dem Kompressor 110 austretende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im Verflüssiger 120 abgekühlt. Anschließend wird das im Verflüssiger 120 gekühlte und kondensierte Kältemittel im Kältemittelverzweigungsteil 101 aufgeteilt. Ein Teil des Kältemittels durchläuft den Kältemittelwärmetauscher 180 und wird dann gedrosselt und expandiert, während es das erste Expansionsventil 130 passiert. Danach tauscht das expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel in einer sekundären Kühlleitung 250 aus, während es durch den Verdampfer 140 fließt, und das Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 250 wird durch das Kältemittel gekühlt.
Ferner durchläuft das im Verdampfer 140 verdampfte Kältemittel den Kältemittel-Wärmetauscher 180, tauscht Wärme mit dem Kältemittel aus, bevor das Kältemittel in das erste Expansionsventil 130 eingeleitet wird, und strömt dann über den Druckspeicher 170 wieder in den Kompressor 110.
Außerdem wird der verbleibende Teil des in der Kältemittelverzweigung 101 aufgeteilten Kältemittels gedrosselt und expandiert, während es durch das zweite Expansionsventil 150 fließt. Danach wird das expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft, während es durch den Kühler 160 fließt, so dass das Kühlmittel gekühlt werden kann. Das im Kühler 160 verdampfte Kältemittel strömt über den Speicher 170 wieder in den Verdichter 110.
Wie oben beschrieben, vereinigen sich das Kältemittel, das den Verdampfer 140 passiert hat, und das Kältemittel, das den Kühler 160 passiert hat, im Speicher 170 und strömen in den Verdichter 110. Das Kältemittel zirkuliert, wenn der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
In der Zwischenzeit wird das Kühlmittel in der Kühlmittelkreislaufleitung 200 durch den Betrieb der zweiten Pumpe 232, der vierten Pumpe 252, der ersten Pumpe 214 und der dritten Pumpe 221 umgewälzt. Außerdem kann das Kühlmittel erwärmt werden, während es durch den Kondensator 120 fließt, durch die Kühlmittelheizung 212 erwärmt wird und durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 253 erwärmt wird. Das Kühlmittel kann gekühlt werden, während es durch den Kühler 160 fließt. In diesem Fall können das zweite Richtungsschaltventil 231 und das erste Richtungsschaltventil 212 ihre Richtungen so einstellen, dass die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210 getrennt sind.
Genauer gesagt kann das Kühlmittel fließen, wenn die obere Seite und die rechte Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel kann fließen, wenn die untere Seite und die linke Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind. Wenn die rechte Seite und die untere Seite des ersten Richtungsumschaltventils 212 miteinander verbunden sind, kann das Kühlmittel fließen, und die linke Seite des ersten Richtungsumschaltventils 212 kann unterbrochen werden.
Darüber hinaus können die obere, die linke und die rechte Seite des dritten Richtungsumschaltventils 215 geöffnet werden.
Daher durchläuft das Kühlmittel in der Heizungsleitung 230 nacheinander die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 212, den Heizungskern 234, das zweite Richtungsumschaltventil 231 und den Kondensator 120, fließt erneut in die zweite Pumpe 232 und zirkuliert. Dieser Zyklus wird wiederholt.
In diesem Fall durchströmt das Kühlmittel den Heizungskern 234 und tauscht dabei Wärme mit der Luft aus, die vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasen wird, so dass die Luft erwärmt wird. Die erwärmte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet.
Ferner fließt das Kühlmittel in der von der Heizleitung 230 getrennten Kältemittelleitung 210 von der vierten Pumpe 252 nacheinander zum zweiten Richtungsschaltventil 231, zum elektrischen Bauteil 253, zur zweiten Kühlmittelverbindung 262, zum dritten Richtungsschaltventil 215, zum Kaltwassersatz 160, zur ersten Kühlmittelverbindung 271 und zum ersten Richtungsschaltventil 212, fließt wieder in die vierte Pumpe 252 und zirkuliert. Dieser Zyklus wiederholt sich.
Darüber hinaus kann das Kühlmittel, das die Batterie 213 passiert hat, durch die erste Pumpe 214 zirkulieren, in das dritte Richtungsumschaltventil 215 einmünden, nach oben fließen und dann in der ersten Kühlmittelverbindung 271 in zwei Teile geteilt werden.
In diesem Fall ist die linke Seite des ersten Richtungsumschaltventils 212 gesperrt, und die dritte Pumpe 221 kann eine separate Kühlmittelumlaufleitung bilden.
Das Kühlmittel, das den Kühler 211 passiert hat, kann von der dritten Kühlmittelverbindung 215 durch die dritte Pumpe 221 nach unten zirkulieren, so dass eine Zirkulationslinie definiert werden kann, in der das Kühlmittel durch den Verdampfer 140 und die fünfte Kühlmittelverbindung 290b fließt und dann wieder in den Kühler 211 strömt. Daher kann das Kühlmittel im Verdampfer 140 mit Hilfe des Kühlers 211 Wärme aus der Außenluft aufnehmen. Darüber hinaus kann die dritte Pumpe 221 in der fünften Verbindungsleitung 290 angeordnet sein, um die Durchflussrate in einem wärmeabsorbierenden Kühlmittelpfad zu erhöhen und damit die Heizleistung zu verbessern.
In diesem Fall sind die obere und die untere Seite des mit der fünften Anschlussleitung 290 verbundenen fünften Richtungsschaltventils 291 verbunden, und die rechte Seite des fünften Richtungsschaltventils 291 ist blockiert, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel zur Kühlleitung 220 zirkuliert.
5 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem Heizmodus in 3 zeigt.
Wie in 5 dargestellt, arbeitet in der Kältemittelkreislaufleitung 100 der Kompressor 110, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Das aus dem Kompressor 110 austretende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im Verflüssiger 120 abgekühlt. Anschließend wird das im Verflüssiger 120 gekühlte und kondensierte Kältemittel im Kältemittelverzweigungsteil 101 aufgeteilt. Ein Teil des Kältemittels durchläuft den Kältemittelwärmetauscher 180 und wird dann gedrosselt und expandiert, während es das erste Expansionsventil 130 passiert. Danach tauscht das expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 250 aus, während es durch den Verdampfer 140 fließt, und das Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 250 wird durch das Kältemittel gekühlt.
Ferner durchläuft das im Verdampfer 140 verdampfte Kältemittel den Kältemittel-Wärmetauscher 180, tauscht Wärme mit dem Kältemittel aus, bevor das Kältemittel in das erste Expansionsventil 130 eingeleitet wird, und strömt dann über den Druckspeicher 170 wieder in den Kompressor 110.
Außerdem wird der verbleibende Teil des in der Kältemittelverzweigung 101 aufgeteilten Kältemittels gedrosselt und expandiert, während es durch das zweite Expansionsventil 150 fließt. Danach wird das expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft, während es durch den Kühler 160 fließt, so dass das Kühlmittel gekühlt werden kann. Das im Kühler 160 verdampfte Kältemittel strömt über den Speicher 170 wieder in den Verdichter 110.
Wie oben beschrieben, vereinigen sich das Kältemittel, das den Verdampfer 140 durchlaufen hat, und das Kältemittel, das den Kühler 160 durchlaufen hat, im Speicher 170 und strömen in den Verdichter 110. Das Kältemittel zirkuliert, wenn der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
Das Kühlmittel in der Kühlmittelkreislaufleitung 200 wird durch den Betrieb der zweiten Pumpe 232, der vierten Pumpe 252 und der dritten Pumpe 221 umgewälzt. Außerdem kann das Kühlmittel erwärmt werden, während es den Kondensator 120 durchläuft, durch die Kühlmittelheizung 233 erwärmt wird und durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 253 erwärmt wird. Das Kühlmittel kann gekühlt werden, während es durch den Kühler 160 fließt.
In diesem Fall können das zweite Richtungsschaltventil 231 und das erste Richtungsschaltventil 212 ihre Richtungen so einstellen, dass die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210 getrennt sind. Genauer gesagt kann das Kühlmittel fließen, wenn die obere Seite und die rechte Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel kann fließen, wenn die untere Seite und die linke Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind. Ferner kann das Kühlmittel fließen, wenn die linke Seite und die untere Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 miteinander verbunden sind, und die rechte Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 kann unterbrochen werden. Außerdem können die obere und die linke Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 miteinander verbunden werden, und die rechte Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 kann gesperrt werden.
Daher durchläuft das Kühlmittel in der Heizungsleitung 230 nacheinander die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 233, den Heizungskern 234, das zweite Umschaltventil 231 und den Kondensator 120, fließt erneut in die zweite Pumpe 232 und zirkuliert. Dieser Zyklus wiederholt sich. In diesem Fall durchläuft das Kühlmittel den Heizungskern 234 und tauscht dabei Wärme mit der Luft aus, die vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasen wird, so dass die Luft erwärmt wird. Die erwärmte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet.
Ferner fließt das Kühlmittel in der von der Heizleitung 230 getrennten Kältemittelleitung 210 von der vierten Pumpe 252 nacheinander zum zweiten Richtungsschaltventil 231, zum elektrischen Bauteil 253, zum vierten Richtungsschaltventil 261, zur dritten Kühlmittelverbindung 272, zum Kaltwassersatz 160, zum dritten Richtungsschaltventil 215 und zum Kühler 211. Das Kühlmittel, das den Kühler durchquert hat, wird in der dritten Kühlmittelverbindung 272 aufgeteilt. Ein Teil des Kühlmittels fließt über das erste Richtungsumschaltventil 212 in die vierte Pumpe 252. Der verbleibende Teil des Kühlmittels fließt entlang der fünften Verbindungsleitung 290, führt einen Wärmeaustausch im Verdampfer 140 durch, fließt wieder zum fünften Kühlmittelanschluss 254, vereinigt sich mit dem Kühlmittel, das durch das dritte Richtungsumschaltventil 215 fließt, und fließt dann zum Kühler 211.
In diesem Fall können die Oberseite und die rechte Seite des vierten Richtungsumschaltventils 261 miteinander verbunden werden, so dass das Kühlmittel zum Kühler 160 fließt. Das Kühlmittel strömt über den dritten Kühlmittelanschluss 272 zur Kältemaschine 160.
Daher können das elektrische Bauteil 253 und der Kühler 160 in Reihe geschaltet werden, und es kann ein Kühlmittelflussweg gebildet werden, der sowohl Außenluft als auch Abwärme aufnehmen kann. Da es in dieser Struktur keine Verzweigung in der Kühlleitung 210 gibt, die durch den Kühler 211, das elektrische Bauteil 253 und den Kühler 160 zirkuliert, kann das Kühlmittel mit einer nahezu konstanten Durchflussrate fließen, was die Heizleistung verbessern kann.
In diesem Fall darf das Kühlmittel nicht durch das erste Richtungsschaltventil 212 und das dritte Richtungsschaltventil 215 zur Batterie 213 fließen.
6 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem Kühlmodus in 3 zeigt.
Wie in 6 dargestellt, arbeitet in der Kältemittelkreislaufleitung 100 der Kompressor 110, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Das aus dem Kompressor 110 austretende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im Verflüssiger 120 abgekühlt. Anschließend wird das im wassergekühlten Verflüssiger 120 gekühlte und kondensierte Kältemittel im Kältemittelverzweigungsteil 101 aufgeteilt. Ein Teil des Kältemittels durchläuft den Kältemittelwärmetauscher 180 und wird dann gedrosselt und expandiert, während es das erste Expansionsventil 130 passiert. Danach tauscht das expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 250 aus, während es durch den Verdampfer 140 fließt, und das Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 250 wird durch das Kältemittel gekühlt.
Ferner durchläuft das im Verdampfer 140 verdampfte Kältemittel den Kältemittel-Wärmetauscher 180, tauscht Wärme mit dem Kältemittel aus, bevor das Kältemittel in das erste Expansionsventil 130 eingeleitet wird, und strömt dann über den Druckspeicher 170 wieder in den Verdichter 110.
Außerdem wird der verbleibende Teil des in der Kältemittelverzweigung 101 aufgeteilten Kältemittels gedrosselt und expandiert, während es durch das zweite Expansionsventil fließt. Danach wird das expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft, während es durch den Kühler 160 fließt, so dass das Kühlmittel gekühlt werden kann. Das im Kühler 160 verdampfte Kältemittel strömt über den Speicher 170 wieder in den Verdichter 110.
Wie oben beschrieben, vereinigen sich das Kältemittel, das den Verdampfer 140 passiert hat, und das Kältemittel, das den Kühler 160 passiert hat, im Speicher 170 und strömen in den Verdichter 110. Das Kältemittel zirkuliert, wenn der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
Darüber hinaus wird das Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Pumpe 221 in der Kühlleitung 220 umgewälzt. Ferner durchläuft das Kühlmittel den Innenraumkühler 222 und tauscht dabei Wärme mit der vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasenen Luft aus, so dass die Luft abgekühlt wird. Die gekühlte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet. In diesem Fall sind die obere Seite und die rechte Seite des in der fünften Verbindungsleitung 290 angeordneten fünften Richtungsumschaltventils 291 miteinander verbunden, und die untere Seite des fünften Richtungsumschaltventils 291 ist geschlossen, so dass die Kühlleitung 220 in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert.
In der Zwischenzeit wird das Kühlmittel in der Kühlmittelzirkulationsleitung 200 durch den Betrieb der zweiten Pumpe 232, der vierten Pumpe 252 und der ersten Pumpe 214 umgewälzt. Außerdem können die Batterie 213, das elektrische Bauteil 253 und das durch den Kondensator 120 fließende Kühlmittel durch das Kühlmittel gekühlt werden. Das erwärmte Kühlmittel kann beim Wärmeaustausch mit der Außenluft durch den Betrieb des Kühlgebläses 211 a des Kühlers 211 für das elektrische Bauteil gekühlt werden.
In diesem Fall können das zweite Richtungsschaltventil 231 und das erste Richtungsschaltventil 212 ihre Richtungen so einstellen, dass die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210 verbunden sind. Genauer gesagt kann das Kühlmittel fließen, wenn die obere Seite und die linke Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel kann fließen, wenn die untere Seite und die rechte Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind. Ferner kann das Kühlmittel fließen, wenn die linke Seite und die untere Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 miteinander verbunden sind, und die rechte Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 kann unterbrochen werden. Außerdem können die obere und die rechte Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 miteinander verbunden werden, und die linke Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 kann gesperrt werden.
Das Kühlmittel fließt also vom Kühler 211 nacheinander zum ersten Richtungsumschaltventil 212, zur vierten Pumpe 252, zum zweiten Richtungsumschaltventil 231, zum Kondensator 120, zur zweiten Pumpe 232, zur Kühlmittelheizung 233, zum Heizungskern 234, zum zweiten Richtungsumschaltventil 231, zum elektrischen Bauteil 253 und zum zweiten Kühlmittelanschluss 262, fließt wieder in den Kühler 211 und zirkuliert. Dieser Zyklus wiederholt sich.
In diesem Fall kann die rechte Leitung des vierten Richtungsumschaltventils 261 geschlossen werden, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel zur vierten Anschlussleitung 280 fließt.
Das erste Richtungsschaltventil 212 kann verhindern, dass das Kühlmittel vom ersten Richtungsschaltventil 212 zur ersten Kühlmittelverbindung 271 fließt, und das dritte Richtungsschaltventil 215 kann verhindern, dass das Kühlmittel vom dritten Richtungsschaltventil 215 zur zweiten Kühlmittelverbindung 262 fließt.
Außerdem kann das Kühlmittel von der Kältemaschine 160 nacheinander zum ersten Kühlmittelanschluss 271, zur ersten Pumpe 214, zur Batterie 213 und zum dritten Richtungsumschaltventil 215 fließen, wieder in die Kältemaschine 160 einfließen und zirkulieren. Dieser Zyklus wird wiederholt. Das heißt, die Batterie 213 und die Kältemaschine 160 können einen separaten geschlossenen Kreislauf bilden, in dem das Kühlmittel zirkuliert, und zwar in der Kühlleitung 210 durch das erste Richtungsschaltventil 212 und das dritte Richtungsschaltventil 215, so dass die Batterie 213 separat gekühlt werden kann.
In den bis ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
7 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 8 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem ersten Klimatisierungsmodus in 7 illustriert, 9 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem zweiten Klimatisierungsmodus in 7 illustriert, 10 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem dritten Klimatisierungsmodus in 7 illustriert, 11 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem vierten Klimatisierungsmodus in 7 illustriert, 12 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem fünften Klimatisierungsmodus in 7 illustriert, und 13 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem sechsten Klimatisierungsmodus in 1 illustriert.
Bezug nehmend auf 7 kann das Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Kältemittel-Zirkulationsleitung 100, die so konfiguriert ist, dass sie das Kältemittel zirkulieren und den Fahrzeuginnenraum kühlen kann, und die Kühlmittelleitung 200, die so konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel zirkulieren, den Fahrzeuginnenraum heizen und Komponenten kühlen kann, umfassen. Ferner kann die Kühlmittelleitung 200 die Kühlleitung 210 und die Heizleitung 230 umfassen.
Die Kältemittelkreislaufleitung 100 kann den Kompressor 110, den wassergekühlten Kondensator 120, den Kältemittelverzweigungsteil 101, die erste Kältemittelleitung, die von dem Kältemittelverzweigungsteil 101 abzweigt und so gestaltet ist, dass das erste Expansionsventil 130 und der wassergekühlte Verdampfer 140 darin angeordnet sind, und die zweite Kältemittelleitung, die von dem Kältemittelverzweigungsteil 101 abzweigt und so gestaltet ist, dass das zweite Expansionsventil 150 und der Kühler 160 darin angeordnet sind, umfassen.
Der Kompressor 110 wird von einem Motor (Verbrennungsmotor) oder einem Motor angetrieben. Der Kompressor 110 saugt das Kältemittel an, komprimiert das Kältemittel zu einem gasförmigen Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und gibt das Kältemittel dann an den wassergekühlten Kondensator 120 ab.
Das durch den wassergekühlten Verflüssiger 120 fließende Kältemittel tauscht Wärme mit dem Kühlmittel in der Heizleitung 230 aus und fließt dann zum ersten Expansionsventil 130. Wie oben beschrieben, kann das durch das durch den wassergekühlten Verflüssiger 120 strömende Kältemittel erwärmte Kühlmittel dem inneren Wärmetauscher über die Kühlmittelzirkulationsleitung zugeführt werden.
Der Kältemittelabzweig 101 kann das entlang der Kältemittelkreislaufleitung 100 fließende Kältemittel auf die erste Kältemittelleitung und die zweite Kältemittelleitung verteilen.
Das erste Expansionsventil 130 und der wassergekühlte Verdampfer 140 können in der ersten Kältemittelleitung angeordnet sein.
Das erste Expansionsventil 130 kann das aus der ersten Kältemittelleitung eingeleitete Kältemittel drosseln, einen Bypass-Betrieb für das Kältemittel durchführen oder einen Kältemittelstrom blockieren. Das erste Expansionsventil 130 kann je nach Strömungsrichtung des Kältemittels an einer Seite neben dem Einlass des wassergekühlten Verdampfers 140 angeordnet sein.
Der wassergekühlte Verdampfer 140 ist in der ersten Kältemittelleitung angeordnet. Das vom ersten Expansionsventil 130 abgegebene Kältemittel wird dem wassergekühlten Verdampfer 140 zugeführt und durchläuft den wassergekühlten Verdampfer 140 unter Wärmeaustausch mit dem durch die Kühlleitung 220 fließenden Kühlmittel.
Das zweite Expansionsventil 150 kann das durch die zweite Kältemittelleitung eingeleitete Kältemittel drosseln, einen Bypass-Betrieb für das Kältemittel durchführen oder den Kältemittelfluss blockieren. Das zweite Expansionsventil 150 kann je nach Strömungsrichtung des Kältemittels auf einer Seite neben dem Einlass des Kühlers 160 angeordnet sein.
Das vom zweiten Expansionsventil 150 abgegebene Niedertemperatur-Niederdruck-Kältemittel wird dem Kühler 160 zugeführt und tauscht Wärme mit dem in der Kühlmittelleitung 200 fließenden Kühlmittel aus. Das durch Wärmeaustausch im Kühler 160 erzeugte kalte Kühlmittel kann durch die Kühlmittelleitung 200 fließen und Wärme mit der Hochtemperaturbatterie 213 austauschen. Das heißt, die Batterie 213 tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, anstatt Wärme mit dem Kältemittel auszutauschen.
Der Druckspeicher 170 ist auf einer Seite neben dem Einlass des Verdichters 110 installiert. Das Kältemittel, das den Verdampfer und/oder die Kältemaschine 160 durchlaufen hat, fließt in den Speicher 170. Der Akkumulator 170 kann das Kältemittel in ein flüssiges und ein gasförmiges Kältemittel aufteilen und nur das gasförmige Kältemittel dem Verdichter 110 zuführen.
Darüber hinaus kann der Kältemittel-Wärmetauscher 180 in der Kältemittelkreislaufleitung 100 angeordnet sein.
Der Kältemittel-Wärmetauscher 180 ermöglicht es dem Kältemittel, das durch den wassergekühlten Verflüssiger 120 fließt und zum Kältemittelzweigteil 101 strömt, und dem Kältemittel, das aus dem Akkumulator 170 austritt, Wärme miteinander auszutauschen, wodurch die Kühlleistung verbessert wird. In diesem Fall verläuft die einlassseitige Kältemittelleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den wassergekühlten Kondensator 120 und den Kältemittelzweigteil 101 verbindet, durch den Kältemittelwärmetauscher 180, und die auslassseitige Kältemittelleitung verläuft durch den Druckspeicher 170 und den Kompressor 110, so dass das durch die einlassseitige Kältemittelleitung fließende Kältemittel und das durch die auslassseitige Kältemittelleitung fließende Kältemittel miteinander Wärme austauschen können.
Daher kann das Kältemittel durch den Kältemittel-Wärmetauscher 180 weiter gekühlt werden, bevor es durch den Kältemittel-Verzweigungsteil geteilt wird, wodurch die Kühlleistung des Verdampfers und die Effizienz des Kühlsystems verbessert werden.
Die Kühlleitung 210 kann den Heizkörper 211, das erste Richtungsschaltventil 212, die Batterie 213, die erste Pumpe 214 und das dritte Richtungsschaltventil 215 umfassen.
Der Kühler 211 kühlt das Kühlmittel, das mit dem elektrischen Bauteil 253 und/oder der Batterie 213 Wärme ausgetauscht hat. Der Kühler 211 kann durch das Kühlgebläse 211 a luftgekühlt werden.
Das erste Richtungsschaltventil 212 kann die Kühlleitung 210 und die Kühlleitung 220 verbinden und den Durchfluss des Kühlmittels so steuern, dass die Kühlleitung 210 und die Kühlleitung 220 je nach Klimatisierungsmodus verbunden oder getrennt werden.
Als erstes Richtungsumschaltventil 212 kann ein 4-Wege-Ventil verwendet werden. Die beiden Verzweigungspunkte des ersten Richtungsumschaltventils 212 können mit der Kühlleitung 210 verbunden werden, und die übrigen beiden Verzweigungspunkte des ersten Richtungsumschaltventils 212 können mit der Kühlleitung 220 verbunden werden.
In einer Ausführungsform kann ein binäres Ventil als erstes Richtungsschaltventil 212 verwendet werden.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann die Strömungsrichtung des Kühlmittels auf der Grundlage des weiter unten zu beschreibenden Klimatisierungsmodus steuern und so die Heizleistung verbessern.
Die Batterie 213 dient als Stromquelle für das Fahrzeug. Die Batterie 213 kann als Antriebsquelle für verschiedene Arten von elektrischen Komponenten 253 im Fahrzeug dienen. Darüber hinaus kann die Batterie 213 mit einer Brennstoffzelle verbunden sein und als Stromspeicher dienen. Alternativ kann die Batterie 213 auch dazu dienen, von außen zugeführte Elektrizität zu speichern. Die Batterie 213 kann durch Wärmeaustausch mit dem fließenden Kühlmittel gekühlt oder erwärmt werden.
Die erste Pumpe 214 ist in der Kältemittelleitung 210 angeordnet und dient zur Förderung des Kühlmittels.
Das dritte Richtungsumschaltventil 215 kann in der Kältemittelleitung 210 angeordnet sein, und die dritte Verbindungsleitung 270, die durch die Kältemaschine 160 führt, kann mit einer Seite des dritten Richtungsumschaltventils 215 verbunden sein. Das dritte Richtungsumschaltventil 215 kann den Durchfluss des Kühlmittels auf der Grundlage des Klimatisierungsmodus steuern.
Das zweite Richtungsumschaltventil 231, der wassergekühlte Kondensator 120, die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 233 und der Heizkern 234 können in der Heizleitung 230 angeordnet sein.
Das zweite Richtungsschaltventil 231 kann mit der ersten Anschlussleitung 250, der zweiten Anschlussleitung 260 und der Heizungsleitung 230 verbunden sein, und die Kälteleitung 210 und die Heizungsleitung 230 können durch das zweite Richtungsschaltventil 231 verbunden oder getrennt werden.
Genauer gesagt, kann das zweite Richtungsumschaltventil 231 in die Heizungsleitung 230 eingebaut werden. An das zweite Richtungsumschaltventil 231 können zwei Kühlmittelleitungen angeschlossen werden. An das zweite Richtungsumschaltventil 231 kann eine einzelne erste Anschlussleitung 250 angeschlossen werden, die von einer Seite der Kältemittelleitung 210 abzweigt. Eine einzelne zweite Verbindungsleitung, die von der anderen Seite der Kältemittelleitung 210 abzweigt, kann an das zweite Richtungsschaltventil 231 angeschlossen werden. Das heißt, vier Kühlmittelleitungen 200 können an das zweite Richtungsschaltventil 231 angeschlossen werden, so dass sie zusammenlaufen. Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann ein 4-Wege-Umschaltventil sein, mit dem die Zustände eingestellt werden können, in denen die vier Kühlmittelleitungen 200 miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind.
Das Kühlmittel, das durch den wassergekühlten Verflüssiger 120 fließt, kann mit dem Kältemittel, das durch den wassergekühlten Verflüssiger 120 fließt, Wärme austauschen.
Bei der zweiten Pumpe 232 handelt es sich um ein Mittel, das in der Heizleitung 230 angeordnet und so konfiguriert ist, dass es das Kühlmittel pumpt, so dass das Kühlmittel entlang der Heizleitung 230 fließt.
Bei der Kühlmittelheizung 233 handelt es sich um eine Vorrichtung zur Erwärmung des Kühlmittels. Die Kühlmittelheizung 233 ist mit der zweiten Pumpe 232 verbunden und in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Heizkern 234 angeordnet. Außerdem kann die Kühlmittelheizung 233 in Betrieb gehen, wenn die Temperatur des Kühlmittels gleich oder niedriger als eine bestimmte Temperatur ist. Als Kühlmittelheizer 233 können verschiedene Komponenten, wie z. B. ein Induktionsheizer, ein Mantelheizer, ein PTC-Heizer oder ein Folienheizer, der mit Hilfe von elektrischer Energie Wärme erzeugen kann, verwendet werden.
Der Heizkern 234 kann in der Klimaanlage des Fahrzeugs angeordnet sein. Die vom Luftgebläse strömende Luft kann beim Durchströmen des Heizkerns 234 erwärmt, dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet werden. Ferner kann der Heizkern 234 entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter der Kühlmittelheizung 233 angeschlossen und angeordnet sein.
In der Kühlleitung 220 ist ein Innenraumkühler 222 angeordnet, und der Fahrzeuginnenraum kann mit dem Kühlmittel gekühlt werden, das durch den wassergekühlten Verdampfer 140 fließt. Die dritte Pumpe 221 und der Innenraumkühler 222 können in der Kühlleitung 220 angeordnet sein, und die Kühlleitung 220 kann über die Kühlverbindungsleitung 223 mit der Kühlleitung 210 verbunden sein.
Bei der dritten Pumpe 221 handelt es sich um eine Einrichtung, die in der Kühlleitung 220 angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel pumpt, so dass das Kühlmittel entlang der Kühlleitung 220 fließt.
Der Kabinenkühler 222 dient als luftgekühlter Verdampfer. Das durch Wärmeaustausch mit dem Kältemittel, das den wassergekühlten Verdampfer 140 durchläuft, gekühlte Kühlmittel durchläuft den Kabinenkühler 222. Ferner ist der Kabinenkühler 222 in der Klimaanlage angeordnet. Die durch das Luftgebläse der Klimaanlage strömende Luft wird beim Durchströmen des Innenraumkühlers 222 gekühlt, dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet.
Die Kühlverbindungsleitung 223 kann die Kühlleitung 220 und die Kühlleitung 210 verbinden. Die Kühlverbindungsleitung 223 kann den Durchfluss des Kühlmittels entsprechend dem Klimatisierungsmodus ermöglichen. Die Kühlverbindungsleitung 223 kann das durch die Kühlleitung 210 eingeleitete Kühlmittel über den in der Kühlleitung 220 angeordneten wassergekühlten Verdampfer 140 wieder in die Kühlleitung 210 fließen lassen.
In einer Ausführungsform kann eine Seite der Kühlverbindungsleitung 223 zwischen dem wassergekühlten Verdampfer 140 und dem Kabinenkühler 222 angeordnet sein. Dadurch wird verhindert, dass das entlang der Kühlleitung 220 fließende Kühlmittel in den Kabinenkühler 222 eingeleitet wird, wenn die Kühlleitung 210 und die Kühlleitung 220 durch das erste Richtungsumschaltventil 212 verbunden sind.
Die erste Anschlussleitung 250 kann von einer Seite der Kälteleitung 210 abzweigen und mit einem Bereich der Heizleitung 230 verbunden werden.
In der ersten Verbindungsleitung 250 können ein Vorratsbehälter 251, die dritte Pumpe 221 und das elektrische Bauteil 253 angeordnet sein.
Der Vorratsbehälter 251 kann zur Speicherung des Kühlmittels und zur Ergänzung des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung dienen.
In einer Ausführungsform kann der Vorratsbehälter 251 an einem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten Verbindungsleitung 250 und der Kältemittelleitung 210 angeordnet sein. Da der Vorratsbehälter 251, wie oben beschrieben, an dem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten Verbindungsleitung 250 und der Kältemittelleitung 210 angeordnet ist, ist es möglich, die Effizienz beim Ergänzen oder Speichern des Kühlmittels unabhängig von der Strömungsrichtung des Kühlmittels entsprechend dem Klimatisierungsmodus zu verbessern.
Die vierte Pumpe 252 kann in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnet sein und das Kühlmittel fördern.
Das elektrische Bauteil 253 kann in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnet sein. Das elektrische Bauteil 253 kann durch das Kühlmittel gekühlt werden. Ferner kann das elektrische Bauteil 253 ein Antriebsmotor, ein Wechselrichter, ein Ladegerät (Onboard-Charger (OBC)) oder ähnliches sein.
Die zweite Anschlussleitung 260 kann von der anderen Seite der Kälteleitung 210 abzweigen und mit einem Bereich der Heizleitung 230 verbunden werden. Die eine Seite der zweiten Verbindungsleitung 260 ist mit dem in der Heizleitung 230 angeordneten zweiten Richtungsumschaltventil 231 verbunden, und die andere Seite der zweiten Verbindungsleitung 260 kann mit einem Bereich der Kälteleitung 210 verbunden sein.
Die dritte Verbindungsleitung 270 kann von der ersten Kühlmittelverbindung 271 abzweigen, die in der Kältemittelleitung 210 angeordnet ist. Eine Seite der dritten Verbindungsleitung 270 kann mit der Kältemittelleitung 210 verbunden sein, und die andere Seite der dritten Verbindungsleitung 270 kann mit dem dritten Umschaltventil 215 verbunden sein. Das durch die dritte Verbindungsleitung 270 fließende Kühlmittel kann durch den Kühler 160 fließen.
In diesem Fall ist die Kältemaschine 160 wie oben in Bezug auf die Kältemittelkreislaufleitung 100 beschrieben.
Das dritte Richtungsschaltventil 215 kann in der Kältemittelleitung 210 angeordnet sein, und zwei Kühlmittelleitungen sind mit dem dritten Richtungsschaltventil 215 verbunden. Das dritte Richtungsumschaltventil 215 kann ein 3-Wege-Umschaltventil sein, an das die andere Seite der dritten Verbindungsleitung 270 angeschlossen ist.
In einer Ausführungsform kann die dritte Anschlussleitung 270 parallel zu der Kühlleitung 210, in der die Batterie 213 angeordnet ist, angeschlossen werden.
8 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem ersten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
In 8 ist der erste Klimatisierungsmodus ein Modus, in dem der Fahrzeuginnenraum gekühlt wird und die Batterie 213 durch die Kühlvorrichtung 160 gekühlt wird.
Im ersten Klimatisierungsmodus arbeitet der Kompressor 110 in der Kältemittelkreislaufleitung 100, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Außerdem wird das vom Kompressor 110 abgegebene Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im wassergekühlten Kondensator 120 gekühlt. Das Kältemittel, das den wassergekühlten Verflüssiger 120 passiert hat, durchläuft den Kältemittel-Wärmetauscher 180 und tauscht dabei Wärme mit dem Kältemittel aus, das den Speicher 170 passiert.
Danach wird das Kältemittel, das den Kältemittel-Wärmetauscher 180 durchlaufen hat, in der Kältemittelverzweigung 101 aufgeteilt. Ein Teil des Kältemittels wird gedrosselt und expandiert, während es durch das erste Expansionsventil 130 in der ersten Kältemittelleitung fließt. Danach tauscht das expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 220 aus, während es durch den wassergekühlten Verdampfer 140 fließt, und das Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 220 wird durch das Kältemittel gekühlt.
Außerdem wird das im wassergekühlten Verdampfer 140 verdampfte Kältemittel beim Durchströmen des Speichers 170 in ein gasförmiges und ein flüssiges Kältemittel aufgeteilt, durchläuft den Kältemittel-Wärmetauscher 180 und strömt dann wieder in den Verdichter 110.
Außerdem wird der verbleibende Teil des in der Kältemittelverzweigung 101 aufgeteilten Kältemittels gedrosselt und entspannt, während es durch das zweite Expansionsventil 150 in der zweiten Kältemittelleitung fließt. Danach wird das expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft, während es durch den Kühler 160 fließt, so dass das Kühlmittel gekühlt werden kann. Ferner wird das im Kühler 160 verdampfte Kältemittel beim Durchströmen des Speichers 170 in ein gasförmiges Kältemittel aufgeteilt und strömt dann über den Kältemittel-Wärmetauscher 180 wieder in den Kompressor 110.
Wie oben beschrieben, vereinigen sich das Kältemittel, das den wassergekühlten Verdampfer 140 durchlaufen hat, und das Kältemittel, das den Kühler 160 durchlaufen hat, im Speicher 170 und strömen in den Verdichter 110. Das Kältemittel zirkuliert, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
Währenddessen wird das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 200 durch den Betrieb der ersten bis vierten Pumpe 214, 232, 221 und 252 umgewälzt.
In diesem Fall kann das erste Richtungsumschaltventil 212 so arbeiten, dass die Kältemittelleitung 210 und die Kühlleitung 220 getrennt werden. Das dritte Richtungsumschaltventil 215 sperrt die mit dem Kühler 211 verbundene Kühlmittelleitung, so dass das durch die Batterie 213 und den Kühler 160 fließende Kühlmittel einen geschlossenen Kreislauf bildet.
Das von der vierten Pumpe 252, die in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnet ist, gepumpte Kühlmittel durchläuft das elektrische Bauteil 253, und das Kühlmittel, das das elektrische Bauteil 253 durchlaufen hat, kann das zweite Richtungsschaltventil 231 passieren.
In diesem Fall verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 mit einem Bereich der Heizungsleitung 230, so dass eine Temperatur des Kühlmittels, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, beim Durchgang des Kühlmittels durch den wassergekühlten Kondensator 120 erhöht wird. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260. Das Kühlmittel kann beim Durchströmen des Kühlers 211 durch das Kühlgebläse 211a abgekühlt werden und dann wieder in das erste Richtungsumschaltventil 212 eingeleitet werden. Das Kühlmittel, das das erste Richtungsumschaltventil 212 passiert hat, kann in den Vorratsbehälter 251 fließen und dann durch die vierte Pumpe 252 zirkulieren.
Die Kälteleitung 210 und die Kühlleitung 220 sind durch das erste Richtungsumschaltventil 212 getrennt.
Das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 zirkuliert durch die dritte Pumpe 221. Das Kühlmittel, das den Wärmeaustausch beim Durchlaufen des wassergekühlten Verdampfers 140 durchgeführt hat, durchläuft den Kabinenkühler. Das Kühlmittel, das den Innenraumkühler 222 durchläuft, tauscht Wärme mit der Luft aus, die vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasen wird, so dass die Luft abgekühlt wird. Die gekühlte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet.
Darüber hinaus kann das dritte Richtungsumschaltventil 215 so arbeiten, dass die dritte Verbindungsleitung 270 mit einem Bereich der Kältemittelleitung 210 verbunden ist. Daher kann das dritte Richtungsumschaltventil 215 verhindern, dass das Kühlmittel aus dem Vorratsbehälter 251 zum ersten Kühlmittelanschluss 271 fließt.
Das Kühlmittel fließt aus dem Kühlaggregat 160 und zirkuliert nacheinander durch die erste Pumpe 214, das dritte Richtungsumschaltventil 215, die erste Kühlmittelverbindung 271 und die Batterie 213. Dieser Zyklus wird wiederholt. Das heißt, die Batterie 213 und die Kältemaschine 160 bilden einen separaten geschlossenen Kreislauf, in dem das Kühlmittel durch das dritte Richtungsumschaltventil 215 zirkuliert, so dass die Batterie 213 separat durch die Kältemaschine 160 gekühlt werden kann.
9 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem zweiten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
Wie in 9 dargestellt, ist der zweite Klimatisierungsmodus ein Modus, in dem der Fahrzeuginnenraum gekühlt und die Batterie 213 durch den Kühler 211 gekühlt wird.
Im zweiten Klimatisierungsmodus arbeitet der Kompressor 110 in der Kältemittelzirkulationsleitung 100, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Außerdem wird das aus dem Kompressor 110 austretende Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im wassergekühlten Kondensator 120 gekühlt. Das Kältemittel, das den wassergekühlten Verflüssiger 120 passiert hat, durchläuft den Kältemittel-Wärmetauscher 180 und tauscht dabei Wärme mit dem Kältemittel aus, das den Speicher 170 passiert.
Danach wird das Kältemittel, das den Kältemittel-Wärmetauscher 180 durchlaufen hat, in der Kältemittelverzweigung 101 aufgeteilt. Ein Teil des Kältemittels wird gedrosselt und expandiert, während es durch das erste Expansionsventil 130 fließt. Danach tauscht das expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 220 aus, während es durch den wassergekühlten Verdampfer 140 fließt, und das Kühlmittel in der sekundären Kühlleitung 220 wird durch das Kältemittel gekühlt.
Außerdem wird das im wassergekühlten Verdampfer 140 verdampfte Kältemittel beim Durchlaufen des Speichers 170 in ein gasförmiges und ein flüssiges Kältemittel aufgeteilt, durchläuft den Kältemittel-Wärmetauscher 180, strömt wieder in den Verdichter 110 und zirkuliert dann.
In diesem Fall wird im zweiten Klimatisierungsmodus die Kältemaschine 160 nicht verwendet, und das zweite Expansionsventil 150 ist geschlossen, so dass das Kältemittel nicht fließt.
Währenddessen wird das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 200 durch den Betrieb der ersten bis vierten Pumpe 214, 232, 221 und 252 umgewälzt.
In diesem Fall kann das erste Richtungsschaltventil 212 so arbeiten, dass die Kühlleitung 210 und die Kühlleitung 220 getrennt werden. Das dritte Richtungsschaltventil 215 kann die dritte Verbindungsleitung 270 schließen, so dass das durch die Batterie 213 fließende Kühlmittel in den Kühler 211 fließt.
Das von der vierten Pumpe 252, die in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnet ist, geförderte Kühlmittel durchläuft das elektrische Bauteil 253, und nachdem das Kühlmittel das elektrische Bauteil 253 durchlaufen hat, kann es das zweite Richtungsschaltventil 231 passieren.
In diesem Fall verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 mit einem Bereich der Heizungsleitung 230, so dass eine Temperatur des Kühlmittels, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, beim Durchgang des Kühlmittels durch den wassergekühlten Kondensator 120 erhöht wird. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260. Das Kühlmittel kann beim Durchströmen des Kühlers 211 durch das Kühlgebläse 211a abgekühlt werden und dann wieder in das erste Richtungsumschaltventil 212 eingeleitet werden. Das Kühlmittel, das das erste Richtungsumschaltventil 212 passiert hat, kann in den Vorratsbehälter 251 fließen und dann durch die vierte Pumpe 252 zirkulieren.
Das im Vorratsbehälter 251 aufgeteilte Kühlmittel fließt entlang der Kältemittelleitung 210, fließt über den ersten Kühlmittelanschluss 271 zur Batterie 213 und fließt über die zweite Pumpe 232 zum dritten Richtungsschaltventil 215. In diesem Fall sperrt das dritte Richtungsumschaltventil 215 den Durchfluss des Kühlmittels zur dritten Anschlussleitung 270, so dass das Kühlmittel in den Kühler 211 fließt und dann zirkuliert.
Daher kann die Batterie 213 durch das Kühlmittel, das durch den Kühler 211 zirkuliert, gekühlt werden.
Die Kälteleitung 210 und die Kühlleitung 220 sind durch das erste Richtungsumschaltventil 212 getrennt.
Das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 zirkuliert durch die dritte Pumpe 221. Das Kühlmittel, das den Wärmeaustausch beim Durchlaufen des wassergekühlten Verdampfers 140 durchgeführt hat, durchläuft den Kabinenkühler. Das Kühlmittel, das den Innenraumkühler 222 durchläuft, tauscht Wärme mit der Luft aus, die vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasen wird, so dass die Luft abgekühlt wird. Die gekühlte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet.
10 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem dritten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
In 10 ist der dritte Klimatisierungsmodus ein Modus, in dem der Fahrzeuginnenraum geheizt wird, die Wärme der Außenluft absorbiert wird und die Temperatur der Batterie 213 erhöht wird.
Da der Betrieb der Kältemittelkreislaufleitung 100 im dritten Klimatisierungsmodus identisch mit dem Betrieb im ersten Klimatisierungsmodus ist, wird auf eine Beschreibung verzichtet.
Ein Bereich der Kältemittelleitung 210 der Kühlmittelleitung und ein Bereich der Kühlleitung 220 können durch das erste Richtungsumschaltventil 212 verbunden sein.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann die Kühlleitung 210 in der Nähe des Kühlers 211 und die Kühlleitung 220 in der Nähe des wassergekühlten Verdampfers 140 miteinander verbinden und den Durchfluss des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung 210 in der Nähe des Behälters und der Kühlleitung 220 in der Nähe des Kabinenkühlers 222 sperren.
Das durch den Kühler 211 geflossene Kühlmittel strömt durch das erste Richtungsumschaltventil 212 in die Kühlleitung 220. Das durch den Verdampfer geflossene Kühlmittel strömt entlang der Kühlverbindungsleitung 223, fließt in den Kühler 211 und zirkuliert. Die Zirkulation des Kühlmittels kann über den wassergekühlten Verdampfer 140 Wärme aus der Außenluft aufnehmen. In diesem Fall kann das erste Richtungsumschaltventil 212 den Durchfluss des Kühlmittels von der Kühlleitung 220 zum Innenraumkühler 222 sperren.
Das durch die vierte Pumpe 252 zirkulierende Kühlmittel fließt über das elektrische Bauteil 253 in das zweite Richtungsschaltventil 231. In diesem Fall verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 mit einem Bereich der Heizleitung 230, so dass eine Temperatur des Kühlmittels, das das elektrische Bauteil 253 durchlaufen hat, erhöht wird, wenn das Kühlmittel den wassergekühlten Kondensator 120 durchläuft. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260 und fließt zur Batterie 213. In diesem Fall kann das dritte Richtungsschaltventil 215 den Durchfluss des Kühlmittels zur dritten Verbindungsleitung 270 blockieren.
Das Kühlmittel, dessen Temperatur im wassergekühlten Kondensator 120 erhöht wird, kann die Temperatur der Batterie 213 erhöhen, während es durch die Kühlleitung 210 fließt, in den Vorratsbehälter 251 fließen und dann durch die vierte Pumpe 252 durch die Kühlleitung 210 und die Heizleitung 230 zirkulieren.
11 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem vierten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
Die vierte Betriebsart der Klimaanlage ist eine Betriebsart, bei der der Fahrzeuginnenraum erwärmt, die Wärme der Außenluft aufgenommen und die von der elektrischen Komponente 253 und der Batterie 213 erzeugte Wärme absorbiert wird (siehe 11).
Da der Betrieb der Kältemittelkreislaufleitung 100 im vierten Klimatisierungsmodus identisch mit dem Betrieb im ersten Klimatisierungsmodus ist, wird auf eine Beschreibung verzichtet.
Ein Bereich der Kältemittelleitung 210 der Kühlmittelleitung und ein Bereich der Kühlleitung 220 können durch das erste Richtungsumschaltventil 212 verbunden sein.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann die Kühlleitung 210 in der Nähe des Kühlers 211 und die Kühlleitung 220 in der Nähe des wassergekühlten Verdampfers 140 miteinander verbinden und den Durchfluss des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung 210 in der Nähe des Behälters und der Kühlleitung 220 in der Nähe des Kabinenkühlers 222 sperren.
Das durch den Kühler 211 geflossene Kühlmittel strömt durch das erste Richtungsumschaltventil 212 in die Kühlleitung 220. Das durch den Verdampfer geflossene Kühlmittel strömt entlang der Kühlverbindungsleitung 223, fließt in den Kühler 211 und zirkuliert. Die Zirkulation des Kühlmittels kann über den wassergekühlten Verdampfer 140 Wärme aus der Außenluft aufnehmen. In diesem Fall kann das erste Richtungsumschaltventil 212 den Durchfluss des Kühlmittels von der Kühlleitung 220 zum Innenraumkühler 222 sperren.
Das durch die vierte Pumpe 252 zirkulierende Kühlmittel fließt über das elektrische Bauteil 253 in das zweite Richtungsschaltventil 231. In diesem Fall kann das zweite Richtungsschaltventil 231 den Durchfluss des Kühlmittels so steuern, dass die Heizleitung 230 unabhängig zirkuliert.
Nachdem das Kühlmittel das elektrische Bauteil 253 passiert hat, fließt es über die zweite Verbindungsleitung 260 zur Batterie 213. In diesem Fall kann das dritte Richtungsschaltventil 215 die dritte Verbindungsleitung 270 öffnen, so dass das Kühlmittel zum Kühler 160 fließen kann.
Das entlang der dritten Verbindungsleitung 270 fließende Kühlmittel kann durch Wärmeaustausch in der Kältemaschine 160 abgekühlt, in der ersten Kühlmittelverbindung 271 geteilt und dann weitergeleitet werden.
Das zum Vorratsbehälter 251 zirkulierende Kühlmittel kann die Wärme des elektrischen Bauteils 253 aufnehmen, und das zur Batterie 213 zirkulierende Kühlmittel kann die Wärme der Batterie 213 aufnehmen.
Das Kühlmittel in der Heizungsleitung 230 nimmt Wärme aus dem wassergekühlten Kondensator 120 auf. Das Kühlmittel, das durch den wassergekühlten Kondensator fließt, kann den Fahrzeuginnenraum erwärmen, während es einen geschlossenen Kreislauf bildet, der durch das zweite Richtungsumschaltventil 231 zirkuliert und dabei die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 233 und den Heizungskern 234 durchläuft.
12 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem fünften Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
Die fünfte Betriebsart der Klimaanlage ist eine Betriebsart, bei der der Fahrzeuginnenraum beheizt und entfeuchtet wird und bei der Wärme von der Außenluft, dem elektrischen Bauteil 253 und der Batterie aufgenommen wird (siehe 12).
Da der Betrieb der Kältemittelzirkulationsleitung 100 im fünften Klimatisierungsmodus identisch mit dem Betrieb im ersten Klimatisierungsmodus ist, wird hier auf eine Beschreibung verzichtet.
Währenddessen wird das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 200 durch den Betrieb der ersten bis vierten Pumpe 214, 232, 221 und 252 umgewälzt.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann so arbeiten, dass die Kühlleitung 210 und die Kühlleitung 220 getrennt werden.
Das von der vierten Pumpe 252, die in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnet ist, geförderte Kühlmittel durchläuft das elektrische Bauteil 253, und nachdem das Kühlmittel das elektrische Bauteil 253 durchlaufen hat, kann es das zweite Richtungsschaltventil 231 passieren.
Das durch die vierte Pumpe 252 zirkulierende Kühlmittel fließt über das elektrische Bauteil 253 in das zweite Richtungsschaltventil 231. In diesem Fall kann das zweite Richtungsschaltventil 231 den Durchfluss des Kühlmittels so steuern, dass die Heizleitung 230 unabhängig zirkuliert.
Das Kühlmittel, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, fließt entlang der zweiten Verbindungsleitung 260 und fließt, indem es in dem Bereich geteilt wird, in dem die zweite Verbindungsleitung 260 auf die Kühlleitung 210 trifft.
Das von der zweiten Verbindungsleitung 260 zur Batterie 213 fließende Kühlmittel strömt in das dritte Richtungsschaltventil 215. Das dritte Richtungsumschaltventil 215 kann die dritte Verbindungsleitung 270 öffnen, so dass das Kühlmittel zum Kühler 160 fließen kann.
Das entlang der dritten Verbindungsleitung 270 fließende Kühlmittel kann durch Wärmeaustausch in der Kältemaschine 160 abgekühlt, in der ersten Kühlmittelverbindung 271 geteilt und dann weitergeleitet werden.
Das Kühlmittel, das in der ersten Kühlmittelverbindung 271 geteilt wird und zum Vorratsbehälter 251 zirkuliert, kann die Wärme des elektrischen Bauteils 253 aufnehmen, während es durch die erste Pumpe 214 zirkuliert.
Darüber hinaus kann das Kühlmittel, das in der ersten Kühlmittelverbindung 271 geteilt wird und zur Batterie 213 zirkuliert, Wärme von der Batterie 213 aufnehmen und dann zum dritten Richtungsschaltventil 215 fließen.
Das in der zweiten Verbindungsleitung 260 geteilte und zum Kühler 211 zirkulierende Kühlmittel wird beim Durchströmen des Kühlers 211 durch das Kühlgebläse 211 a gekühlt, passiert das erste Richtungsumschaltventil 212 und fließt dann in den Vorratsbehälter 251.
Das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 zirkuliert durch die dritte Pumpe 221, und das Kühlmittel durchläuft den Innenraumkühler. Das Kühlmittel, das den Innenraumkühler 222 durchläuft, tauscht Wärme mit der Luft aus, die vom Gebläse der Klimaanlage eingeblasen wird, und die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit wird durch den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der Luft entfernt.
In der Zwischenzeit nimmt das Kühlmittel in der Heizungsleitung 230 Wärme aus dem wassergekühlten Kondensator 120 auf. Das Kühlmittel, das durch den wassergekühlten Kondensator 120 fließt, kann den Fahrzeuginnenraum erwärmen, während es einen geschlossenen Kreislauf bildet, der durch das zweite Richtungsumschaltventil 231 zirkuliert und dabei die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 233 und den Heizungskern 234 passiert.
13 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem sechsten Klimatisierungsmodus in 7 zeigt.
Die sechste Betriebsart der Klimaanlage ist eine Betriebsart, bei der der Fahrzeuginnenraum durch Nutzung der Abwärme beheizt wird (siehe 13).
Im sechsten Klimatisierungsmodus wird der Betrieb der Kältemittelumlaufleitung 100 eingestellt.
Ein Bereich der Kältemittelleitung 210 der Kühlmittelleitung 200 und ein Bereich der Kühlleitung 220 können durch das erste Richtungsschaltventil 212 verbunden sein. Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann die Kühlleitung 210 in der Nähe des Kühlers 211 und die Kühlleitung 220 in der Nähe des wassergekühlten Verdampfers 140 miteinander verbinden und den Durchfluss des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung 210 in der Nähe des Reservoirs und der Kühlleitung 220 in der Nähe des Kabinenkühlers 222 blockieren. Da die dritte Pumpe 221 jedoch nicht in Betrieb ist, kann der Betrieb der Kühlmittelleitung 200, die über das erste Richtungsumschaltventil 212 angeschlossen ist, eingestellt werden.
Das durch die vierte Pumpe 252 zirkulierende Kühlmittel fließt über das elektrische Bauteil 253 in das zweite Richtungsschaltventil 231. In diesem Fall verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 und einen Bereich der Heizungsleitung 230, so dass das Kühlmittel, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, durch den wassergekühlten Kondensator 120 fließt.
Da die Kältemittelumlaufleitung 100 jedoch nicht in Betrieb ist, fließt das Kühlmittel durch den wassergekühlten Kondensator 120, wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsumschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260 und fließt zur Batterie 213. In diesem Fall kann das dritte Richtungsschaltventil 215 den Durchfluss des Kühlmittels zur dritten Verbindungsleitung 270 blockieren.
Nachdem das Kühlmittel das dritte Richtungsumschaltventil 215 passiert hat, fließt es durch die Kühlleitung 210 und nimmt die Wärme der Batterie 213 auf. Das Kühlmittel kann in den Vorratsbehälter 251 fließen und dann über die vierte Pumpe 252 durch die Kühlleitung 210 und die Heizleitung 230 zirkulieren.
Da in diesem Fall die Kältemittelumlaufleitung 100 gestoppt ist, erwärmt das Kühlmittel den Fahrzeuginnenraum durch Nutzung der Abwärme des elektrischen Bauteils 253 und der Batterie 213.
Die bis zeigen ein Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 14 unterscheidet sich das Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Erfindung von den Fahrzeugwärmepumpensystemen gemäß den oben genannten Ausführungsformen in Bezug auf die Anordnung Strukturen der Batterie 213 und die Pumpe.
Da die Kältemittelkreislaufleitung 100 des Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung baugleich mit der oben erwähnten Kältemittelkreislaufleitung 100 ist, wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Da die Kühlmittelleitung ebenfalls baugleich mit der oben erwähnten Kühlmittelleitung ist, wird hier nur der Unterschied beschrieben.
Die in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnete vierte Pumpe 252 kann je nach Betrieb des Systems ausgeschaltet werden.
Die Batterie 213 und die erste Pumpe 214, die in der oben beschriebenen Ausführungsform in der Kühlleitung 210 angeordnet sind, können in der dritten Anschlussleitung 270 angeordnet sein.
Die Batterie 213, die Kältemaschine 160 und die erste Pumpe 214 können in der dritten Verbindungsleitung 270 angeordnet sein, und die vierte Verbindungsleitung 280 kann zwischen der Batterie 213 und der Kältemaschine 160 angeordnet sein.
Eine Seite der vierten Verbindungsleitung 280 kann in der zweiten Verbindungsleitung 260 und die andere Seite der vierten Verbindungsleitung 280 kann in der dritten Verbindungsleitung 270 angeordnet sein.
Das vierte Richtungsschaltventil 261 kann in dem Bereich angeordnet sein, in dem die vierte Anschlussleitung 280 und die zweite Anschlussleitung 260 verbunden sind. Die zweite Anschlussleitung 260 kann mit zwei gegenüberliegenden Seiten des vierten Richtungsschaltventils 261 verbunden sein, und die vierte Anschlussleitung 280 kann in einem Bereich des vierten Richtungsschaltventils 261 angeordnet sein.
Darüber hinaus kann die Batterie 213 an der oberen Seite der dritten Verbindungsleitung 270 angeordnet sein, und die erste Pumpe 214 und die Kältemaschine 160 können an der unteren Seite der dritten Verbindungsleitung 270 angeordnet sein. Der Betrieb des Systems gemäß dem Klimatisierungsmodus wird anhand des in 14 dargestellten strukturellen Unterschieds beschrieben.
Die ersten bis sechsten Klimatisierungsmodi sind identisch mit den vorgenannten Modi. Da die Kältemittelkreislaufleitung 100 gemäß dem Klimatisierungsmodus des Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird, mit der oben genannten Kältemittelkreislaufleitung identisch ist, erfolgt die folgende Beschreibung auf der Grundlage der Kühlmittelleitung.
15 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem ersten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
Gemäß 15 arbeitet im ersten Klimatisierungsmodus die Kühlmittelleitung 200 identisch zu derjenigen der oben erwähnten Ausführungsform. In diesem Fall schließt das vierte Richtungsumschaltventil 261 die vierte Verbindungsleitung 280, so dass der Betrieb identisch mit dem Betrieb der Kühlmittelleitung 200 des Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß der oben erwähnten Ausführungsform durchgeführt wird.
16 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem zweiten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
Wie in 16 dargestellt, wird das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 200 durch den Betrieb der ersten bis vierten Pumpe 214, 232, 221 und 221 umgewälzt.
In diesem Fall kann das erste Richtungsschaltventil 212 so arbeiten, dass die Kälteleitung 210 und die Kühlleitung 220 getrennt werden. Das Umschaltventil 215 für die dritte Richtung kann so arbeiten, dass es die dritte Verbindungsleitung 270 verbindet und einen Bereich der Kühlleitung 210 schließt.
Nachdem das Kühlmittel das in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnete elektrische Bauteil 253 passiert hat, kann es durch das zweite Richtungsumschaltventil 231 fließen.
In diesem Fall verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 mit einem Bereich der Heizungsleitung 230, so dass eine Temperatur des Kühlmittels, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, beim Durchgang des Kühlmittels durch den wassergekühlten Kondensator 120 erhöht wird. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260. Das Kühlmittel kann beim Durchströmen des Kühlers 211 durch das Kühlgebläse 211a abgekühlt werden und dann wieder in das erste Richtungsumschaltventil 212 eingeleitet werden. Das Kühlmittel, das das erste Richtungsumschaltventil 212 passiert hat, kann in den Vorratsbehälter 251 fließen und dann zirkulieren.
Das im Vorratsbehälter 251 aufgeteilte Kühlmittel fließt entlang der Kältemittelleitung 210. In diesem Fall kann das Kühlmittel entlang der dritten Verbindungsleitung 270 durch das dritte Richtungsumschaltventil 215 und die erste Kühlmittelverbindung 271 fließen, durch die Batterie 213, den Kühler 160 und die erste Pumpe 214, die in der dritten Verbindungsleitung 270 angeordnet ist, fließen und dann entlang der Kühlleitung 210 zum Kühler 211 fließen.
In diesem Fall ist die zweite Kältemittelleitung der Kältemittelkreislaufleitung 100 nicht in Betrieb. Daher ist die Kältemaschine 160 nicht in Betrieb, das Kühlmittel fließt durch die Kältemaschine 160, und die Batterie 213 wird durch den Kühler 211 gekühlt.
Währenddessen zirkuliert das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 durch die dritte Pumpe 221. Das Kühlmittel, das den Wärmeaustausch durchgeführt hat, während es den wassergekühlten Verdampfer 140 durchläuft, wird durch den Kabinenkühler geleitet. Das durch den Innenraumkühler 222 fließende Kühlmittel tauscht Wärme mit der vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasenen Luft aus, so dass die Luft abgekühlt wird. Die gekühlte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet.
17 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem dritten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
Bezug nehmend auf 17 kann im dritten Klimatisierungsmodus ein Bereich der Kühlleitung 210 der Kühlmittelleitung 200 und ein Bereich der Kühlleitung 220 durch das erste Richtungsschaltventil 212 verbunden werden.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann die Kühlleitung 210 in der Nähe des Kühlers 211 und die Kühlleitung 220 in der Nähe des wassergekühlten Verdampfers 140
miteinander verbinden und den Durchfluss des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung 210 in der Nähe des Behälters und der Kühlleitung 220 in der Nähe des Kabinenkühlers 222 sperren.
Das durch den Kühler 211 geflossene Kühlmittel strömt durch das erste Richtungsumschaltventil 212 in die Kühlleitung 220. Das durch den Verdampfer geflossene Kühlmittel strömt entlang der Kühlverbindungsleitung 223, fließt in den Kühler 211 und zirkuliert. Die Zirkulation des Kühlmittels kann über den wassergekühlten Verdampfer 140 Wärme aus der Außenluft aufnehmen. In diesem Fall kann das erste Richtungsumschaltventil 212 den Durchfluss des Kühlmittels von der Kühlleitung 220 zum Innenraumkühler 222 sperren.
Das Kühlmittel fließt über das elektrische Bauteil 253 in das zweite Richtungsschaltventil 231. Dabei verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 mit einem Bereich der Heizleitung 230, so dass eine Temperatur des Kühlmittels, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, beim Durchgang des Kühlmittels durch den wassergekühlten Kondensator 120 erhöht wird. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsumschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260.
In diesem Fall arbeitet das vierte Richtungsschaltventil 261 so, dass die vierte Anschlussleitung 280 und die zweite Anschlussleitung 260 verbunden werden, so dass das Kühlmittel entlang der vierten Leitung fließt. Das dritte Richtungsschaltventil 215 sperrt den Durchfluss in der Kältemittelleitung 210, so dass das Kühlmittel zur Batterie 213 fließt.
Das Kühlmittel, dessen Temperatur im wassergekühlten Kondensator 120 erhöht wurde, kann in der dritten Verbindungsleitung 270 durch das vierte Richtungsschaltventil 261 zur Batterie 213 fließen, die Temperatur der Batterie 213 erhöhen, in den Vorratsbehälter 251 fließen und dann durch die Kühlleitung 210 und die Heizleitung 230 zirkulieren.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann das Kühlmittel die erste Pumpe 214 umgehen, wenn die Temperatur der Batterie 213 ansteigt, wodurch eine Rückwärtsdrehung der ersten Pumpe 214 verhindert wird.
18 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem vierten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
Bezug nehmend auf 18 kann im vierten Klimatisierungsmodus ein Bereich der Kühlleitung 210 der Kühlmittelleitung 200 und ein Bereich der Kühlleitung 220 durch das erste Richtungsumschaltventil 212 verbunden sein.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann die Kühlleitung 210 in der Nähe des Kühlers 211 und die Kühlleitung 220 in der Nähe des wassergekühlten Verdampfers 140 miteinander verbinden und den Durchfluss des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung 210 in der Nähe des Behälters und der Kühlleitung 220 in der Nähe des Kabinenkühlers 222 sperren.
Das durch den Kühler 211 geflossene Kühlmittel strömt durch das erste Richtungsumschaltventil 212 in die Kühlleitung 220. Das durch den Verdampfer geflossene Kühlmittel strömt entlang der Kühlverbindungsleitung 223, fließt in den Kühler 211 und zirkuliert. Die Zirkulation des Kühlmittels kann über den wassergekühlten Verdampfer 140 Wärme aus der Außenluft aufnehmen. In diesem Fall kann das erste Richtungsumschaltventil 212 den Durchfluss des Kühlmittels von der Kühlleitung 220 zum Innenraumkühler 222 sperren.
Das Kühlmittel, das das in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnete elektrische Bauteil 253 durchströmt hat, fließt in das zweite Richtungsschaltventil 231. In diesem Fall verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 mit einem Bereich der Heizleitung 230, so dass eine Temperatur des Kühlmittels, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, erhöht wird, wenn das Kühlmittel durch den wassergekühlten Kondensator 120 fließt. Das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsumschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260.
In diesem Fall arbeitet das vierte Richtungsumschaltventil 261 so, dass die vierte Anschlussleitung 280 und die zweite Anschlussleitung 260 verbunden werden, so dass das Kühlmittel entlang der vierten Anschlussleitung 280 fließt und in der dritten Anschlussleitung 270 aufgeteilt wird.
Das in der dritten Verbindungsleitung 270 zur Batterie 213 geteilte Kühlmittel durchströmt die Batterie 213, fließt in den Vorratsbehälter 251 und zirkuliert dann.
Das in der dritten Verbindungsleitung 270 zur Kältemaschine 160 aufgeteilte Kühlmittel führt in der Kältemaschine 160 einen Wärmeaustausch durch, fließt entlang der Kälteleitung 210 über die erste Pumpe 214 und das dritte Richtungsumschaltventil 215 und fließt in den Vorratsbehälter 251.
Das durch die Kühlmittelleitung 200 fließende Kühlmittel kann die Abwärme des elektrischen Bauteils 253 und der Batterie 213 aufnehmen.
19 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem fünften Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
In der fünften Betriebsart der Klimaanlage wird das Kühlmittel in der Kühlmittelleitung 200 durch die erste bis vierte Pumpe 214, 232, 221 und 221 umgewälzt (siehe 19).
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann so arbeiten, dass die Kühlleitung 210 und die Kühlleitung 220 getrennt werden.
Das Kühlmittel kann durch das in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnete elektrische Bauteil 253 fließen. Nachdem das Kühlmittel das elektrische Bauteil 253 passiert hat, kann es durch das zweite Richtungsumschaltventil 231 fließen.
In diesem Fall kann das zweite Richtungsschaltventil 231 den Durchfluss des Kühlmittels so steuern, dass die Heizleitung 230 unabhängig zirkuliert.
Das Kühlmittel, das durch das elektrische Bauteil 253 fließt, kann entlang der zweiten Verbindungsleitung 260 fließen und durch das vierte Richtungsumschaltventil 261 fließen.
In diesem Fall arbeitet das vierte Richtungsumschaltventil 261 so, dass die vierte Anschlussleitung 280 und die zweite Anschlussleitung 260 verbunden werden, so dass das Kühlmittel entlang der vierten Anschlussleitung 280 fließt und in der dritten Anschlussleitung 270 aufgeteilt wird.
Das in der dritten Verbindungsleitung 270 zur Batterie 213 geteilte Kühlmittel durchströmt die Batterie 213, fließt in den Vorratsbehälter 251 und zirkuliert dann.
Das in der dritten Verbindungsleitung 270 zur Kältemaschine 160 geteilte Kühlmittel führt in der Kältemaschine 160 einen Wärmeaustausch durch, fließt über die erste Pumpe 214 und das dritte Richtungsschaltventil 215 entlang der Kältemittelleitung 210 und fließt zum Kühler 211. Das zum Kühler 211 fließende Kühlmittel kann durch das Kühlgebläse 211 a abgekühlt werden und über das erste Richtungsschaltventil 212 in den Vorratsbehälter 251 fließen.
Das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 zirkuliert durch die dritte Pumpe 221, und das Kühlmittel durchläuft den Innenraumkühler. Das Kühlmittel, das den Innenraumkühler 222 durchläuft, tauscht Wärme mit der Luft aus, die vom Gebläse der Klimaanlage eingeblasen wird, und die Feuchtigkeit in der Luft wird entfernt, da das Kühlmittel und die Luft Wärme miteinander austauschen.
In der Zwischenzeit nimmt das Kühlmittel in der Heizungsleitung 230 Wärme aus dem wassergekühlten Kondensator 120 auf. Das Kühlmittel, das durch den wassergekühlten Kondensator 120 fließt, kann den Fahrzeuginnenraum erwärmen, während es einen geschlossenen Kreislauf bildet, der durch das zweite Richtungsumschaltventil 231 zirkuliert und dabei die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 233 und den Heizungskern 234 passiert.
20 ist eine Ansicht, die einen Betrieb in einem sechsten Klimatisierungsmodus in 14 zeigt.
Wie in 20 dargestellt, wird im sechsten Klimatisierungsmodus der Betrieb der Kältemittelzirkulationsleitung 100 eingestellt.
Ein Bereich der Kältemittelleitung 210 der Kühlmittelleitung 200 und ein Bereich der Kühlleitung 220 können durch das erste Richtungsschaltventil 212 verbunden sein. Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann die Kühlleitung 210 in der Nähe des Kühlers 211 und die Kühlleitung 220 in der Nähe des wassergekühlten Verdampfers 140 miteinander verbinden und den Durchfluss des Kühlmittels zwischen der Kühlleitung 210 in der Nähe des Reservoirs und der Kühlleitung 220 in der Nähe des Kabinenkühlers 222 blockieren. Da die dritte Pumpe 221 jedoch nicht in Betrieb ist, kann der Betrieb der Kühlmittelleitung 200, die über das erste Richtungsumschaltventil 212 angeschlossen ist, eingestellt werden.
Das Kühlmittel, das das in der ersten Verbindungsleitung 250 angeordnete elektrische Bauteil 253 durchströmt hat, fließt in das zweite Richtungsschaltventil 231. In diesem Fall verbindet das zweite Richtungsschaltventil 231 die erste Verbindungsleitung 250 und einen Bereich der Heizleitung 230, so dass das Kühlmittel, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, durch den wassergekühlten Kondensator 120 fließt.
Da die Kältemittelumlaufleitung 100 jedoch nicht in Betrieb ist, fließt das Kühlmittel durch den wassergekühlten Kondensator 120, wird von der zweiten Pumpe 232 gepumpt und strömt über die Kühlmittelheizung 233 und den Heizkern 234 in das zweite Richtungsumschaltventil 231.
Das in das zweite Richtungsumschaltventil 231 eingeleitete Kühlmittel fließt nach dem Durchgang durch den wassergekühlten Kondensator 120 entlang der zweiten Verbindungsleitung 260.
In diesem Fall arbeitet das vierte Richtungsschaltventil 261 so, dass die vierte Verbindungsleitung 280 und die zweite Verbindungsleitung 260 verbunden sind, so dass das Kühlmittel entlang der vierten Verbindungsleitung 280 fließt. In diesem Fall kann das dritte Richtungsschaltventil 215 den Durchfluss des Kühlmittels in der Kältemittelleitung 210 blockieren. Daher strömt das Kühlmittel entlang der dritten Verbindungsleitung 270 durch die Batterie 213 und fließt dann vom ersten Kühlmittelanschluss 271 zum Vorratsbehälter 251.
Da in diesem Fall die Kältemittelumlaufleitung 100 gestoppt ist, erwärmt das Kühlmittel den Fahrzeuginnenraum durch Nutzung der Abwärme des elektrischen Bauteils 253 und der Batterie 213.
Die in der Beschreibung des Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit denselben Bezugsziffern bezeichneten Komponenten können dieselben Funktionen erfüllen, und die Konfigurationen und Inhalte im Zusammenhang mit den Ausführungsformen können austauschbar ausgeführt werden.
Die bis zeigen ein Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Strukturansicht eines Fahrzeugwärmepumpensystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 21, kann das Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen: den Kompressor 110, der so konfiguriert ist, dass er das Kältemittel komprimiert und zirkulieren lässt; einen ersten Wärmetauscher 120, der so konfiguriert ist, dass er das komprimierte Kältemittel kondensiert; ein erstes Expansionsventil 130, das so konfiguriert ist, dass es das kondensierte Kältemittel expandiert; einen zweiten Wärmetauscher 140, der so konfiguriert ist, dass er das durch das erste Expansionsventil 130 expandierte Kältemittel verdampft; ein zweites Expansionsventil 150, das so konfiguriert ist, dass es das kondensierte Kältemittel expandiert; den Kühler 160, der so konfiguriert ist, dass das Kühlmittel Wärme mit dem durch das zweite Expansionsventil 150 expandierten Kältemittel austauschen kann; einen Wärmeabgabe-Wärmetauscher 211, der so konfiguriert ist, dass das Kühlmittel Wärme mit der Außenluft austauschen kann; und die elektrische Komponente 253, die so konfiguriert ist, dass sie durch das Kühlmittel gekühlt wird. Im Heizmodus kann das Kühlmittel, nachdem es den Wärmeableitungs-Wärmetauscher 211 passiert hat, Wärme mit dem elektrischen Bauteil 253 austauschen und dann in den Kühler 160 fließen, wodurch die Heizleistung verbessert wird.
Im Folgenden wird der Kondensator 120 als Beispiel für den ersten Wärmetauscher, der Verdampfer 140 als Beispiel für den zweiten Wärmetauscher, der Kühler 211 als Beispiel für den Wärmeabgabe-Wärmetauscher und die Batterie 213 als Beispiel für die wärmeerzeugende Komponente beschrieben.
Das Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Kältemittel-Zirkulationsleitung 100 umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie das Kältemittel zirkulieren und den Fahrzeuginnenraum kühlen kann; und die Kühlmittel-Zirkulationsleitung 200, die so konfiguriert ist, dass sie das Kühlmittel zirkulieren, den Fahrzeuginnenraum erwärmen und die Komponenten kühlen kann. Ferner kann die Kühlmittelzirkulationsleitung 200 die Heizleitung 230 umfassen, die zum Heizen des Fahrzeuginnenraums konfiguriert ist, und die Kühlleitung 210, die zum Kühlen der elektrischen Komponente 253 und der Batterie 213 konfiguriert ist.
Die Kältemittelzirkulationsleitung 100 kann den Kompressor 110, den Kondensator 120, den Kältemittelverzweigungsteil 101, die erste Kältemittelleitung 100a, die von dem Kältemittelverzweigungsteil 101 nach einer Seite abzweigt und so konfiguriert ist, dass sie durch das erste Expansionsventil und den Verdampfer 140 verläuft, die zweite Kältemittelleitung 100b, die von dem Kältemittelverzweigungsteil 101 nach der anderen Seite abzweigt und so konfiguriert ist, dass sie durch das zweite Expansionsventil 160 und den Kühler 160 verläuft, und den Sammler 170, durch den das Kältemittel, das durch die erste Kältemittelleitung 100a und die zweite Kältemittelleitung 100b gelaufen ist, läuft,
umfassen. Das durch den Speicher 170 geflossene Kältemittel strömt wieder in den Verdichter 110, so dass ein Kältemittelkreislauf entsteht.
In diesem Fall kann der Kältemittelwärmetauscher 180 in der ersten Kältemittelleitung 100a angeordnet sein. Der Kältemittelwärmetauscher kann zwischen dem Kältemittelverzweigungsteil 101 und dem ersten Expansionsventil 130 angeordnet sein, so dass das in das erste Expansionsventil 130 eingeleitete Kältemittel mit dem Kältemittel, das den Verdampfer 140 passiert hat, Wärme austauschen kann.
Der Kompressor 110 wird von einem Motor (Verbrennungsmotor) oder einem Motor angetrieben. Der Kompressor saugt das Kältemittel an, verdichtet das Kältemittel zu einem gasförmigen Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck und gibt das Kältemittel dann an den Verflüssiger 120 ab.
Der Verflüssiger 120 dient sowohl im Kühlbetrieb als auch im Heizbetrieb als Verflüssiger. Das durch den Verflüssiger 120 fließende Kältemittel tauscht Wärme mit dem Kühlmittel in der Kühlmittelkreislaufleitung 200 aus, die weiter unten beschrieben wird, und fließt dann zum ersten Expansionsventil 130. Wie oben beschrieben, kann das durch das Kältemittel im Verflüssiger 120 erwärmte Kühlmittel über die Kühlmittelkreislaufleitung 200 einem inneren Wärmetauscher zugeführt werden. In einer Ausführungsform kann ein wassergekühlter Verflüssiger 120 als Verflüssiger 120 verwendet werden.
Der Kältemittelabzweig 101 verteilt das Kältemittel an die erste Kältemittelleitung 100a und die zweite Kältemittelleitung 100b.
Das erste Expansionsventil 130 und der Verdampfer 140 können in der ersten Kältemittelleitung 100a angeordnet sein.
Das erste Expansionsventil 130 kann das aus der ersten Kältemittelleitung 100a eingeleitete Kältemittel drosseln, einen Bypass-Betrieb für das Kältemittel durchführen oder einen Kältemittelfluss blockieren. Das erste Expansionsventil 130 kann je nach Strömungsrichtung des Kältemittels an einer Seite neben dem Einlass des Verdampfers 140 angeordnet sein.
Der Verdampfer 140 ist in einem Klimaanlagengehäuse installiert und in der ersten Kältemittelleitung 100a angeordnet. Während eines Prozesses, bei dem das vom ersten Expansionsventil 130 abgegebene Kältemittel dem Verdampfer 140 zugeführt wird und Luft, die durch ein Gebläse in das Klimaanlagengehäuse strömt, durch den Verdampfer 140 strömt, tauscht die Luft Wärme mit dem Niedertemperatur-Niederdruck-Kältemittel im Verdampfer 140 aus und wird in kalte Luft umgewandelt. Die kalte Luft wird in den Fahrzeuginnenraum abgegeben und kühlt den Innenraum.
Das zweite Expansionsventil 160 und der Kaltwassersatz 160 können in der zweiten Kältemittelleitung 100b angeordnet sein.
Das zweite Expansionsventil 160 kann das aus der zweiten Kältemittelleitung 100b eingeleitete Kältemittel drosseln, einen Bypass-Betrieb für das Kältemittel durchführen oder den Kältemittelfluss blockieren. Das zweite Expansionsventil kann je nach Strömungsrichtung des Kältemittels an einer Seite neben dem Einlass des Kühlers 160 angeordnet sein.
Das Niedertemperatur-Niederdruck-Kältemittel, das aus dem zweiten Expansionsventil 160 austritt, wird dem Kühler 160 zugeführt und tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, das in der Kühlmittelkreislaufleitung 200 fließt. Das durch den Wärmeaustausch im Kühler 160 erzeugte kalte Kühlmittel kann durch die Kühlmittelkreislaufleitung 200 zirkulieren und Wärme mit der Hochtemperaturbatterie 213 austauschen. Das heißt, die Batterie 213 tauscht Wärme mit dem Kühlmittel aus, anstatt Wärme mit dem Kältemittel auszutauschen.
Der Druckspeicher 170 ist auf einer Seite neben dem Einlass des Verdichters 110 installiert. Das Kältemittel, das den Verdampfer 140 und/oder die Kältemaschine 160 durchlaufen hat, fließt in den Speicher 170. Der Akkumulator 170 kann das Kältemittel in ein flüssiges und ein gasförmiges Kältemittel aufteilen und nur das gasförmige Kältemittel dem Verdichter 110 zuführen.
Der Kältemittel-Wärmetauscher 180 ermöglicht es, dass das in das erste Expansionsventil 130 eingeleitete Kältemittel und das aus dem Verdampfer 140 austretende Kältemittel miteinander Wärme austauschen, wodurch die Kühlleistung verbessert wird. In diesem Fall durchläuft eine einlassseitige Kältemittelleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Kältemittelverzweigungsteil 101 und das erste Expansionsventil 130 verbindet, und die so konfiguriert ist, dass das Kältemittel durch sie in den Verdampfer 140 eingeleitet wird, den Kältemittelwärmetauscher 180, und eine auslassseitige Kältemittelleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Verdampfer 140 und den Akkumulator 170 verbindet, und die so konfiguriert ist, dass das Kältemittel aus dem Verdampfer 140 durch den Kältemittel-Wärmetauscher 180 austritt, so dass das Kältemittel, das durch die einlassseitige Kältemittelleitung strömt, und das Kältemittel, das durch die auslassseitige Kältemittelleitung strömt, Wärme miteinander austauschen können.
Bevor das Kältemittel in das erste Expansionsventil 130 eingeleitet wird, kann das Kältemittel daher durch den Kältemittel-Wärmetauscher 180 weiter abgekühlt werden, wodurch die Kühlleistung des Verdampfers 140 und die Effizienz des Kühlsystems verbessert werden. Insbesondere sind der Kältemittelwärmetauscher 180 und die Kältemaschine 160 parallel geschaltet.
Das heißt, der Kältemittel-Wärmetauscher 180 ist nicht in Reihe zwischen dem Verflüssiger 120 und dem Kühler 160 in der Kältemittelleitung angeordnet, sondern der Kältemittel-Wärmetauscher 180 ist neben dem Verdampfer 140 angeordnet, so dass der Kältemittel-Wärmetauscher 180 und der Verdampfer 140 in Reihe angeordnet und angeschlossen werden können. Wenn der Kältemittel-Wärmetauscher in Reihe zwischen dem wassergekühlten Verflüssiger 120 und der Kältemaschine 160 angeordnet ist, kann die Heizleistung abnehmen, da im Heizbetrieb ein Druckabfall auf der Niederdruckseite auftritt. Wird der Kältemittel-Wärmetauscher dagegen parallel geschaltet, steigen sowohl die Kühl- als auch die Heizleistung. Dies liegt daran, dass im Heizbetrieb kein Kältemittel-Wärmetauscher zwischen dem Verflüssiger 120 und der Kältemaschine 160 im Kältemittelstrom vorhanden ist.
Die Kühlmittelzirkulationsleitung 200 kann die Heizleitung 230 zum Heizen des Fahrzeuginnenraums sowie die Kühlleitung 210 und die zweite Kühlleitung zum Kühlen des elektrischen Bauteils 253 und der Batterie 213 umfassen.
In diesem Fall kann die Kühlleitung 220 den Verdampfer 140, den Kabinenkühler 222 und die dritte Pumpe 221 umfassen. In diesem Fall kann die Kühlmittelleitung, die den Verdampfer 140, den Kabinenkühler 222 und die dritte Pumpe 221 miteinander verbindet, einen geschlossenen Kreislauf bilden.
Wie oben beschrieben, können das Kältemittel und das Kühlmittel auf ihrem Weg durch den Verdampfer 140 Wärme miteinander austauschen.
Der Innenraumkühler 222 dient als luftgekühlter Verdampfer 140. Das durch Wärmeaustausch mit dem durch den Verdampfer 140 strömenden Kältemittel gekühlte Kühlmittel durchläuft den Kabinenkühler 222. Ferner ist der Kabinenkühler 222 in der Klimaanlage 190 angeordnet. Die vom Luftgebläse der Klimaanlage 190 strömende Luft wird beim Durchströmen des Innenraumkühlers 222 gekühlt, dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet.
Die dritte Pumpe 221 dient dazu, das Kühlmittel zu pumpen, so dass das Kühlmittel entlang der Kühlleitung 220 zirkuliert. Ferner kann die dritte Pumpe 221 in der Kühlmittelleitung installiert und zwischen dem Verdampfer 140 und dem Kabinenkühler 222 angeordnet sein. Durch den Betrieb der dritten Pumpe 221 kann das Kühlmittel umgewälzt werden.
Daher verwendet das Fahrzeugwärmepumpensystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Kühlleitung 220, die das Kühlmittel zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet, so dass die Kältemittelkreislaufleitung 100, durch die das Kältemittel zirkuliert, außerhalb des Fahrzeuginnenraums angeordnet werden kann, anstatt im Fahrzeuginnenraum angeordnet zu sein. Daher ist es möglich, die Länge der Kältemittelleitung zu reduzieren, die Kältemittelmenge zu verringern und die Komponenten der Kältemittelkreislaufleitung 100 zu modularisieren. Darüber hinaus kann ein hocheffizientes natürliches Kältemittel als Kältemittel für die Kältemittelkreislaufleitung 100 verwendet werden, was die Effizienz des Wärmemanagementsystems verbessern kann.
Die Heizungsleitung 230 kann den Kondensator 120, eine zweite Pumpe 232, eine Kühlmittelheizung 233, einen Heizungskern 234 und ein zweites Richtungsschaltventil 231 umfassen.
Wie oben beschrieben, können das Kältemittel und das Kühlmittel auf ihrem Weg durch den Verflüssiger 120 Wärme miteinander austauschen.
Die zweite Pumpe 232 ist ein Mittel zum Pumpen des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel entlang der Heizleitung 230 zirkuliert. Die zweite Pumpe 232 kann in der Kühlmittelleitung installiert und entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter dem Kondensator 120 angeordnet sein.
Bei der Kühlmittelheizung 233 handelt es sich um eine Vorrichtung zur Erwärmung des Kühlmittels. Die Kühlmittelheizung 233 ist mit der zweiten Pumpe 232 verbunden und in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Heizkern 234 angeordnet. Außerdem kann die Kühlmittelheizung 233 in Betrieb gehen, wenn die Temperatur des Kühlmittels gleich oder niedriger als eine bestimmte Temperatur ist. Als Kühlmittelheizer 233 können verschiedene Komponenten, wie z. B. ein Induktionsheizer, ein Mantelheizer, ein PTC-Heizer oder ein Folienheizer, der mit Hilfe elektrischer Energie Wärme erzeugen kann, verwendet werden.
Der Heizkern 234 kann in einer Klimaanlage 190 des Fahrzeugs angeordnet sein. Die von dem Luftgebläse strömende Luft kann beim Durchströmen des Heizkerns 234 erwärmt, dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet werden. Ferner kann der Heizkern 234 entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter der Kühlmittelheizung 233 angeschlossen und angeordnet sein.
Das zweite Richtungsumschaltventil 231 kann zwischen dem Heizungskern 234 und dem Verflüssiger 120 installiert werden und so konfiguriert sein, dass es die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210, die weiter unten beschrieben werden, wahlweise verbindet oder trennt.
Genauer gesagt, kann das zweite Richtungsumschaltventil 231 in die Heizungsleitung 230 eingebaut werden. An das zweite Richtungsumschaltventil 231 können zwei Kühlmittelleitungen angeschlossen werden. Die einzelne erste Anschlussleitung 250, die von einer Seite der Kältemittelleitung 210 abzweigt, kann an das zweite Richtungsumschaltventil 231 angeschlossen werden. Die einzelne zweite Anschlussleitung 260, die von der anderen Seite der Kältemittelleitung 210 abzweigt, kann an das zweite Richtungsschaltventil 231 angeschlossen werden. Das heißt, dass vier Kühlmittelleitungen an das zweite Richtungsschaltventil 231 angeschlossen werden können, so dass sie zusammenlaufen. Das zweite Richtungsumschaltventil 231 kann ein 4-Wege-Umschaltventil sein, das in der Lage ist, Zustände einzustellen, in denen die vier Kühlmittelleitungen miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind.
Die Kühlleitung 210 kann einen Heizkörper 211, ein erstes Richtungsschaltventil 212, eine vierte Pumpe 252, ein zweites Richtungsschaltventil 231, das elektrische Bauteil 253, eine erste Kühlmittelverbindung 271, eine zweite Kühlmittelverbindung 262, eine erste Pumpe 214, die Batterie 213, den Kühler 160 und ein drittes Richtungsschaltventil 215 umfassen.
Der Kühler 211 kühlt das Kühlmittel, das mit dem elektrischen Bauteil 253 oder der Batterie 213 Wärme ausgetauscht hat. Der Kühler 211 kann durch ein Kühlgebläse 211a luftgekühlt werden.
Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann in die Kältemittelleitung 210 eingebaut werden. An das erste Richtungsumschaltventil 212 können zwei Kühlmittelleitungen angeschlossen werden. Das zweite Richtungsumschaltventil 231 und das erste Richtungsumschaltventil 212 können durch die erste Verbindungsleitung 250 verbunden werden, so dass die Heizleitung 230 und die Kälteleitung 210 verbunden sind.
Das heißt, dass drei Kühlmittelleitungen an das erste Richtungsschaltventil 212 angeschlossen werden können, so dass sie zusammenlaufen. Das erste Richtungsumschaltventil 212 kann ein 3-Wege-Umschaltventil sein, mit dem die Zustände eingestellt werden können, in denen die drei Kühlmittelleitungen miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind.
Die vierte Pumpe 252 ist ein Mittel zum Pumpen des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel entlang der Kältemittelleitung 210 zirkuliert. Ferner ist die vierte Pumpe 252 in der ersten Verbindungsleitung 250 installiert und zwischen dem zweiten Richtungsschaltventil 231 und dem ersten Richtungsschaltventil 212 angeordnet. Durch den Betrieb der vierten Pumpe 252 kann das Kühlmittel von dem ersten Richtungsschaltventil 212 zu dem zweiten Richtungsschaltventil 231 fließen.
Das zweite Richtungsumschaltventil 231 ist wie oben in Bezug auf die Heizungsleitung 230 beschrieben.
Das elektrische Bauteil 253 ist in einer zweiten Verbindungsleitung 260 angeordnet, die das zweite Richtungsschaltventil 231 und den zweiten Kühlmittelanschluss 262 verbindet. Das elektrische Bauteil 253 kann durch das Kühlmittel gekühlt werden. Ferner kann das elektrische Bauteil 253 ein Antriebsmotor, ein Wechselrichter, ein Ladegerät (onboard charger (OBC)) oder ähnliches sein.
Die erste Pumpe 214 ist ein Mittel zum Pumpen des Kühlmittels, so dass das Kühlmittel entlang der Kühlmittelleitung 210 zirkuliert. Außerdem ist die erste Pumpe 214 in der Kühlmittelleitung installiert und zwischen dem ersten Kühlmittelanschluss 271 und der Batterie 213 angeordnet, so dass das Kühlmittel von der ersten Pumpe 214 zur Batterie 213 fließen kann.
Die Batterie 213 dient als Stromquelle für das Fahrzeug. Die Batterie 213 kann als Antriebsquelle für verschiedene Arten von elektrischen Komponenten 253 im Fahrzeug dienen. Darüber hinaus kann die Batterie 213 mit einer Brennstoffzelle verbunden sein und als Stromspeicher dienen. Alternativ kann die Batterie 213 auch dazu dienen, von außen zugeführte Elektrizität zu speichern. Ferner kann die Batterie 213 in der Kühlmittelleitung angeordnet und zwischen der ersten Pumpe 214 und dem dritten Richtungsumschaltventil 215 vorgesehen sein. Daher kann die Batterie 213 durch Wärmeaustausch mit dem fließenden Kühlmittel gekühlt oder erwärmt werden.
Das erste Kühlmittelverbindungsstück 271 ist in der Kühlmittelleitung installiert und entsprechend der Strömungsrichtung des Kühlmittels hinter dem ersten Richtungsumschaltventil 212 angeordnet. An das erste Kühlmittelgelenk 271 sind drei Kühlmittelleitungen so angeschlossen, dass sie zusammenlaufen. Das heißt, die erste Kühlmittelverbindung 271 kann so installiert werden, dass zwei gegenüberliegende Seiten davon mit der Kältemittelleitung 210 verbunden sind, und eine dritte Verbindungsleitung 270 kann mit einer unteren Seite der ersten Kühlmittelverbindung 271 verbunden sein. In diesem Fall kann die dritte Verbindungsleitung 270 so angeschlossen werden, dass sie durch die Kühlmaschine 160 verläuft.
Der zweite Kühlmittelanschluss 262 kann an einem Punkt installiert werden, an dem ein hinteres Ende der zweiten Anschlussleitung 260 auf die Kältemittelleitung 210 trifft. Drei Kühlmittelleitungen sind mit dem zweiten Kühlmittelanschluss 262 so verbunden, dass sie zusammenlaufen. Das heißt, die zweite Kühlmitteldurchführung 262 kann so installiert werden, dass zwei gegenüberliegende Seiten davon mit der Kältemittelleitung 210 verbunden sind, und die zweite Anschlussleitung 260 kann mit einer oberen Seite der zweiten Kühlmitteldurchführung 262 verbunden sein.
Die Kältemaschine 160 ist wie oben in Bezug auf die Heizleitung 230 beschrieben.
Das dritte Richtungsumschaltventil 215 kann in die Kühlmittelleitung eingebaut werden und zwischen der Batterie 213 und dem zweiten Kühlmittelanschluss 262 angeordnet sein. An das dritte Richtungsumschaltventil 215 können zwei Kühlmittelleitungen angeschlossen werden. Die dritte Verbindungsleitung 270 kann mit einer Oberseite des dritten Richtungsumschaltventils 215 verbunden werden, so dass die Batterie 213 und die dritte Verbindungsleitung 270 parallel geschaltet werden können. In diesem Fall kann das erste Richtungsumschaltventil 212 ein 3-Wege-Umschaltventil sein, das in der Lage ist, Zustände einzustellen, in denen die drei Kühlmittelleitungen miteinander verbunden oder voneinander getrennt sind.
Außerdem kann das Gebläse an einer Seite der Klimaanlage 190 installiert sein, um Luft auszublasen. Eine Temperatureinstellungsklappe kann in der Klimatisierungsvorrichtung 190 installiert sein. Darüber hinaus können der Verdampfer 140 und der Heizkern 234, die in der Klimatisierungsvorrichtung 190 angeordnet sind, so angeordnet und konfiguriert sein, dass die vom Luftgebläse abgegebene Luft auf der Grundlage des Betriebs der Temperatureinstellungsklappe in den Fahrzeuginnenraum strömen kann, während sie nur durch den Verdampfer 140 strömt, oder in den Fahrzeuginnenraum strömen kann, während sie durch den Verdampfer 140 und dann durch den Heizkern 234 strömt.
Zusätzlich kann das vierte Richtungsschaltventil 261 in der zweiten Verbindungsleitung 260 angeordnet sein und die Strömungsrichtung des Kühlmittels nach Durchströmen des elektrischen Bauteils 253 steuern. Das vierte Richtungsschaltventil 261 ist in der vierten Verbindungsleitung 280 angeordnet, die von der zweiten Verbindungsleitung 260 abzweigt. Die vierte Anschlussleitung 280 kann mit einem dritten Kühlmittelanschluss 272 verbunden sein, der in der dritten Anschlussleitung 270 angeordnet ist.
Der dritte Kühlmittelanschluss 272 ist auf einer Seite neben einem Einlass des Kühlers 160 angeordnet, durch den das Kühlmittel eingeleitet wird. Das Kühlmittel, das das elektrische Bauteil 253 passiert hat, kann entsprechend der Betätigung des vierten Richtungsumschaltventils 261 in die Kühlmaschine 160 eingeleitet werden.
In einer Ausführungsform können das elektrische Bauteil 253 und die Kältemaschine 160 in Reihe geschaltet werden, wenn die obere und die rechte Seite des vierten Richtungsschaltventils 261 verbunden sind.
22 ist eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform von 21 zeigt.
Das in 22 dargestellte Fahrzeugwärmepumpensystem weist eine Struktur auf, bei der die erste Kühlmittelverbindung 271 und die dritte Kühlmittelverbindung 272 als ein einziges Bauteil verbunden sind.
Ein integriertes Kühlmittelgelenk 273, das durch Verbindung des ersten Kühlmittelgelenks 271 und des dritten Kühlmittelgelenks 272 konfiguriert ist, kann an vier Kühlmittelflusswege angeschlossen werden.
Die integrierte Kühlmittelverbindung 273 kann mit der Kältemaschine 160, der ersten Pumpe 214, dem ersten Richtungsschaltventil 212 und der vierten Verbindungsleitung 280, die mit dem vierten Richtungsschaltventil 261 verbunden ist, verbunden werden. Die Strömungswege der integrierten Kühlmittelverbindung 273 können durch das erste Richtungsschaltventil 212, das dritte Richtungsschaltventil 215 und das vierte Richtungsschaltventil 261 gesteuert werden.
23 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem maximalen Heizmodus zeigt.
Wie in 23 dargestellt, arbeitet in der Kältemittelkreislaufleitung 100 der Kompressor 110, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Das aus dem Verdichter 110 austretende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im Verflüssiger 120 abgekühlt. Das im Verflüssiger 120 abgekühlte Kältemittel strömt anschließend durch den Kältemittelabzweig 101 und wird beim Durchströmen des zweiten Expansionsventils 160 gedrosselt und entspannt. Danach strömt das expandierte Kältemittel in den Kühler 160 und tauscht Wärme mit dem Kühlmittel im Kühler 160 aus, so dass das Kühlmittel gekühlt und das Kältemittel erwärmt werden kann. Anschließend strömt das Kältemittel, das den Kühler 160 passiert hat, über den Speicher 170 wieder in den Kompressor 110.
In diesem Fall ist das erste Expansionsventil 130 geschlossen, so dass das Kältemittel nicht zum Verdampfer 140 fließen kann. Daher zirkuliert das Kältemittel, während der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
Außerdem ist in der Kühlleitung 220 die dritte Pumpe 221 nicht in Betrieb, so dass das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 nicht fließen kann.
Währenddessen wird das Kühlmittel in der Kühlmittelzirkulationsleitung 200 durch den Betrieb der zweiten Pumpe 232 und der vierten Pumpe 252 umgewälzt. Außerdem kann das Kühlmittel erwärmt werden, während es den Kondensator 120 durchläuft, durch die Kühlmittelheizung 233 erwärmt wird und durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 253 erwärmt wird. Das Kühlmittel kann gekühlt werden, während es durch den Kühler 160 fließt. In diesem Fall können das zweite Richtungsumschaltventil 231 und das erste Richtungsumschaltventil 212 ihre Richtungen so einstellen, dass die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210 getrennt sind. Genauer gesagt kann das Kühlmittel fließen, wenn die obere Seite und die rechte Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel kann fließen, wenn die untere Seite und die linke Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind. Ferner kann das Kühlmittel fließen, wenn die linke Seite und die untere Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 miteinander verbunden sind, und die rechte Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 kann unterbrochen werden. Außerdem können die obere und die linke Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 miteinander verbunden werden, und die rechte Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 kann gesperrt werden.
Daher durchläuft das Kühlmittel in der Heizungsleitung 230 nacheinander die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 233, den Heizungskern 234, das zweite Richtungsumschaltventil 231 und den Kondensator 120, fließt erneut in die zweite Pumpe 232 und zirkuliert. Dieser Zyklus wiederholt sich. In diesem Fall durchläuft das Kühlmittel den Heizungskern 234 und tauscht dabei Wärme mit der Luft aus, die vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasen wird, so dass die Luft erwärmt wird. Die erwärmte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zum Heizen des Fahrzeuginnenraums verwendet.
Des Weiteren fließt das Kühlmittel in der von der Heizungsleitung 230 getrennten Kältemittelleitung 210 von der vierten Pumpe 252 zum zweiten Richtungsumschaltventil 231, zum elektrischen Bauteil 253, zum vierten Richtungsumschaltventil 261, zur dritten Kühlmittelverbindung 272, zum Kaltwassersatz 160, zum dritten Richtungsumschaltventil 215, zum Heizkörper 211 und zum ersten Richtungsumschaltventil 212, fließt in die vierte Pumpe 252 und zirkuliert dann. Dieser Zyklus wiederholt sich.
In diesem Fall können die Oberseite und die rechte Seite des vierten Richtungsumschaltventils 261 miteinander verbunden werden, so dass das Kühlmittel zum Kühler 160 fließt. Das Kühlmittel strömt über den dritten Kühlmittelanschluss 272 zur Kältemaschine 160.
Daher können das elektrische Bauteil 253 und die Kältemaschine 160 in Reihe geschaltet werden, und es kann ein Kühlmittelflussweg gebildet werden, der sowohl Außenluft als auch Abwärme aufnehmen kann. Da es in dieser Struktur keine Verzweigung in der Kühlleitung 210 gibt, die durch den Kühler 211, das elektrische Bauteil und den Kühler 160 zirkuliert, kann das Kühlmittel mit einer nahezu konstanten Durchflussrate fließen, was die Heizleistung verbessern kann.
In diesem Fall darf das Kühlmittel nicht durch das erste Richtungsschaltventil 212 und das dritte Richtungsschaltventil 215 zur Batterie 213 fließen.
24 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems im Kühlmodus zeigt.
Wie in 24 dargestellt, arbeitet in der Kältemittelkreislaufleitung 100 der Kompressor 110, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Das aus dem Kompressor 110 austretende Kältemittel wird durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im Verflüssiger 120 abgekühlt. Anschließend wird das im wassergekühlten Verflüssiger 120 gekühlte und kondensierte Kältemittel im Kältemittelverzweigungsteil 101 aufgeteilt. Ein Teil des Kältemittels durchläuft den Kältemittelwärmetauscher 180 und wird dann gedrosselt und expandiert, während es das erste Expansionsventil 130 passiert. Danach tauscht das expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel in der Kühlleitung 220 aus, während es durch den Verdampfer 140 fließt, und das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 wird durch das Kältemittel gekühlt.
Ferner durchläuft das im Verdampfer 140 verdampfte Kältemittel den Kältemittel-Wärmetauscher 180, tauscht Wärme mit dem Kältemittel aus, bevor das Kältemittel in das erste Expansionsventil 130 eingeleitet wird, und strömt dann über den Druckspeicher 170 wieder in den Kompressor 110.
Außerdem wird der verbleibende Teil des in der Kältemittelverzweigung 101 aufgeteilten Kältemittels gedrosselt und expandiert, während es durch das zweite Expansionsventil 160 fließt. Danach wird das expandierte Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel verdampft, während es durch den Kühler 160 fließt, so dass das Kühlmittel gekühlt werden kann. Das im Kühler 160 verdampfte Kältemittel strömt über den Speicher 170 wieder in den Verdichter 110.
Wie oben beschrieben, vereinigen sich das Kältemittel, das den Verdampfer 140 durchlaufen hat, und das Kältemittel, das den Kühler 160 durchlaufen hat, im Speicher 170 und strömen in den Verdichter 110. Das Kältemittel zirkuliert, wenn der oben beschriebene Vorgang wiederholt wird.
Darüber hinaus wird das Kühlmittel durch den Betrieb der dritten Pumpe 221 in der Kühlleitung 220 umgewälzt. Ferner durchläuft das Kühlmittel den Innenraumkühler 222 und tauscht dabei Wärme mit der vom Gebläse der Klimaanlage 190 eingeblasenen Luft aus, so dass die Luft abgekühlt wird. Die gekühlte Luft wird dem Fahrzeuginnenraum zugeführt und zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums verwendet.
In der Zwischenzeit wird das Kühlmittel in der Kühlmittelzirkulationsleitung 200 durch den Betrieb der zweiten Pumpe 232, der vierten Pumpe 252 und der ersten Pumpe 214 umgewälzt. Außerdem können die Batterie 213, das elektrische Bauteil 253 und das durch den Kondensator 120 fließende Kühlmittel durch das Kühlmittel gekühlt werden. Das erwärmte Kühlmittel kann beim Wärmeaustausch mit der Außenluft durch den Betrieb des Kühlgebläses 211a des Kühlers 211 für das elektrische Bauteil gekühlt werden.
In diesem Fall können das zweite Richtungsschaltventil 231 und das erste Richtungsschaltventil 212 ihre Richtungen so einstellen, dass die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210 verbunden sind. Genauer gesagt kann das Kühlmittel fließen, wenn die obere Seite und die linke Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel kann fließen, wenn die untere Seite und die rechte Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind. Ferner kann das Kühlmittel fließen, wenn die linke Seite und die untere Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 miteinander verbunden sind, und die rechte Seite des ersten Richtungsschaltventils 212 kann unterbrochen werden. Außerdem können die obere und die rechte Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 miteinander verbunden werden, und die linke Seite des dritten Richtungsschaltventils 215 kann gesperrt werden.
Das Kühlmittel fließt also vom Kühler 211 für das elektrische Bauteil nacheinander zum ersten Richtungsumschaltventil 212, zur vierten Pumpe 252, zum zweiten Richtungsumschaltventil 231, zum Kondensator 120, zur zweiten Pumpe 232, zur Kühlmittelheizung 233, zum Heizungskern 234, zum zweiten Richtungsumschaltventil 231, zum elektrischen Bauteil 253 und zum zweiten Kühlmittelanschluss 262, fließt wieder in den Kühler 211 für das elektrische Bauteil und zirkuliert. Dieser Zyklus wiederholt sich.
In diesem Fall kann die rechte Leitung des vierten Richtungsumschaltventils 261 geschlossen werden, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel zur vierten Anschlussleitung 280 fließt.
Das erste Richtungsschaltventil 212 kann verhindern, dass das Kühlmittel vom ersten Richtungsschaltventil 212 zur ersten Kühlmittelverbindung 271 fließt, und das dritte Richtungsschaltventil 215 kann verhindern, dass das Kühlmittel vom dritten Richtungsschaltventil 215 zur zweiten Kühlmittelverbindung 262 fließt.
Außerdem kann das Kühlmittel von der Kältemaschine 160 nacheinander zum ersten Kühlmittelanschluss 271, zur ersten Pumpe 214, zur Batterie 213 und zum dritten Richtungsumschaltventil 215 fließen, wieder in die Kältemaschine 160 einfließen und zirkulieren. Dieser Zyklus wird wiederholt. Das heißt, die Batterie 213 und die Kältemaschine 160 können in der Kältemittelleitung 210 durch das erste Richtungsschaltventil 212 und das dritte Richtungsschaltventil 215 einen separaten geschlossenen Kreislauf bilden, in dem das Kühlmittel zirkuliert, so dass die Batterie 213 separat gekühlt werden kann.
25 ist eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Systems in einem allgemeinen Heizmodus zeigt.
Wie in 25 dargestellt, arbeitet in der Kältemittelkreislaufleitung 100 der Kompressor 110, und das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel wird aus dem Kompressor 110 ausgestoßen. Außerdem wird das aus dem Kompressor 110 austretende Kältemittel durch Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel im Verflüssiger 120 abgekühlt.
Das erste Expansionsventil 130 ist geschlossen, so dass das Kältemittel nicht durch die erste Kältemittelleitung 100a fließt, in der der Kältemittel-Wärmetauscher 180 und der Verdampfer 140 angeordnet sind. Das Kältemittel strömt durch die Kältemittelverzweigung 101 und das dritte Expansionsventil und fließt in die Kältemaschine 160. In der Kältemaschine 160 tauschen das Kältemittel und das Kühlmittel Wärme miteinander aus, so dass das Kältemittel erwärmt werden kann.
Das Kältemittel, das den Kühler 160 passiert hat, strömt über den Druckspeicher 170 wieder in den Verdichter 110.
Außerdem ist in der Kühlleitung 220 die dritte Pumpe 221 nicht in Betrieb, so dass das Kühlmittel in der Kühlleitung 220 nicht fließen kann.
In der Zwischenzeit wird das Kühlmittel in der Kühlmittelkreislaufleitung 200 durch den Betrieb der zweiten Pumpe 232, der vierten Pumpe 252 und der ersten Pumpe 214 umgewälzt. Außerdem kann das Kühlmittel erwärmt werden, während es den Kondensator 120 durchläuft, durch die Kühlmittelheizung 233 erwärmt wird und durch die Abwärme des elektrischen Bauteils 253 und der Batterie 213 erwärmt wird. Das Kühlmittel kann gekühlt werden, während es durch den Kühler 160 fließt.
In diesem Fall können das zweite Richtungsschaltventil 231 und das erste Richtungsschaltventil 212 ihre Richtungen so einstellen, dass die Heizleitung 230 und die Kühlleitung 210 getrennt sind. Genauer gesagt kann das Kühlmittel fließen, wenn die obere Seite und die rechte Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind, und das Kühlmittel kann fließen, wenn die untere Seite und die linke Seite des zweiten Richtungsschaltventils 231 miteinander verbunden sind. Wenn die rechte Seite und die untere Seite des ersten Richtungsumschaltventils 212 miteinander verbunden sind, kann das Kühlmittel fließen, und die linke Seite des ersten Richtungsumschaltventils 212 kann unterbrochen werden.
Daher durchläuft das Kühlmittel in der Heizungsleitung 230 nacheinander die zweite Pumpe 232, die Kühlmittelheizung 233, den Heizungskern 234, das zweite Richtungsumschaltventil 231 und den Kondensator 120, fließt erneut in die zweite Pumpe 232 und zirkuliert. Dieser Zyklus wird wiederholt.
Weiterhin fließt das Kühlmittel in der von der Heizleitung 230 getrennten Kältemittelleitung 210 von der vierten Pumpe 252 zum zweiten Richtungsschaltventil 231, dem elektrischen Bauteil 253, dem zweiten Kühlmittelanschluss 262 und dem dritten Richtungsschaltventil 215. Die obere, die linke und die rechte Seite des dritten Richtungsumschaltventils 215 können miteinander verbunden werden.
In diesem Fall kann die rechte Leitung des vierten Richtungsumschaltventils 261 geschlossen werden, wodurch verhindert wird, dass das Kühlmittel zur vierten Anschlussleitung 280 fließt.
Das durch die erste Pumpe 214 zirkulierende Kältemittel fließt über die Batterie 213 zum dritten Richtungsumschaltventil 215, vermischt sich mit dem Kältemittel, das die elektrische Komponente 253 passiert hat, und fließt dann zum Kühler 160. Das in der Kältemaschine 160 gekühlte Kühlmittel wird in der ersten Kühlmittelverbindung 271 geteilt und fließt dann ab.
Es wurde eine Ausführungsform beschrieben, bei der das Kühlmittel durch den wassergekühlten Verdampfer 140 als Kühlquelle gekühlt wird und dann der Fahrzeuginnenraum durch den Innenraumkühler 222 gekühlt wird. In einer anderen Ausführungsform ist es jedoch möglich, eine allgemeine Klimatisierungsstruktur anzuwenden, bei der der Verdampfer 140 direkt Wärme mit Luft austauscht und die gekühlte Luft in den Fahrzeuginnenraum strömt. Als Ergebnis kann die vorliegende Erfindung auf die Struktur der Ausführungsform, in der die Kabine Kühler 222 und die Kühlmittelleitung, durch die das Kühlmittel fließt zwischen der Kabine Kühler 222 und dem wassergekühlten Verdampfer 140 eliminiert werden angewendet werden.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Die obige Beschreibung dient lediglich der Veranschaulichung des technischen Geistes der vorliegenden Erfindung, und der Fachmann auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung wird verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von den wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollen die in der vorliegenden Erfindung offenbarten Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen den technischen Geist der vorliegenden Erfindung nicht einschränken, sondern beschreiben, und der Umfang des technischen Geistes der vorliegenden Erfindung wird durch die Ausführungsformen und die beigefügten Zeichnungen nicht eingeschränkt. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte auf der Grundlage der folgenden Ansprüche ausgelegt werden, und der gesamte technische Geist im äquivalenten Bereich dazu sollte als in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallend ausgelegt werden.

Claims

Fahrzeugwärmepumpensystem, umfassend: einen Kompressor zum Verdichten und Umwälzen eines Kältemittels; einen ersten Wärmetauscher, der so konfiguriert ist, dass er das komprimierte Kältemittel kondensiert; ein erstes Expansionsventil, das zum Expandieren des kondensierten Kältemittels konfiguriert ist; einen zweiten Wärmetauscher, der so konfiguriert ist, dass er das durch das erste Expansionsventil entspannte Kältemittel verdampft, indem er dem Kältemittel den Wärmeaustausch mit einem Kühlmittel ermöglicht; einen Innenraumkühler, der so konfiguriert ist, dass er den Fahrzeuginnenraum kühlt, indem er dem Kühlmittel, das den zweiten Wärmetauscher passiert hat, ermöglicht, Wärme mit Luft auszutauschen; und einen Wärmeableitungswärmetauscher, der so konfiguriert ist, dass das Kühlmittel zur Kühlung eines elektrischen Bauteils Wärme mit der Außenluft austauschen kann, wobei das Kühlmittel, nachdem es den Wärmeableitungswärmetauscher passiert hat, in den zweiten Wärmetauscher in einem Heizmodus fließt.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Heizleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum durch Zirkulieren des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kühlmittel austauscht, durch den ersten Wärmetauscher erwärmt; und eine Kühlleitung, die so konfiguriert ist, dass sie ein wärmeerzeugendes Bauteil und das elektrische Bauteil kühlt, indem sie das Kühlmittel zirkulieren lässt, das mit der Luft oder dem Kältemittel Wärme austauscht.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 2, bei dem eine dritte Kühlmittelverbindung und eine fünfte Kühlmittelverbindung in der Kältemittelleitung angeordnet sind, so dass eine fünfte Kältemittelleitung definiert ist, die durch den Wärmeableitungswärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher zirkuliert.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 3, bei dem die fünfte Kühlleitung mit einer Kühlleitung verbunden ist, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum kühlt, indem sie das Kühlmittel, das Wärme mit dem Kühlmittel austauscht, durch den zweiten Wärmetauscher zirkulieren lässt, und der Innenraumkühler in der Kühlleitung angeordnet ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 4, bei dem ein viertes Kühlmittelverbindungsstück, das so konfiguriert ist, dass es die Kühlleitung verbindet, in der fünften Kühlleitung angeordnet ist, und ein fünftes Richtungsschaltventil, das so konfiguriert ist, dass es bestimmt, ob das Kühlmittel zur Kühlleitung zirkuliert, in der fünften Kühlleitung angeordnet ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 1, umfassend: eine Kältemittelzirkulationsleitung, in der der Kompressor, der erste Wärmetauscher, der zweite Wärmetauscher und ein Kühler angeordnet sind und das Kältemittel zirkuliert; eine Kühlleitung, die so konfiguriert ist, dass sie ein wärmeerzeugendes Bauteil kühlt, indem sie das Kühlmittel zirkulieren lässt, das Wärme mit Luft oder dem Kühlmittel austauscht; eine Kühlleitung, in der der Innenraumkühler angeordnet ist, wobei die Kühlleitung so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum unter Verwendung des durch den zweiten Wärmetauscher fließenden Kühlmittels kühlt; und eine Kühlverbindungsleitung, die so konfiguriert ist, dass sie die Kühlleitung und die Kühlleitung verbindet, wobei die Kühlleitung und die Kühlleitung durch ein erstes Richtungsschaltventil verbunden sind und die Kühlleitung und die Kühlleitung in Abhängigkeit von einem Klimatisierungsmodus getrennt und verbunden sind.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 6, bei dem eine Seite der Kühlverbindungsleitung zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem Kabinenkühler angeordnet ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine Heizleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum durch Zirkulieren des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kühlmittel austauscht, durch den ersten Wärmetauscher erwärmt.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 8, umfassend: eine erste Verbindungsleitung, die von einer Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist; und eine zweite Anschlussleitung, die von der anderen Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 9, bei dem die erste Anschlussleitung, die zweite Anschlussleitung und die Heizleitung mit einem zweiten Richtungsumschaltventil verbunden sind und die Kühlleitung und die Heizleitung durch das zweite Richtungsumschaltventil miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 10, bei dem eine dritte Verbindungsleitung, die von einer in der Kältemittelleitung angeordneten ersten Kühlmittelverbindung abzweigt, so angeordnet ist, dass sie durch den Kühler verläuft, und ein mit der Kältemittelleitung verbundenes drittes Richtungsumschaltventil in der dritten Verbindungsleitung angeordnet ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 11, bei dem die dritte Verbindungsleitung parallel zu der Kältemittelleitung angeordnet ist, in der die wärmeerzeugende Komponente angeordnet ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 11, bei dem die wärmeerzeugende Komponente in der dritten Verbindungsleitung angeordnet ist, eine vierte Verbindungsleitung zwischen der wärmeerzeugenden Komponente und der Kältemaschine angeordnet ist, eine Seite der vierten Verbindungsleitung mit der zweiten Verbindungsleitung verbunden ist, die andere Seite der vierten Verbindungsleitung mit der dritten Verbindungsleitung verbunden ist und ein viertes Richtungsschaltventil in einem Bereich angeordnet ist, in dem die zweite Verbindungsleitung und die vierte Verbindungsleitung verbunden sind.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 1, umfassend: ein zweites Expansionsventil, das zum Expandieren des kondensierten Kältemittels konfiguriert ist; einen Kühler, der so konfiguriert ist, dass das durch das zweite Expansionsventil expandierte Kältemittel Wärme mit dem Kühlmittel austauschen kann; und das elektrische Bauteil ist so konfiguriert, dass es durch das Kühlmittel gekühlt wird, wobei im Heizmodus das Kühlmittel, nachdem es den Wärmeabgabe-Wärmetauscher durchlaufen hat, Wärme mit dem elektrischen Bauteil austauscht und dann in den Kühler fließt.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine Heizleitung, die so konfiguriert ist, dass sie den Fahrzeuginnenraum durch Zirkulieren des Kühlmittels, das Wärme mit dem Kühlmittel austauscht, durch den ersten Wärmetauscher erwärmt; und eine Kühlleitung, die so konfiguriert ist, dass sie ein wärmeerzeugendes Bauteil und das elektrische Bauteil kühlt, indem sie das Kühlmittel zirkulieren lässt, das mit der Luft oder dem Kältemittel Wärme austauscht.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 15, umfassend: eine erste Verbindungsleitung, die von einer Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist; und eine zweite Anschlussleitung, die von der anderen Seite der Kühlleitung abzweigt und mit der Heizleitung verbunden ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 16, bei dem die erste Anschlussleitung, die zweite Anschlussleitung und die Heizleitung mit einem zweiten Richtungsumschaltventil verbunden sind und die Kühlleitung und die Heizleitung durch das zweite Richtungsumschaltventil miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 17, bei dem das elektrische Bauteil in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet ist und eine dritte Verbindungsleitung, die von einer in der Kältemittelleitung angeordneten ersten Kühlmittelverbindung abzweigt, durch den Chiller geführt ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 18, bei dem ein viertes Richtungsumschaltventil in der zweiten Verbindungsleitung angeordnet ist und eine Strömungsrichtung des Kühlmittels steuert, das durch das elektrische Bauteil hindurchgetreten ist, das vierte Richtungsumschaltventil über eine vierte Verbindungsleitung mit einem dritten Kühlmittelanschluss der dritten Verbindungsleitung verbunden ist und der dritte Kühlmittelanschluss an einer Seite neben einem Einlass des Kühlers angeordnet ist.
Fahrzeugwärmepumpensystem nach Anspruch 19, bei dem die erste Kühlmittelverbindung und die dritte Kühlmittelverbindung integriert sind und vier Abzweigleitungen aufweisen.