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    • 专利摘要:
    Essind ein Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher(30) zum Wärmeaustauschzwischen einem aus einem Kompressor (21) ausgegebenen Kältemittelund einem in einem Motorkühlwasserkreis(10) zirkulierenden Motorkühlwasservor der Zufuhr in den Kühler (22)sowie ein Bypasskanal (25) zum Leiten des Kältemittels vor der Zufuhr inden Verdampfapparat (24) zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (30) an dem Verdampfapparat(24) und dem Kompressor (21) vorbei vorgesehen. Wenn es erwünscht ist,das Aufwärmendes Motors (11) zu beschleunigen, wird der Bypasskanal (25) geschlossen,um den Kompressor (21) zu betreiben, um das Motorkühlwasserdurch das Hochdruck-Kältemittelzu erwärmenund, wenn es erwünschtist, die Leistung des Kühlers(12) zu ergänzen,wird der Bypasskanal (25) geöffnet, umdas flüssigeKältemittelzu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher(30) zu führen,um das Kältemittelmittels der Phasenänderungdes Kältemittelseffektiv zu kühlen.
    公开号:DE102004011167A1
    申请号:DE102004011167
    申请日:2004-03-08
    公开日:2004-12-16
    发明作者:Koichi Kariya Ban；Teruhiko Kariya Kameoka；Takahisa Kariya Suzuki；Yasushi Kariya Yamanaka
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:B60H1-32
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeregelungssystem mit einemWärmegeneratorwie beispielsweise einer Wärmekraftmaschine,in welcher bei Betrieb Wärmeerzeugt wird und eine Temperatur in einem vorbestimmten Bereichgehalten werden muss, und einem Dampfkompressionskühler, daseffektiv bei einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor anwendbarist.
    [0002] ImStand der Technik wird ein Wärmeaustauschzwischen Motorkühlwasserund in eine Fahrgastzelle zu blasender Luft in einer Heizvorrichtung ausgeführt, welcheLuft dann durch einen Verdampfapparat eines Dampfkompressionskühlers gekühlt wird.Das in die Heizvorrichtung strömendeMotorkühlwasserwird durch ein Hochdruck-Kältemittelin dem Dampfkompressionskühlererwärmt,sodass die Heizleistung ergänztwird, und andererseits wird ein Teil der in das Kältemitteldurch den Wärmeaustauschzwischen dem Motorkühlwasserund dem Kältemittelaufgenommenen Wärmevon einem Kühler für das Motorkühlwasserin die Außenluftabgestrahlt, sodass die Kühlleistungergänztwird (siehe zum Beispiel die japanische ungeprüfte PatentveröffentlichungNr. 11-286211).
    [0003] Dabei der in der japanischen ungeprüften PatentveröffentlichungNr. 11-286211 beschriebenen Erfindung diesbezüglich zwei Wärmetauscher,ein Wärmetauscherfür denWärmeaustauschzwischen dem Motorkühlwasserund dem Kältemittelzum Zweck der Ergänzungder Heizleistung sowie ein Zusatzwärmetauscher für den Wärmeaustauschzwischen dem Motorkühlwasserund dem Kältemittelfür denZweck der Ergänzungder Kühlleistung,benutzt werden, ist es schwierig, die Herstellungskosten für das Wärmeregelungssystemzu verringern.
    [0004] Dabei der in der japanischen ungeprüften PatentveröffentlichungNr. 11-286211 beschriebenen Erfindung auch eine in dem Dampfkompressionskühler (eineKlima anlage) erzeugte Abwärmeallein für denZweck der Ergänzungder Heizleistung verwendet wird und während des Kühlens über den Zusatzwärmetauscherund den Kühlerin die Außenluftabgegeben wird, kann man kaum sagen, dass die Abwärme effektivgenutzt wird.
    [0005] Esist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Wärmeregelungssystemfrei von den oben genannten Nachteilen des Standes der Technik vorzusehen,und es ist eine weitere Aufgabe, eine Abwärme effektiv zu nutzen.
    [0006] Umdie obigen Aufgaben zu lösen,ist gemäß einemAspekt der vorliegenden Erfindung ein Wärmeregelungssystem vorgesehen,mit einem Wärmegenerator(11), in welchem Wärmewährenddes Betriebs des Wärmegeneratorserzeugt wird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmtenBereich gehalten wird, einem Dampfkompressionskühler mit einem Kompressor (21),einem Kühler (22),einem Verdampfapparat (24) und einer Druckverminderungseinrichtung(23), um Wärmevon der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite zu übertragen,einem Wärmetauscher(30) zum Wärmeaustauschzwischen dem von dem Kompressor (21) ausgegebenen Kältemittelvor der Zufuhr in den Kühler(22) und einem Wärmetauschmediumaus dem Wärmegenerator(11), und einem Bypasskanal (25) zum Leiten desKältemittelsvor der Zufuhr in den Verdampfapparat (24) an dem Verdampfapparat(24) und dem Kompressor (21) vorbei zu dem Wärmetauscher(30), wobei das System in einem Heizmodus zum Heizen desMediums mit dem aus dem Kompressor (21) ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittelund einem Wärmeabstrahlmoduszum Kühlen desMediums mit dem Kältemittelund Abstrahlen der von dem Medium aufgenommenen Wärme über den Kühler (22)arbeitet, und währenddes Wärmeabstrahlmoduswenigstens ein Teil des aus dem Kühler (22) strömenden Kältemittelsdurch den Bypasskanal (25) geleitet wird.
    [0007] Dahierdurch in dem Wärmetauscher(30) Wärmezwischen dem Wärmegenerator(11) und dem Dampfkompressionskühler ausgetauscht wird, istes möglich,die Produktionskosten des Wärmeregelungssystemszu reduzieren.
    [0008] Dader Wärmegenerator(11) zusätzlichzu der selbst erzeugten Wärmeauch durch die durch den Dampfkompressionskühler abgegebene Abwärme erwärmt wird,ist es möglich,die Aufwärmzeitim Vergleich zu einem Fall, bei welchem der Aufwärmvorgang allein durch dieselbst erzeugte Wärmeausgeführtwird, zu verkürzen.
    [0009] Gemäß der vorliegendenErfindung leitet der Bypasskanal (25) bevorzugt hauptsächlich eineflüssigeKomponente des Kältemittelsvor der Zufuhr in den Verdampfapparat (24) zu dem Wärmetauscher (30).
    [0010] Dahierdurch das flüssigeKältemittelin dem Wärmetauscher(30) verdampft werden kann, ist es möglich, die Abwärme desWärmegenerators(11) als Verdampfungswärmezu sammeln und selbige als Kondensationswärme auszugeben. D.h. die Abwärme desWärmegenerators(11) wird effektiv gesammelt und ausgegeben.
    [0011] Gemäß der vorliegendenErfindung leitet der Bypasskanal (25) bevorzugt das ausdem Kühler(22) ausgegebene Kältemittelvor der Dekompression durch die Druckverminderungseinrichtung (23)zu dem Wärmetauscher(30).
    [0012] Dahierdurch das flüssigeKältemittelhauptsächlichzu dem Wärmetauscher(30) geleitet wird, ist es möglich, die Abwärme vondem Wärmegenerator (11)effektiv zu sammeln und auszugeben.
    [0013] Gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmeregelungssystem vorgesehen,mit einem Wärmegenerator(11), in welchem währenddes Betriebs des Wärmegenerators Wärme erzeugtwird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmtenBereich gehalten wird, einem Dampfkompressionskühler mit einem Kompressor (21),einem Kühler(22), einem Verdampfapparat (24) und einer Druckverminderungseinrichtung(23) zum Übertragender Wärmevon der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite, einemWärmetauscher(30) zum Wärmeaustausch zwischeneinem aus dem Kompressor (21) ausgegebenen Kältemittelvor der Zufuhr in den Kühler(22) und einem Wärmetauschmediumaus dem Wärmegenerator(30), und einem Kühler(26) zum Kühlen desin den Wärmetauscher(30) geleiteten Kältemittels,wobei das System in einem Heizmodus zum Heizen des Mediums mit demaus dem Kompressor (21) ausgegebenen Hochtemperaturkältemittelund einem Wärmeabstrahlmoduszum Kühlendes Mediums mit dem Kältemittelund Abstrahlen der aus dem Medium über den Kühler (22) aufgenommenenWärme arbeitet.
    [0014] Dahierdurch die Wärmezwischen dem Wärmegenerator(11) und dem Dampfkompressionskühler in dem Wärmetauscher(30) ausgetauscht wird, ist es möglich, die Produktionskostendes Wärmeregelungssystemszu verringern.
    [0015] Dader Wärmegenerator(11) zusätzlichzu der selbst erzeugten Wärmeauch durch die von dem Dampfkompressionskühler abgegebene Abwärme erwärmt wird,ist es möglich,die Aufwärmzeitim Vergleich zu einem Fall, in welchem das Aufwärmen allein durch die selbsterzeugte Wärmeausgeführt wird,zu verkürzen.
    [0016] Dadas in den Wärmetauscher(30) geleitete Kältemittelauch gekühltwird, ist es möglich,die Wärmetauschratein dem Wärmetauscher(30) während desWärmeabstrahlmoduszu erhöhen.
    [0017] Dadas in den Wärmetauscher(30) geleitete Kältemittelauch durch Kühlendes Kältemittelskondensiert wird, ist es möglich,das flüssigeKältemittel inden Wärmetauscher(30) zu leiten, um die Abwärme des Wärmegenerators (11)effektiv zu sammeln und auszugeben.
    [0018] Gemäß der vorliegendenErfindung weist das System ferner eine Einrichtung (31)zum Steuern des Wärmeaustauscheszwischen dem Medium und dem Kältemittelin dem Wärmetauscher(30) auf.
    [0019] Gemäß der vorliegendenErfindung arbeitet die Einrichtung (31) zum Steuern desWärmeaustauschesbevorzugt im Heizmodus, wenn die Temperatur des Wärmegenerators(11) niedriger als eine erste vorbestimmten Temperaturist, arbeitet im Wärmeabstrahlmodus,wenn die Temperatur des Wärmegenerators(11) bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur über derersten vorbestimmten Temperatur oder höher ist, und arbeitet in einemNormalmodus, wenn die Temperatur des Wärmegenerators (11)in einem Bereich zwischen der ersten vorbestimmten Temperatur undder zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, in welchem der Wärmeaustauschzwischen dem Medium und dem Kältemittelgestoppt wird.
    [0020] Gemäß der vorliegendenErfindung ist der Wärmegenerator(11) vorzugsweise eine Wärmekraftmaschine.
    [0021] Indiesem Zusammenhang zeigen die Bezugsziffern der jeweiligen Einrichtungenin Klammern die Beziehung zu konkret beschriebenen Einrichtungenin den späterbeschriebenen Ausführungsbeispielen.
    [0022] Dievorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung derbevorzugten Ausführungsbeispieleder Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
    [0023] 1 ist eine schematischeDarstellung eines Wärmeregelungssystemsfür einFahrzeug gemäß einemersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0024] 2 ist eine schematischeDarstellung zur Erläuterungdes Betriebs des Wärmeregelungssystemsfür einFahrzeug in einem Heizmodus;
    [0025] 3 ist eine schematischeDarstellung zur Erläuterungdes Betriebs des Wärmeregelungssystemsfür einFahrzeug in einem Wärmeabstrahlmodus;
    [0026] 4 ist eine schematischeDarstellung zur Erläuterungdes Betriebs des Wärmeregelungssystemsfür einFahrzeug in einem Normalmodus;
    [0027] 5 ist ein Flussdiagrammder Funktionsweise des Wärmeregelungssystemsfür einFahrzeug;
    [0028] 6 ist eine schematischeDarstellung eines Wärmeregelungssystemsfür einFahrzeug gemäß einemzweiten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung; und
    [0029] 7 ist eine Darstellung einerAnordnung eines Wärmetauschersgemäß dem zweitenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0030] Indiesem Ausführungsbeispielist die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotorangewendet, wobei 1 eine schematischeDarstellung eines Wärmeregelungssystemsfür einFahrzeug gemäß diesemAusführungsbeispielist.
    [0031] EinMotor 11 ist ein Wärmegeneratorzum Erzeugen einer Leistung zum Fahren eines Fahrzeugs, und einKühler 12 istein Wärmetauscherzum Kühlen vonMotorkühlwasserdurch den Wärmeaustausch zwischendem aus dem Motor 11 strömenden Motorkühlwasserund Außenluft.
    [0032] EinThermostat 13 ist ein Strömungsregelventil zum Reguliereneiner Strömungsratedes zu dem Kühler 12 geleitetenMotorkühlwassersdurch Regulieren einer Strömungsratedes durch einen Bypasskanal 12a strömenden Motorkühlwasserszum Rückführen desaus dem Motor 11 ausströmenden Motorkühlwassersan dem Kühler 12 vorbei.Daher ist eine Temperatursteuervorrichtung aus dem Thermostat 13 unddem Kühler 12 zumHalten einer Temperatur des Motors 11, d.h. einer Temperaturdes Motorkühlwassersin einem vorbestimmten Bereich (zum Beispiel von 80°C bis 110°C) aufgebaut.
    [0033] EineHeizvorrichtung 14 ist eine Heizeinrichtung zum Heizenvon in eine Fahrgastzelle geleiteter Luft, wobei Abwärme desMotors 11 als Wärmequelle verwendetwird, und ein Motorkühlwasserkreis 10 ist ausdem Motor 11, dem Kühler 12,dem Thermostat 13 und der Heizvorrichtung 14 aufgebaut.In diesem Zusammenhang wird eine Pumpe 15 zum Zirkulieren desMotorkühlwassersverwendet, welche in diesem Ausführungsbeispielbasierend auf einer von dem Motor 11 erhaltenen Energiearbeitet.
    [0034] EinKompressor 21 wird zum Ansaugen und Komprimieren des Kältemittelsverwendet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel basierend aufeiner von dem Motor 11 übereine Kraftübertragungsvorrichtungzum intermittierenden Übertragender Kraft, wie beispielsweise eine Magnetkupplung, erhaltenen Energiearbeitet.
    [0035] EinKühler 22 istein Hochtemperatur-Wärmetauscherzum Kühlendes aus dem Kompressor 21 ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittels durchden Wärmeaustauschzwischen dem Kältemittelund Außenluft.In diesem Ausführungsbeispiel wird,da Chlorfluorkohlenwasserstoff (R134a) als Kältemittel verwendet wird, dasKältemittelin dem Kühler 22 gekühlt undkondensiert, um dessen Enthalpie zu verringern.
    [0036] Diesbezüglich wird,wenn Kohlendioxid oder dergleichen als Kältemittel verwendet wird undder Ausgabedruck des Kompressors 21 höher als der kritische Druckist, das Kältemittelin dem Kühler 22 nichtkondensiert, sondern die Temperatur wird verringert, um dessen Enthalpiezu reduzieren.
    [0037] EinDruckverminderer 23 ist eine Einrichtung zum Dekomprimierendes aus dem Kühler 22 ausgegebenenHochdruck-Kältemittels,und in diesem Ausführungsbeispielwird ein so genanntes thermostatisches Expansionsventil zum Steuerneines Öffnungsgradeseiner Drosselvorrichtung derart, dass ein Überhitzungsgrad des Kältemittelsauf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, eingesetzt.
    [0038] EinVerdampfapparat 24 ist ein Niederdruck-Wärmetauscherzum Wärmeaustauschzwischen dem dekomprimierten Niederdruck-Kältemittel und in die Fahrgastzellegeblasener Luft und Verdampfen des flüssigen Kältemittels. Durch diesen Verdampfapparat 24 wirddie in die Fahrgastzelle geblasene Luft gekühlt. So bilden der Kompressor 21, derKühler 22,der Verdampfapparat 24 und der Druckverminderer 23 einenDampfkompressionskühler 20 zum Übertragender Wärmevon der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite.
    [0039] EinWasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 istein Wärmetauscherzum Wärmeaustauschzwischen dem von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr inden Kühlerund dem in dem Motorkühlwasserkreiszirkulierenden Motorkühlwasser,und in diesem Ausführungsbeispielist eine Motorkühlwassereintrittsseitedes Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 30 mitdem Bypasskanal 12a in dem Motorkühlwasserkreis 10 verbunden,und eine Motorkühlwasserauslassseitedes Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 30 istmit einer Motorkühlwassereinlassseitedes Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 30 verbunden.
    [0040] EinWegeventil 31 ist eine Einrichtung zum Steuern einer Wärmeaustauschratezwischen dem Motorkühlwasserund dem Kältemittelin dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 durchRegulieren einer Menge des zu dem Wasser/Kältemittel- Wärmetauscher 30 geleitetenMotorkühlwassers,und der Betrieb des Wegeventils 31 wird basierend auf der Temperaturdes Motors 11, d.h. der Temperatur des von dem Motor 11 ausgegebenenMotorkühlwassers durcheine elektronische Steuerung (nicht dargestellt) gesteuert.
    [0041] EinBypasskanal 25 ist ein Kanal zum Leiten des Kältemittelsvor der Zufuhr in den Verdampfapparat 24 zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 andem Verdampfapparat 24 und dem Kompressor 21 vorbei,und ein Bypassventil 25a ist ein Ventil zum Regeln desBypasskanals 25 und wird durch die elektronische Steuerungso gesteuert, dass es mit dem Wegeventil 31 zusammenwirkt.
    [0042] Alsnächsteswerden ein charakteristischer Betriebsmodus und eine Wirkung desFahrzeug-Wärmeregelungssystemsgemäß diesemAusführungsbeispielbeschrieben.
    [0043] DieserModus wird ausgeführt,wenn die Temperatur des Motors 11, d.h. die TemperaturTw des von dem Motor 11 ausgegebenen Motorkühlwassersniedriger als eine erste vorbestimmten Temperatur (zum Beispiel70°C) ist,d.h. wenn die Temperatur des Motors 11 niedriger als dieUntergrenze ist und das Aufwärmendes Motors notwendig ist.
    [0044] Konkretwird der Kompressor 21 betrieben, wobei das Kühlwasserdurch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 unterdem Zustand zirkuliert, dass das Bypassventil 25a geschlossenist. Da hierdurch, wie in 2 dargestellt,das aus dem Kompressor 21 ausgegebene Kältemittel in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 → dem Kühler 32 → dem Druckverminderer 23 → dem Verdampfapparat 24 → dem Kompressor 21 zirkuliert,wird die Wärmein dem von dem Kompressor 21 ausgegebenen heißen Kältemittelan das Motorkühlwasserabgegeben.
    [0045] Dademgemäß der Motor 11 durchdie von dem Dampfkompressionskühler 20 abgegebeneAbwärmezusätzlichzu der selbst erzeugten Wärmeerwärmtwird, ist es möglich,die Aufwärmzeitim Vergleich zu einem Fall, in welchem das Aufwärmen allein mit der selbsterzeugten Wärmeausgeführtwird, zu verkürzen.
    [0046] Dadas Kältemittelin dem Kompressor 21 intermittierend komprimiert wird,wird die Temperatur des von dem Kompressor 21 ausgegebenenKältemittelsim Wesentlichen gleichzeitig mit dem Start des Kompressors 21 hoch(zum Beispiel in einem Bereich von 60 bis 70°C). Hierdurch ist es möglich, das Motorkühlwassermit dem aus dem Kompressor 21 ausgegebenen Kältemittelselbst unmittelbar nach dem Start des Motors 11, d.h. unmittelbarnach dem Start des Kompressors 21 sicher zu erwärmen.
    [0047] Diesbezüglich wird,da der endotherme Betrieb in dem Verdampfapparat 24 stattfindet,der Heizmodus durch den Betrieb der Klimaanlage natürlich imSommer, der das Kühlenbenötigt,sowie im Winter, der die entfeuchtete Klimatisierung benötigt, realisiert.
    [0048] DieserModus wird ausgeführt,wenn die Temperatur Tw des Motorkühlwassers höher als eine zweite vorbestimmteTemperatur ist (zum Beispiel 108°C),welche höherals die Obergrenze des ersten Temperaturbereichs ist, d.h. wenndie Temperatur des Motors 11 die Obergrenze des oben genannten Temperaturbereichs übersteigtund daher ein Risiko existiert, dass es schwierig ist, den Motor 11 allein durchden Kühler 12 zukühlen.
    [0049] Konkretwird der Kompressor 21 in dem Zustand betrieben, dass dasBypassventil 25a geöffnet ist,um das Kühlwasserdurch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuzirkulieren. Wie in 3 dargestellt,zirkuliert hierdurch das aus dem Kompressor 21 ausgegebeneKältemittelin dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 → dem Kühler 22 → dem Druckverminderer 23 → dem Verdampfapparat 24 → dem Kompressor 21,und das durch den Bypasskanal 25 abgezweigte Kältemittelwird in einen von dem Kompressor 21 ausgegebenen Kältemittelstromgesaugt, um durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 → den Kühler 22 → den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuzirkulieren.
    [0050] Demgemäß wird vondem Motorkühlwasser indem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 an dasKältemitteabgegebene Wärmevon dem Kühler 22 zusammenmit der durch den Verdampfapparat 24 aufgenommenen Wärme an dieAußenluftabgegeben.
    [0051] Dahierdurch die Kühlleistungdes Kühlers 12 durchden Kühler 22 ergänzt werdenkann, ist es möglich,den Kühler 12 inder Größe zu minimieren, ohnedie Kühlleistungzu verringern.
    [0052] Dader Kühler 22 inder Strömungsrichtung desKühlluftstromsstromauf des Kühlers 12 angeordnetist, wird die Temperaturdifferenz zwischen dem durch das MotorkühlwassererwärmtenKühlwasser undder Außenluft(Kühlluff)auch größer, umden Motor, d.h. das Motorkühlwassereffektiv zu kühlen.
    [0053] Dagemäß diesemAusführungsbeispielder Bypasskanal 24 mit der in der KältemittelströmungsrichtungstromaufwärtigenSeite des Druckverminderers 23 verbunden ist, ist es auchmöglich,das flüssigeKältemittelhauptsächlichdurch den Bypasskanal 25 zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuzuführen.
    [0054] Daes demgemäß möglich ist,das flüssige Kältemittelin dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuverdampfen, kann die Abwärmedes Motors 11 als Verdampfungswärme gesammelt und ausgegebenwerden. Hierdurch ist es möglich,die Abwärmedes Motors 11 zu sammeln und daraus auszugeben.
    [0055] DieserModus wird ausgeführt,wenn die Temperatur Tw des Motorkühlwassers in einem Bereichzwischen der ersten vorbestimmten Temperatur Tw und der zweitenvorbestimmten Temperatur liegt, d.h. wenn sich der Motor innerhalbdes oben genannten Temperaturbereichs befindet. Konkret wird der Kompressor 21 ohneZirkulieren des Kühlwassers durchden Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 betrieben,wobei das Bypassventil 25a geschlossen ist.
    [0056] Wiein 4 dargestellt, kühlt dasaus dem Kompressor 21 ausgegebene Kältemittel hierdurch die indie Fahrgastzelle geleitete Luft, wobei es in der Reihe des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 30 → des Kühlers 22 → des Druckverminderers 23 → des Verdampfapparats 24 → des Kompressors 21 zirkuliertund der Motorkühlwasserkreis 10 undder Dampfkompressionskühler 20 thermischvoneinander getrennt sind.
    [0057] Alsnächsteswird die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels basierend aufeinem in 5 dargestelltenFlussdiagramm beschrieben.
    [0058] Wennder Motor 11 startet, wird die Temperatur des Motors 11,d.h. die Temperatur Tw des von dem Motor 11 ausgegebenenMotorkühlwassersgelesen, und gleichzeitig hierzu wird bestimmt, ob ein Startschalterder Klimaanlage (der Dampfkompressionskühler 20) eingeschaltetist oder nicht, d.h. ob der Dampfkompressionskühler 20 (der Kompressor 21) ineinem Betriebszustand ist oder nicht (S1, S2). Falls der Startschaltereingeschaltet ist, wird bestimmt, ob die Temperatur Tw niedrigerals die erste vorbestimmte Temperatur Tw1 ist oder nicht. Fallsdie Temperatur Tw niedriger als die erste vorbestimmte TemperaturTw1 ist, wird der Heizmodus (Startmodus) ausgeführt (S4, S5).
    [0059] Wenndie Temperatur Tw in einem Bereich zwischen der ersten Temperaturund der zweiten Temperatur liegt, wird der Normalmodus ausgeführt (S6–S8) und,wenn die Temperatur Tw höherals die zweite vorbestimmte Temperatur Tw2 ist, wird der Wärmeabstrahlmodus(Kühlassistenzmodus)ausgeführt(S9, S10).
    [0060] Indiesem Zusammenhang wird, wenn der Startschalter ausgeschaltet ist,das Bypassventil 25a geschlossen, um die Zirkulation desKühlwassers durchden Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zu stoppen(S11, S12), sodass der Motorkühlwasserkreis 10 vondem Dampfkompressionskühler 20 thermischgetrennt ist.
    [0061] Imersten Ausführungsbeispielwird das flüssigeKältemitteldurch Verbinden des Bypasskanals 25 mit einer Stelle stromaufdes Druckverminderers 23 zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 geleitet.Im Gegensatz dazu wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel,wie in 6 dargestellt,auf den Bypasskanal 25 verzichtet, und statt dessen ist einKühler 26 zumKühlendes Kältemittelsdurch den Wärmeaustauschzwischen dem zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 geleitetenKältemittelund Außenluftvorgesehen.
    [0062] Dahierdurch das in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher30 zugeführteKältemittelgekühlt wird,ist es möglich,die Wärmetauschratein dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuerhöhen.
    [0063] Dadas in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher30 zugeführteKältemittelauch gekühltund kondensiert wird, ist es möglich,das flüssigeKältemittelzu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuzuführen, selbstwenn auf den Bypasskanal 25 verzichtet wird.
    [0064] Dademgemäß das flüssige Kältemittelim Wärmeabstrahlmodusin dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 verdampftwird, ist es möglich, dieAbwärmevon dem Motor 11 als Verdampfungswärme zu sammeln und die gesammelteAbwärme alsKondensationswärmeauszugeben. Ferner ist es möglich,die Abwärmevon dem Motor 11 effektiv zu sammeln und die gesammelteAbwärmeauszugeben.
    [0065] Indiesem Zusammenhang ist es gemäß diesemAusführungsbeispiel,wobei ein weiterer Wärmetauscherfür dieWärmeabstrahlungnotwendig ist, möglich,die Verschlechterung der Leistung des Fahrzeugs zur Montage desWärmetauschersfür die Wärmeabstrahlungzu vermeiden, da der Kühler 12 kleinsein kann und parallel zu einem Luftstrom zusammen mit dem Kühler 26 angeordnetist, wie in 7 dargestellt.
    [0066] Während derKühler 26 in 7 unter dem Kühler 12 angeordnetist, sollte dieses Ausführungsbeispielnicht darauf beschränktsein, sondern der Kühler 26 kannauch überdem Kühler 12 angeordnet sein.
    [0067] Dadas Kältemittelim Normalmodus durch den Kühler 26 zusätzlich zudem Kühler 22 gekühlt werdenkann, indem der Kühlerin Strömungsrichtung derKühlluftstromab des Kühlers 22 oderparallel zu der Strömungsrichtungder Kühlluftangeordnet ist, ist es möglich,die Wärmeabstrahlleistungdes Dampfkompressionskühlers 20 zuverbessern und den Energieverbrauch in dem Kompressor 21 zureduzieren.
    [0068] Inden obigen Ausführungsbeispielenist das Wegeventil 31 zum positiven Steuern der drei Modi basierendauf der Temperatur Tw vorgesehen. Jedoch sollte die vorliegendeErfindung nicht darauf beschränktsein, sondern auf das Wegeventil 31 kann auch verzichtetwerden, sodass das Kältemittelund das Motorkühlwasserimmer durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zirkulieren.Auch in einem solchen Fall kann einer der drei Modi automatischentsprechend dem Temperaturunterschied zwischen dem Kältemittelund dem Motorkühlwasser ausgewählt werden.In diesem Zusammenhang ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispielnotwendig, das Bypassventil 25a entsprechend dem Temperaturunterschiedzwischen dem Kältemittelund dem Motorkühlwasserzu steuern.
    [0069] Indem obigen Ausführungsbeispielist das Wegeventil 31 in dem Kühlwasserkreis 10 vorgesehen.Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein,sondern es kann zum Beispiel auch in dem Kreis des Dampfkompressionskühlers 20 vorgesehensein, um einen der drei Modi auszuwählen. Diesbezüglich istdie Funktionsweise die gleiche wie in dem obigen Ausführungsbeispiel.
    [0070] Inden obigen Ausführungsbeispielenwurde die vorliegende Erfindung basierend auf dem Verbrennungsmotor,welcher währenddes Betriebs Wärmeerzeugt und in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten werdenmuss, beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nichtdarauf beschränktsein, sondern kann auch auf eine Brennstoffzelle, eine Batterie,einen Elektromotor oder eine elektrische Schaltung wie beispielsweiseeine Wechselrichterschaltung angewendet werden, welche während desBetriebs Wärmeerzeugt.
    [0071] Inden obigen Ausführungsbeispielenwird das Motorkühlwasserals Medium eingesetzt. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nichtdarauf beschränktsein, sondern das Medium kann auch Motoröl oder Automatikgetriebefluidsein.
    [0072] Inden obigen Ausführungsbeispielenwird das Wegeventil 31 elektrisch gesteuert. Jedoch sollte dievorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein, sondern das Ventil 31 kannauch mechanisch mittels zum Beispiel der Volumenänderung von Wachsmaterial oderdergleichen betrieben werden.
    [0073] Auchkann der Dampfkompressionskühler 20 unterVerwendung von Kohlendioxid als Kältemittel und Halten des Ausgabedrucksdes Kompressors 21 auf dem kritischen Druck des Kältemittelsoder höherbetrieben werden.
    [0074] Inden obigen Ausführungsbeispielenwird das Expansionsventil als Druckverminderungseinrichtung verwendet.Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein,sondern der Druck kann auch durch eine feste Drosselvorrichtung wiebeispielsweise ein Kapillarrohr oder durch isentropes Reduzierendes Drucks des Kältemittelsin einer Düseoder einer Erweiterung reduziert werden.
    [0075] Auchwerden der Heizmodus und der Wärmeabstrahlmodusin den obigen Ausführungsbeispielenausgeführt,wenn der Startschalter der Klimaanlage eingeschaltet ist. Jedochsollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein,sondern der Heizmodus und der Wärmeabstrahlmoduskönnenauch ohne Bezug auf einen Zustand des Startschalters der Klimaanlageausgeführtwerden, sondern könnengleichzeitig mit dem Start des Motors 11 basierend aufder Wassertemperatur Tw ausgeführt werden.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Wärmeregelungssystem,mit einem Wärmegenerator,in welchem währenddes Betriebs Wärmeerzeugt wird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmtenBereich gehalten wird; einem Dampfkompressionskühler miteinem Kompressor, einem Kühler,einem Verdampfapparat und einer Druckverminderungseinrichtung, umWärme vonder Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite zu übertragen; einemWärmetauscherfür einenWärmeaustausch zwischeneinem von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr inden Kühlerund einem Wärmetauschmediumaus dem Wärmegenerator;und einem Bypasskanal zum Leiten des Kältemittels vor der Zufuhr inden Verdampfapparat zu dem Wärmetauscheran dem Verdampfapparat und dem Kompressor vorbei, dadurchgekennzeichnet, dass das System in einem Heizmodus zumHeizen des Mediums mit dem aus dem Kompressor ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittelsowie einem Wärmeabstrahlmoduszum Kühlendes Mediums mit dem Kältemittelund Abstrahlen der aus dem Medium aufgenommenen Wärme über denKühlerarbeitet; und dass währenddes Wärmeabstrahlmoduswenigstens ein Teil des aus dem Kühler ausströmenden Kältemittels durch den Bypasskanalgeleitet wird.
    [2] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 1, bei welchem der Bypasskanal hauptsächlich eineflüssigeKomponente des Kältemittelsvor der Zufuhr in den Verdampfapparat zu dem Wärmetauscher leitet.
    [3] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 1, bei welchem der Bypasskanal das aus dem Kühler ausgegebeneKältemittelvor der Dekompression durch die Druckverminderungseinrichtung zudem Wärmetauscherleitet.
    [4] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 1, bei welchem das System ferner eine Einrichtungzum Steuern des Wärmeaustauscheszwischen dem Medium und dem Kältemittelin dem Wärmetauscher aufweist.
    [5] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 4, bei welchem die Einrichtung zum Steuern des Wärmeaustauschesim Heizmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators niedriger alseine erste vorbestimmte Temperatur ist, im Wärmeabstrahlmodus arbeitet,wenn die Temperatur des Wärmegeneratorseine zweite vorbestimmte Temperatur über der ersten vorbestimmtenTemperatur oder höherist, und in einem Normalmodus arbeitet, wenn die Temperatur desWärmegeneratorsin einem Bereich zwischen der ersten vorbestimmten Temperatur undder zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, in welchem der Wärmeaustauschzwischen dem Medium und dem Kältemittelgestoppt wird.
    [6] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 1, bei welchem der Wärmegenerator eine Wärmekraftmaschineist.
    [7] Wärmeregelungssystem,mit einem Wärmegenerator,in welchem währenddes Betriebs Wärmeerzeugt wird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmtenBereich gehalten wird; einem Dampfkompressionskühler miteinem Kompressor, einem Kühler,einem Verdampfapparat und einer Druckverminderungseinrichtung, umWärme vonder Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite zu übertragen; einemWärmetauscherzum Wärmeaustauschzwischen einem von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr inden Kühlerund einem Wärmetauschmediumaus dem Wärmegenerator; und einemKühlerzum Kühlendes in den Wärmetauscher geleitetenKältemittels, dadurchgekennzeichnet, dass das System in einem Heizmodus zum Heizen desMediums mit dem aus dem Kompressor ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittelund in einem Wärmeabstrahlmoduszum Kühlendes Mediums mit dem Kältemittelund Abstrahlen der aus dem Medium aufgenommenen Wärme über denKühlerarbeitet.
    [8] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 7, bei welchem das System ferner eine Einrichtungzum Steuern des Wärmeaustauscheszwischen dem Medium und dem Kältemittelin dem Wärmetauscher aufweist.
    [9] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 8, bei welchem die Einrichtung zum Steuern des Wärmeaustauschesim Heizmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators niedriger alseine erste vorbestimmte Temperatur ist, im Wärmeabstrahlmodus arbeitet,wenn die Temperatur des Wärmegeneratorseine zweite vorbestimmte Temperatur über der ersten vorbestimmtenTemperatur oder hoher ist, und in einem Normalmodus arbeitet, wenndie Temperatur des Wärmegeneratorsin einem Bereich zwischen der ersten vorbestimmten Temperatur undder zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, in welchem der Wärmeaustauschzwischen dem Medium und dem Kältemittelgestoppt wird.
    [10] Wärmeregelungssystemnach Anspruch 7, bei welchem der Wärmegenerator eine Wärmekraftmaschineist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004268752A|2004-09-30|
    US7048044B2|2006-05-23|
    US20040194949A1|2004-10-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-01-20| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2015-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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