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    • 专利摘要:
    Ineinem Dampfkompressionskühlkreissystemist eine Schaltvorrichtung (81, 81a, 81b) vorgesehen, um einen erstenModus, in dem ein aus einem Kompressor (10) ausgegebenes Hochdruck-Kältemitteldirekt in einen äußeren Wärmetauscher(20) eingeleitet wird, oder einen zweiten Modus, in dem das Hochdruck-Kältemitteldirekt in einen inneren Wärmetauscher(32) eingeleitet wird, zu schalten. Wenn der zweite Modus eingestelltist, wird der Druck des Hochdruck-Kältemittels durch ein Konstantdruckregelventil(90) höherals ein vorbestimmter Druck eingestellt. Demgemäß kann eine deutliche Veränderungder Heizleistung des inneren Wärmetauschersverhindert werden, selbst wenn sich die Wärmelast des Dampfkompressionskühlkreissystem ändert, unddie Heizleistung des inneren Wärmetauscherskann im zweiten Modus verbessert werden.
    公开号:DE102004029255A1
    申请号:DE102004029255
    申请日:2004-06-17
    公开日:2005-01-05
    发明作者:Hiromi Kariya Ohta；Yukimasa Kariya Sato；Motohiro Kariya Yamaguchi
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:B60H1-22
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Dampfkompressionskühlkreissystem,in dem ein Kältemittel aufeiner Niederdruckseite durch Absorbieren von Wärme von einer Niedertemperaturseiteverdampft und zu einer Hochtemperaturseite abgestrahlt wird. DasDampfkompressionskühlkreissystemwird geeigneterweise füreine Fahrzeug-Klimaanlageverwendet.
    [0002] Ineiner herkömmlichenFahrzeug-Klimaanlage wird in einen Fahrzeugraum (Fahrgastzelle)zu blasende Luft mittels in dem Fahrzeug erzeugter Abwärme zumBeispiel von einem Motorkühlwasserals Heizquelle erwärmt.In diesem Fall kann, wenn die Temperatur des Motorkühlwassersniedrig ist, eine ausreichende Heizleistung nicht erzielt werden.
    [0003] Umdieses Problem zu lösen,wird in einer in der JP-A-5-96931 beschriebenenFahrzeug-Klimaanlage ein aus einem Kompressor ausgegebenes Hochdruck-Kältemitteleinem inneren Wärmetauscherzugeführt,um so zu einer Fahrgastzelle zu blasende Luft zu erwärmen. Jedochwird das aus dem inneren Wärmetauscherausgegebene Kältemittel durcheine feste Drosselvorrichtung wie beispielsweise ein Kapillarrohrdekomprimiert. Demgemäß ändert sichder Druck des Hochdruck-Kältemittels,wenn sich eine Wärmelastauf einer Hochdruckseite oder einer Niederdruckseite ändert, unddeshalb ändert sichdie Heizleistung des inneren Wärmetauschers deutlich.
    [0004] InAnbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe dervorliegenden Erfindung, ein Dampfkompressionskühlkreissystem vorzusehen, welcheseine ausreichende Heizleistung selbst unmittelbar nach einem Heizstartvorgangbesitzt.
    [0005] Gemäß der vorliegendenErfindung enthält einDampfkompressionskühlkreissystemeinen Kompressor zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels,einen außerhalbeines Raums angeordneten äußeren Wärmetauscherzum Durchführeneines Wärmeaustauscheszwischen dem Kältemittelund Luft außerhalbdes Raums, einen in dem Raum angeordneten inneren Wärmetauscherzum Durchführeneines Wärmeaustauscheszwischen dem Kältemittelund in den Raum zu blasender Luft, eine Schalteinrichtung zum Schalteneines ersten Modus, in dem das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemitteldem äußeren Wärmetauscherzugeführt wird,oder eines zweiten Modus, in dem das aus dem Kompressor ausgegebeneKältemitteldem inneren Wärmetauscherzugeführtwird, und eine Drucksteuervorrichtung, welche einen Druck des ausdem Kompressor ausgegebenen Kältemittelsso steuert, dass er höherals ein vorbestimmter Druck ist, wenn der zweite Modus durch dieSchalteinrichtung eingestellt ist. Demgemäß kann das Dampfkompressionskühlkreissystem,selbst wenn sich ein Wärmelastzustandauf einer Niederdruckseite oder einer Hochdruckseite in ihm ändert, einegroße Änderungeiner Heizleistung des inneren Wärmetauschersin dem zweiten Modus einschränken.Demgemäß kann man eineausreichende Heizleistung in dem inneren Wärmetauscher selbst unmittelbarnach einem Heizstartvorgang erzielen.
    [0006] DasDampfkompressionskühlkreissystem kannferner mit einer Ejektorpumpe versehen sein, welche eine Düse zum Dekomprimierenund Ausdehnen des Kältemittelsund einen Druckerhöhungsabschnitt,welcher ein auf einer Niederdruckseite verdampftes gasförmiges Kältemitteldurch einen aus der Düsegestrahlten Kältemittelstromansaugt und einen zu dem Kompressor zu saugenden Kältemitteldruckdurch Umwandeln von Expansionsenergie in Druckenergie erhöht, enthält. In diesemFall ist eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungzum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittels in ein gasförmiges Kältemittelund ein flüssigesKältemittel vorgesehen.Allgemein weist die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtungeinen mit dem Kompressor verbundenen Gaskältemittelauslass und einenmit der Niederdruckseite verbundenen Flüssigkältemittelauslass auf. In diesemFall dekomprimiert die Düse dasaus dem äußeren Wärmetauscherströmende Kältemittel,wenn der erste Modus durch die Schalteinrichtung eingestellt ist,und die Drucksteuervorrichtung ist eine Drosselvorrichtung, welcheden Druck des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels steuert und dasaus dem inneren WärmetauscherströmendeKältemitteldekomprimiert, wenn der zweite Modus durch die Schalteinrichtungeingestellt ist.
    [0007] Alternativist das Dampfkompressionskühlkreissystemmit einer ersten Dekompressionseinrichtung zum Dekomprimieren desaus dem äußeren WärmetauscherströmendenKältemittelsmit konstanter Enthalpie in dem ersten Modus versehen. Zusätzlich istdie Drucksteuervorrichtung eine zweite Dekompressionseinrichtungzum Dekomprimieren des aus dem inneren Wärmetauscher strömenden Kältemittelsin dem zweiten Modus. Allgemein weist die zweite Dekompressionseinrichtungeinen Drosselöffnungsgradauf, welcher derart steuerbar ist, dass im zweiten Modus der Druckdes aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittels höher alsder vorbestimmte Druck wird.
    [0008] ZumBeispiel kann in dem Dampfkompressionskühlkreissystem Kohlendioxidals Kältemittelverwendet werden. In diesem Fall kann das aus dem Kompressor ausgegebeneKältemittelgleich oder höherals der kritische Druck des Kältemittelseingestellt sein. Ferner kann das Dampfkompressionskühlkreissystemgeeigneterweise füreine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet werden. In diesem Falls istder Raum eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, der innere Wärmetauscherist in einem Klimagehäusezum Definieren eines Luftkanals, durch welchen Luft in die Fahrgastzelleströmt,angeordnet, das Klimagehäuse weistdarin einen Heizkern zum Heizen der Luft in dem Luftkanal mittelsin dem Fahrzeug erzeugter Abwärmeals Wärmequelleauf, und der innere Wärmetauscherist stromab des Heizkerns in einer Luftströmungsrichtung in dem Klimagehäuse angeordnet. Demgemäß kann diein die Fahrgastzelle zu blasende Luft effektiv geheizt werden.
    [0009] Obigesowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungwerden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahmeauf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
    [0010] 1 eine schematische Darstellungeines füreine Klimaanlage verwendeten Dampfkompressionskühlkreissystems gemäß einemersten bevorzugten Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung;
    [0011] 2 eine schematische Darstellungeines Kältemittelstromsin dem Dampfkompressionskühlkreissystemin einem Kühlmodusgemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
    [0012] 3 eine schematische Darstellungeines Kältemittelstromsin dem Dampfkompressionskühlkreissystemin einem Heizmodus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
    [0013] 4 ein Diagramm der Beziehungenzwischen einem Druck des Hochdruck-Kältemittels,einem Drosseldurchmesser (Drosselöffnungsgrad) eines Konstantdruckregelventilsund einer mittleren Lufttemperatur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
    [0014] 5 eine schematische Darstellungeines füreine Klimaanlage verwendeten Dampfkompressionskühlkreissystems gemäß einemzweiten bevorzugten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung; und
    [0015] 6 eine schematische Darstellungeines füreine Klimaanlage verwendeten Dampfkompressionskühlkreissystems gemäß einemdritten bevorzugten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0016] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme aufdie beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
    [0017] Einerstes Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung wird nun Bezug nehmend auf 1 bis 4 beschrieben. Im ersten Ausführungsbeispielwird das Dampfkompressionskühlkreissystem dervorliegenden Erfindung typischerweise für eine Fahrzeug-Klimaanlageverwendet.
    [0018] Einin 1 dargestellter Kompressor 10 wirdelektrisch angetrieben, um ein Kältemittelanzusaugen und zu komprimieren. Zum Beispiel ist der Kompressor 10 indiesem Ausführungsbeispielein durch einen Elektromotor angetriebener Kompressor mit einerfesten Verdrängung.Jedoch kann der Kompressor 10 auch als Verstellkompressorkonstruiert sein, der durch einen Fahrzeugmotor zum Fahren betriebenwird, um die variable Verdrängungkontinuierlich zu verändern.
    [0019] Ineinem äußeren Wärmetauscher 20 steht dasaus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel mit Luft (Außenluft)außerhalbeines Fahrzeugraums (z.B. Fahrgastzelle) in Wärmeaustausch. Ein erster innererWärmetauscher 31 undein zweiter innerer Wärmetauscher 32 sindso angeordnet, dass das Kältemittelin dem Dampfkompressionskühlkreissystemmit in den Fahrzeugraum zu blasender Luft in Wärmeaustausch steht. Der ersteinnere Wärmetauscher 31 undder zweite innere Wärmetauscher 32 sindin einem Klimagehäuse 70 zumDefinieren eines Luftkanals, durch welchen Luft in den Fahrzeugraum strömt, angeordnet.Der erste innere Wärmetauscher 31 istan einer luftstromaufwärtigenSeite des zweiten inneren Wärmetauschers 32 indem Klimagehäuse 70 angeordnet.Ferner ist ein Heizkern 60 in dem Klimagehäuse 70 zumHeizen der in den Fahrzeugraum zu blasenden Luft mittels in demFahrzeug erzeugter Abwärmewie beispielsweise Motorkühlwasserals Wärmequellevorgesehen. Der Heizkern 60 ist in dem Klimagehäuse 70 ineiner Luftströmungsrichtungdes Klimagehäuses 70 stromabdes ersten inneren Wärmetauschers 31 undstromauf des zweiten inneren Wärmetauschers 32 angeordnet.Im Allgemeinen ist der Heizkern 60 in der Luftströmungsrichtungangrenzend an den zweiten inneren Wärmetauscher 32 angeordnet,wie in 1 dargestellt.
    [0020] EinGebläse(nicht dargestellt) zum Blasen der Luft in das Klimagehäuse 70 istan einer Position in der Luftströmungsrichtungstromauf des inneren Wärmetauschers 31 angeordnet.Ferner ist eine Innenluft/Außenluft-Wechselvorrichtungvorgesehen, um Innenluft (d.h. Luft in dem Fahrzeugraum) und Außenluft(d.h. Luft außerhalbdes Fahrzeugraums) in das Gebläseeinzuleiten.
    [0021] EineEjektorpumpe 40 dekomprimiert und dehnt ein Kältemittelauf einer Hochdruckseite in dem Dampfkompressionskühlkreissystem,sodass das auf einer Niederdruckseite verdampfte gasförmige Kältemitteldurch einen Pumpvorgang angesaugt wird, und wandelt Expansionsenergiedes Kältemittelsin Druckenergie des Kältemittelsum, um einen Druck des in den Kompressor 10 zu saugendenKältemittelszu erhöhen.
    [0022] DieEjektorpumpe 40 enthälteine Düse 41, einenMischabschnitt 42 und einen Diffusor 43. Die Düse 41 dekomprimiertund dehnt das Kältemittelauf der Hochdruckseite durch Umwandeln der Druckenergie (Druckkopf)des Kältemittelsin die Geschwindigkeitsenergie (Geschwindigkeitskopf) davon. In demMischabschnitt 42 wird das auf der Niederdruckseite verdampfteKältemitteldurch den aus der Düse 41 gestrahltenHochgeschwindigkeits-Kältemittelstromangesaugt. In dem Diffusor 43 wird die Geschwindigkeitsenergiedes Kältemittelsin die Druckenergie umgewandelt, sodass der Druck des in den Kompressor 10 zusaugenden Kältemittelserhöht wird,währenddas aus der Düse 41 gestrahlteKältemittel(Antriebsstrom) und das in den Mischabschnitt 42 gesaugteKältemittel(Saugstrom) weiter vermischt werden.
    [0023] Indem Mischabschnitt 42 werden der Antriebsstrom des Kältemittelsaus der Düse 41 undder Saugstrom des Kältemittelsaus dem Verdampfapparat 30 so vermischt, dass ihre Impulssummeerhalten bleibt, wodurch der Kühlmitteldruckerhöhtwird. In dem Diffusor 43 wird, weil eine Querschnittsfläche desKältemittelkanalsallmählichzur Auslassseite ansteigt, die Geschwindigkeitsenergie des Kältemittels (dynamischerDruck) in die Druckenergie des Kältemittels(statischer Druck) umgewandelt. Hierbei wird der Kältemitteldrucknicht nur in dem Diffusor 43 erhöht, sondern auch in dem Mischabschnitt 42.Deshalb ist in der Ejektorpumpe 40 ein Druckerhöhungsabschnittaus dem Mischabschnitt 42 und dem Diffusor 43 aufgebaut.Im ersten Ausführungsbeispielist eine Querschnittsflächedes Mischabschnitts 42 bis zu dem Diffusor 43 konstantgemacht. Der Mischabschnitt 42 kann jedoch auch konischsein, sodass die Querschnittsflächezu dem Diffusor 43 größer wird. DieDüse 41 besitzteinen Drosselabschnitt, in welchem die Kanalquerschnittsfläche maximalreduziert ist.
    [0024] Imersten Ausführungsbeispielwird eine „Lavaldüse" (siehe ,Fluid Engineering' von Tokyo UniversityPublication) als Düse 41 eingesetzt,um das aus der Düse 41 eingespritzteKältemittelauf die Schallgeschwindigkeit oder darüber zu beschleunigen. Hierbeienthältdie Lavaldüse 41 eineDrosselvorrichtung mit der kleinsten Kanalfläche in ihrem Kältemittelkanal.Jedoch kann auch eine zu ihrer Auslassseite konisch verjüngte Düse als Düse 41 verwendet werden.
    [0025] In 1 wird das Kältemittelaus der Ejektorpumpe 40 ausgegeben und strömt in eineGas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50.Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 trenntdas Kältemittelaus der Ejektorpumpe 40 in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittelund speichert das getrennte gasförmigeKältemittelund das getrennte flüssige Kältemitteldarin. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 enthält einenmit einer Saugöffnungdes Kompressors 10 verbundenen Gaskältemittelauslass und einenmit einer Einlassseite des Verdampfapparats 30 verbundenenFlüssigkältemittelauslass.Demgemäß strömt das flüssige Kältemittelin dem Ejektorpumpenkreis in den Verdampfapparat 30, während dasKältemittelaus dem äußeren Wärmetauscher 20 inder Düse 41 derEjektorpumpe 40 dekomprimiert wird.
    [0026] Fernerist ein erstes Dreiwegeventil 81 auf einer Kältemittelausgabeseitedes Kompressors 10 vorgesehen, um so einen Betriebszustand(zweiter Modus), in dem das aus dem Kompressor 10 ausgegebeneHochdruck-Kältemitteldirekt dem zweiten inneren Wärmetauscher 32 zugeführt wird,oder einen Betriebszustand (erster Modus), in dem das aus dem Kompressor 10 ausgegebeneHochdruck-Kältemittel direktdem äußeren Wärmetauscher 20 zugeführt wird,zu schalten. Zusätzlichist ein zweites Dreiwegeventil 82 auf einer Kältemittelauslassseitedes äußeren Wärmetauschers 20 vorgesehen,um so einen Betriebszustand, in dem das aus dem äußeren Wärmetauscher 20 strömende Kältemittelder Düse 41 derEjektorpumpe 40 zugeführtwird, oder einen Betriebszustand, in dem das aus dem äußeren WärmetauscherströmendeKältemittelder Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zugeführt wird,währendes an der Ejektorpumpe 40 vorbei strömt, zu schalten.
    [0027] EinKonstantdruckregelventil 90 ist auf einer Kältemittelauslassseitedes zweiten inneren Wärmetauschers 32 vorgesehen,um einen Konstantdruckdrosselmechanismus zu haben. Das Konstantdruckregelventil 90 dekomprimiertdas aus dem zweiten inneren Wärmetauscher 32 strömende Kältemittelund verändertseinen Drosselöffnungsgradso, dass der Druck an dem Hochdruck-Kältemittel vor der Dekompressiongleich oder höherals ein vorbestimmter Grad wird. Ein Rückschlagventil 91,welches ein Kältemittelnur aus dem zweiten inneren Wärmetauscher 32 zudem äußeren Wärmetauscher 20 strömen lässt, istin einem Kältemittelstromstromauf des Konstantdruckregelventils 90 angeordnet.
    [0028] DasKonstantdruckregelventil 90 ist eine mechanische Verstelldrosselvorrichtung,bei welcher ein Drosselöffnungsgradmittels eines Gleichgewichts zwischen einer Federkraft einer Federeinrichtungwie beispielsweise einer Feder und einem Kältemittel druck eingestelltwird, sodass der Druck des aus dem Kompressor 10 ausgegebenenHochdruck-Kältemittelsgleich oder höherals der vorbestimmte Druck eingestellt wird. In diesem Ausführungsbeispielwird die Federkraft der Federeinrichtung wie beispielsweise derFeder so eingestellt, dass der vorbestimmte Druck des Hochdruck-Kältemittelsentsprechend einem Druckwiderstandsgrenzwert des Kompressors 10 unddes zweiten inneren Wärmetauschers 32 auf etwa12 ± 0,5MPa eingestellt ist.
    [0029] EinDrucksensor 101 ist eine Kältemitteldruckerfassungseinheit,welche auf der Kältemittelausgabeseitedes Kompressors 10 angeordnet ist, um den Druck des ausdem Kompressor 10 ausgegebenen Hochdruck-Kältemittelszu erfassen. D.h. der Drucksensor 101 ist vorgesehen, umden Druck des Hochdruck-Kältemittelsvor der Dekompression zu erfassen. Ein Kältemitteltemperatursensor 102 ist eineKältemitteltemperaturerfassungseinheitzum Erfassen einer Temperatur des aus dem äußeren Wärmetauscher 20 strömenden Kältemittels.Ein Innenlufttemperatursensor 103 ist eine Temperaturerfassungseinheitzum Erfassen einer Lufttemperatur (Innenlufttemperatur) in dem Fahrzeugraumund ein Außenlufttemperatursensor 104 isteine Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen einer Lufttemperatur (Außenlufttemperatur)außerhalbdes Fahrzeugraums. Ferner ist ein Wassertemperatursensor 105 eineAbwärmetemperaturerfassungseinheitzum Erfassen einer Abwärmetemperatur,wie beispielsweise der Temperatur des Motorkühlwassers.
    [0030] DieMesswerte der Sensoren 101–105 werden in eineelektronische Steuereinheit (ECU) eingegeben, und die ECU steuertdie Komponenten wie beispielsweise den Kompressor 10, daserste und das zweite Dreiwegeventil 81, 82 unddas Gebläse.
    [0031] Alsnächsteswird nun die Funktionsweise der Klimaanlage mit dem Dampfkompressionskühlkreisbeschrieben.
    [0032] DerKühlmodusder Klimaanlage ist ein Kühlbetriebzum Kühlender in den Fahrzeugraum zu blasenden Luft oder ein Entfeuchtungskühlbetriebzum Entfeuchten des Fahrzeugraums durch Kühlen der in den Fahrzeugraumzu blasenden Luft. Im Kühlmodus,wie er in 2 dargestelltist, wird das erste Dreiwegeventil 81 so betätigt, dassdas gesamte aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemitteldirekt dem äußeren Wärmetauscher 20 zugeführt wird,und das zweite Dreiwegeventil 82 wird so betrieben, dass dasaus dem äußeren Wärmetauscher 20 strömende Hochdruck-Kältemittel in die Düse 41 derEjektorpumpe 40 strömt.Deshalb wird das in dem äußeren Wärmetauscher 20 gekühlte Kältemittelisentropisch in der Düse 41 derEjektorpumpe 40 dekomprimiert und ausgedehnt und strömt mit einerGeschwindigkeit gleich oder höherals die Schallgeschwindigkeit in den Mischabschnitt 42.
    [0033] Durchden Pumpvorgang durch das Mitreißen des aus der Düse 41 gestrahltenHochgeschwindigkeits-Kältemittelsin den Mischabschnitt 42 wird das in dem ersten innerenWärmetauscher 31 verdampfteKältemittelin den Mischabschnitt 42 gesaugt. Deshalb zirkuliert dasNiederdruck-Kältemittel durchdie Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung50 → den ersteninneren Wärmetauscher 31 → den Druckerhöhungsabschnittder Ejektorpumpe 40 → dieGas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 indieser Reihenfolge. Das Niederdruck-Kältemittel wird in dem ersteninneren Wärmetauscher 31 durchAbsorbieren von Wärmeaus der durch das Klimagehäuse 70 strömenden Luftverdampft, sodass die in den Fahrzeugraum zu blasende Luft gekühlt wird.
    [0034] Dannströmtdas aus der Ejektorpumpe 40 ausgegebene Kältemittelin die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50.
    [0035] Indiesem Ausführungsbeispielwird Kohlendioxid als Kältemittelverwendet. Zusätzlichwird, wenn eine Wärmelast(Kühllast)in dem ersten inneren Wärmetauscher 31 größer ist,der Druck des zu der Düse 41 derEjektorpumpe 40 zu leitenden Hochdruck-Kältemittelsdurch den Kompressor 10 auf einen Druck gleich oder höher alsder kritische Druck des Kältemittelserhöht,sodass eine notwendige Kühlleistungerzielt werden kann.
    [0036] DieDrehzahl des Kompressors 10, d.h. die aus dem Kompressor 10 ausgegebeneKältemittelmengewird auf einen Zielsteuerwert gesteuert. Allgemein wird der Zielsteuerwertim Kühlmodusbasierend auf dem durch den Drucksensor 101 erfassten Kältemitteldruck,der durch den Außenlufttemperatursensor 104 erfasstenAußenlufttemperatur,der durch den Kältemitteltemperatursensor 102 erfasstenHochdruckkältemitteltemperaturund der durch den Innenlufttemperatursensor 103 erfasstenInnenlufttemperatur bestimmt. Demgemäß kann die Kühlleistungdes ersten inneren Wärmetauschersgeeignet gesteuert werden.
    [0037] Wennder Heizmodus eingestellt ist, werden das erste und das zweite Dreiwegeventil 81, 82 so betätigt, dassdas aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel direkt dem zweiteninneren Wärmetauscher 32 zugeführt wirdund das aus dem äußeren Wärmetauscher 20 strömende Kältemitteldirekt der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 zugeführt wird, während esan der Ejektorpumpe 40 vorbei strömt, wie in 3 dargestellt. Deshalb strömt das ausdem Kompressor 10 ausgegebene Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel(Heißgas-Kältemittel)in den zweiten inneren Wärmetauscher 32 unddie in den Fahrzeugraum zu blasende Luft wird in dem zweiten innerenWärmetauscher 32 mittelsdes Heißgas-Kältemittelsals Wärmequelleerwärmt.
    [0038] Dasaus dem zweiten inneren Wärmetauscher 32 strömende Kältemittelwird mit konstanter Enthalpie durch das Konstantdruckregelventil 90 dekomprimiertund ausgedehnt. Dann strömtdas in dem Konstantdruckregelventil 90 dekomprimierte Kältemittelin den äußeren Wärmetauscher 20 und wirddurch Absorbieren von Wärmeaus der Außenluftin dem äußeren Wärmetauscher 20 verdampft. Dasverdampfte Kältemittelaus dem äußeren Wärmetauscher 20 strömt an derEjektorpumpe 40 vorbei in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50.
    [0039] Indiesem Ausführungsbeispielwird, wenn der Heizmodus eingestellt ist, das Heißgas-Kältemitteldem zweiten inneren Wärmetauscher 32 zugeführt, während dasMotorkühlwasserdem Heizkern 60 zugeführtwird. Wenn die Temperatur des dem Heizkern 60 zugeführten Motorkühlwassersausreichend erhöhtist, sodass der Heizbetrieb allein mittels des Heizkerns 60 durchgeführt werdenkann, wird die Zufuhr des Heißgas-Kältemittelszu dem zweiten inneren Wärmetauscher 32 gestoppt.
    [0040] Gemäß der vorliegendenErfindung wird, wenn das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Hochdruck-Kältemitteldem zweiten inneren Wärmetauscher 32 zugeführt wird,das Konstantdruckregelventil 90 so gesteuert, dass derDruck des Hochdruck-Kältemittelsgleich oder höherals der vorbestimmte Druck wird. Demgemäß kann, selbst wenn sich dieWärmelastzustände aufder Hochdruckseite und der Niederdruckseite ändern, eine deutliche Veränderungder Heizleistung des die Luft er wärmenden zweiten inneren Wärmetauschers 32 beschränkt werden.Deshalb kann die Heizleistung zum Heizen des Fahrzeugraums effektivverbessert werden.
    [0041] 4 zeigt Versuchsergebnisseder in den Fahrzeugraum zu blasenden Lufttemperatur, wenn sich derDruck des Hochdruck-Kältemittels ändert, während dieWärmelastauf einen konstanten Wert gesetzt ist. Ferner ist der Drosseldurchmesser(Drosselöffnungsgrad)des Konstantdruckregelventils 90 so eingestellt, dass warmeLuft mit einer Temperatur höherals die Körpertemperatureines Fahrgasts zu einer Zeit unmittelbar 1 Minute nach dem Startdes Heizmodus erzielt werden kann. In 4 istdie in den Fahrzeugraum zu blasende Lufttemperatur eine mittlereLufttemperatur an vier Punkten.
    [0042] Wiedurch die Kurve in 4 dargestellt, werdendie Temperatur und der Druck des Kältemittels in dem zweiten innerenWärmetauschers 32 höher unddie Heizleistung wird verbessert, wenn der Drosseldurchmesser (Drosselöffnungsgrad)des Konstantdruckregelventils 90 kleiner wird. Wenn der Drosseldurchmesserdes Konstantdruckregelventils 90 reduziert wird, wird auchdie in den zweiten inneren Wärmetauscher 32 strömende Kältemittelströmungsmengeverringert. In diesem Fall wird jedoch der Druckanstieg des Kältemittelsin dem zweiten inneren Wärmetauschers 32 imVergleich zu dem Abfall der Kältemittelströmungsmengegrößer. Demgemäß wird,wenn der Drosselöffnungsgrad(Drosseldurchmesser) des Konstantdruckregelventils 90 verringertwird, der Druck des Hochdruck-Kältemittels erhöht und dieHeizleistung des zweiten inneren Wärmetauschers 32 zumHeizen der Luft kann verbessert werden.
    [0043] Indiesem Ausführungsbeispielist der zweite innere Wärmetauscher 32 stromabdes Heizkerns 60 angeordnet. Deshalb kann die in den Fahrzeugraum zublasende Luft im Heizmodus effektiv erwärmt werden.
    [0044] Indem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung schaltet das Dreiwegeventil 81 den Betriebszustand(zweiter Modus), in dem das aus dem Kompressor 10 ausgegebeneHochdruck-Kältemitteldem zweiten inneren Wärmetauscher 32 zugeführt wird,oder den Betriebszustand (erster Modus), in dem das aus dem Kompressor 10 ausgegebeneHochdruck-Kältemittel dem äußeren Wärmetauscher 20 zugeführt wird.Im zweiten Ausführungsbeispielwerden jedoch anstelle des ersten Dreiwegeventils 81 einZweiwegeventil 81a und Zweiwegeventil 81b verwendet.Das Zweiwegeventil 81a ist zum Öffnen und Schließen eines erstenKältemittelkanalsvorgesehen, der den Kompressor 10 und einen Kältemitteleinlassdes zweiten inneren Wärmetauschers 32 verbindet,und das Zweiwegeventil 81b ist zum Öffnen und Schließen eineszweiten Kältemittelkanalsvorgesehen, der den Kompressor 10 und einen Kältemitteleinlassdes äußeren Wärmetauschers 20 verbindet.
    [0045] Wennder Kühlmoduseingestellt ist, ist das Zweiwegeventil 81a vollständig geschlossenund das Zweiwegeventil 81b ist vollständig geöffnet. Wenn dagegen der Heizmoduseingestellt ist, ist das Zweiwegeventil 81a vollständig geöffnet unddas Zweiwegeventil 81b ist vollständig geschlossen.
    [0046] Fernerkann anstelle des zweiten Dreiwegeventils 82 ein Zweiwegeventil 82a verwendetwerden, wie in 5 dargestellt.Das Zweiwegeventil 82a ist in dem Bypasskanal vorgesehen,durch welchen das Kältemittelaus dem äußeren Wärmetauscher 20 an derEjektorpumpe 40 vorbei in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 strömt. Im zweitenAusführungsbeispielist, wenn der Kühlmoduseingestellt ist, das Zweiwegeventil 82a geschlossen, sodassdas Kältemittelaus dem äußeren Wärmetauscher 20 in dieDüse 41 derEjektorpumpe 40 strömt.Wenn dagegen der Heizmodus eingestellt ist, ist das Zweiwegeventil 82a vollständig geöffnet, sodassdas Kältemittelaus dem äußeren Wärmetauscher 20 ander Ejektorpumpe 40 vorbei in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 strömt. Weilder Druckverlust in der Düse 41 derEjektorpumpe 40 deutlich größer als jener in dem Bypasskanalist, wenn das Zweiwegeventil 82a vollständig geöffnet ist, strömt im Heizmodus dasKältemittelaus dem äußeren Wärmetauscher 20 nichtin die Düse 41 derEjektorpumpe 40.
    [0047] Imzweiten Ausführungsbeispielwerden die Zweiwegeventile 81a, 81b, 82a durchdie elektronische Steuereinheit gesteuert. Ferner sind die anderenTeile ähnlichjenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Deshalb können dieim ersten Ausführungsbeispielbeschriebenen Vorteile erzielt werden.
    [0048] Inden oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen der vor liegendenErfindung wird im Kühlmodusdas aus dem äußeren Wärmetauscher 20 strömende Kältemittelin der Düse 41 derEjektorpumpe 40 dekomprimiert. Im dritten Ausführungsbeispielwird jedoch im Kühlmodusdas aus dem äußeren Wärmetauscher 20 strömende Kältemittelmit konstanter Enthalpie durch eine Dekompressionseinheit 45 dekomprimiertund gedehnt. Als Dekompressionseinheit 45 kann ein thermischesExpansionsventil oder eine feste Drosselvorrichtung verwendet werden.
    [0049] EinRückschlagventil 46 istvorgesehen, um ein Strömendes Kältemittelsaus dem äußeren Wärmetauscher 20 imHeizmodus in den ersten inneren Wärmetauscher zu verhindern.
    [0050] Wennder Heizmodus eingestellt ist, wird das erste Dreiwegeventil 81 sobetätigt,dass das aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittelin den zweiten inneren Wärmetauscher 32 unddas Konstantdruckregelventil 90 strömt. Ferner wird das zweiteDreiwegeventil 82 so betätigt, dass das Kältemittelaus dem äußeren Wärmetauscheran der Dekompressionsvorrichtung 45 vorbei direkt in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 50 strömt. Demgemäß wird imHeizmodus ähnlichdem ersten Ausführungsbeispieldie durch den zweiten inneren Wärmetauscher 32 strömende Luftmittels des Heißgas-Kältemittelsals Wärmequelleerwärmt.Ferner wird im Heizmodus das Konstantdruckregelventil 90 sogesteuert, dass der Druck des Hochdruck-Kältemittels gleich oder höher alsder vorbestimmte Druck wird.
    [0051] Wennder Kühlmoduseingestellt ist, wird das erste Dreiwegeventil 81 so betätigt, dassdas aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel in den äußeren Wärmetauscher 20 strömt. Fernerwird das zweite Dreiwegeventil 82 so betätigt, dassdas Kältemittelaus dem äußeren Wärmetauscher 20 indie Dekompressionsvorrichtung 45 eingeleitet wird. Demgemäß wird imKühlmodusdas aus dem Kompressor 10 ausgegebene Kältemittel in dem äußeren Wärmetauscher 20 gekühlt, inder Dekompressionsvorrichtung 45 dekomprimiert und in demersten inneren Wärmetauscherverdampft. D.h. das Niederdruck-Kältemittel aus der Dekompressionsvorrichtung 45 wirdin dem ersten inneren Wärmetauscher 31 durchAbsorbieren von Wärmeaus der in den Fahrzeugraum zu blasenden Luft verdampft. Deshalbwird die in den Fahrzeugraum zu blasenden Luft im Kühlmodusgekühlt.
    [0052] Imdritten Ausführungsbeispielsind die anderen Teile ähnlichjenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.
    [0053] Obwohldie vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsbeispielendavon unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschriebenworden ist, ist zu bemerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationenfür denFachmann offensichtlich sein werden.
    [0054] ZumBeispiel wird in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Dampfkompressionskühlkreissystemfür dieKlimaanlage verwendet, bei der die Temperatur der in den Fahrzeugraumzu blasenden Luft nicht durch eine Luftmischklappe gesteuert wird.Jedoch kann das Dampfkompressionskühlkreissystem auch für eine Klimaanlagedes Luftmischtyps verwendet werden, bei der die Temperatur der inden Fahrzeugraum zu blasenden Luft durch eine Luftmischklappe eingestelltwird.
    [0055] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenwird im Heizmodus das Heißgas-Kältemittel in den zweiten innerenWärmetauscher 32 eingeleitet,währenddas Motorkühlwasserin dem Heizkern 60 zirkuliert wird. Wenn jedoch die Temperaturdes Motorkühlwassersniedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, kann die Zirkulationdes Motorkühlwasserszu dem Heizkern 60 gestoppt werden. Wenn die Temperaturdes Motorkühlwassershöher alsdie vorbestimmte Temperatur wird, wird das Motorkühlwasserzu dem Heizkern 60 zirkuliert. In diesem Fall kann dieZufuhr des Heißgas-Kältemittelszu dem zweiten inneren Wärmetauscher 32 entsprechendeiner angeforderten Heizleistung gestoppt werden.
    [0056] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenwird der Druck des Hochdruck-Kältemittels vorder Dekompression durch Steuern des Drosselöffnungsgrades des Konstantdruckregelventils 90 gesteuert.Im Heizmodus kann jedoch der Druck des Hochdruck-Kältemittelsvor der Dekompression durch Steuern der Drehzahl des Kompressors 10, d.h.durch Steuern einer Ausgabeströmungsmenge desKompressors 10 höherals der vorbestimmte Druck gesteuert werden, während der Drosselöffnungsgraddes Konstantdruckregelventils 90 fest ist. Ferner kannanstelle des Konstantdruckregelventils 90 auch eine andereDruckregelvorrichtung zum Steuern des Drucks des Hochdruck-Kältemittelshöher alsder vorbestimmte Druck in dem Heizmodus verwendet werden.
    [0057] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenist das Konstantdruckregelventil 90 von einem mechanischenTyp. Jedoch kann als Konstantdruckregelventil 90 auch eineelektrisch verstellbare Drosselvorrichtung verwendet werden. Indiesem Fall kann der Drosselöffnungsgradder elektrisch verstellbaren Drosselvorrichtung elektrisch so gesteuert werden,dass der durch den Drucksensor 101 erfasste Kältemitteldruckhöher alsder vorbestimmte Druck wird.
    [0058] Inden oben beschriebenen Ausführungsbeispielenwird das Dampfkompressionskühlkreissystemtypischerweise füreine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet; jedoch kann das Dampfkompressionskühlkreissystemauch fürandere Anwendungen benutzt werden. Ferner wird in den oben beschrieben AusführungsbeispielenKohlendioxid als Kältemittel verwendetund der Druck des Hochdruck-Kältemittelswird entsprechend der Wärmelastin dem Dampfkompressionskühlkreissystem über denkritischen Druck des Kältemittelserhöht.Jedoch könnenauch andere Kältemittelals Kohlendioxid verwendet werden. Zum Beispiel kann Freon oderein Kohlenwasserstoff als Kältemittelverwendet werden.
    [0059] Solche Änderungenund Modifikation liegen selbstverständlich im Schutzumfang dervorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiertist.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Dampfkompressionskühlkreissystem, mit einemKompressor (10) zum Ansaugen und Komprimieren eines Kältemittels;einem außerhalbeines Raums angeordneten äußeren Wärmetauscher(20), um einen Wärmeaustauschzwischen dem Kältemittelund Luft außerhalbdes Raums durchzuführen; einemin dem Raum angeordneten inneren Wärmetauscher (32),um einen Wärmeaustauschzwischen dem Kältemittelund einer in den Raum zu blasenden Luft durchzuführen; einer Schalteinrichtung(81, 81a, 81b), die angeordnet ist, umeinen ersten Modus, in dem das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemitteldem äußeren Wärmetauscherzugeführtwird, oder einen zweiten Modus, in dem das aus dem Kompressor ausgegebenKältemitteldem inneren Wärmetauscherzugeführtwird, zu schalten; und einer Drucksteuervorrichtung (90),welche einen Druck des aus dem Kompressor ausgegebenen Kältemittelshöher alsein vorbestimmter Druck steuert, wenn der zweite Modus durch dieSchalteinrichtung eingestellt ist.
    [2] Dampfkompressionskühlkreissystem nach Anspruch1, ferner mit einer Ejektorpumpe (40), welche eineDüse (41)zum Dekomprimieren und Ausdehnen des Kältemittels sowie einen Druckerhöhungsabschnitt(42, 43), welcher das auf einer Niederdruckseiteverdampfte gasförmigeKältemitteldurch einen aus der Düsegestrahlten Kältemittelstromansaugt und einen zu dem Kompressor zu saugenden Kältemitteldruckdurch Umwandeln von Expansionsenergie in Druckenergie erhöht, enthält; und einerGas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung(50) zum Trennen des aus der Ejektorpumpe strömenden Kältemittelsin gasförmigesKältemittelund flüssigesKältemittel,wobei die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung einemmit dem Kompressor verbundenen Gaskältemittelauslass und einenmit der Niederdruckseite verbundenen Flüssigkältemittelauslass aufweist,wobei die Düsedas aus dem äußeren WärmetauscherströmendeKältemittelde komprimiert, wenn der ersten Modus durch die Schalteinrichtungeingestellt ist; und die Drucksteuervorrichtung eine Drosselvorrichtung ist,welche den Druck des aus dem Kompressor ausgegeben Kältemittelssteuert und das aus dem inneren Wärmetauscher strömende Kältemitteldekomprimiert, wenn durch die Schalteinrichtung der zweite Moduseingestellt ist.
    [3] Dampfkompressionskühlkreissystem nach Anspruch2, ferner mit einem Verdampfapparat (31) zum Verdampfendes aus dem Flüssigkältemittelauslassder Gas/Flüssigkeit-TrennvorrichtungzugeführtenKältemittels,wobei der Verdampfapparat angeordnet ist, um die in den Raum zublasende Luft im ersten Modus zu kühlen; und der Verdampfapparateinen mit einer Saugöffnung derEjektorpumpe verbundenen Kältemittelauslass aufweist,durch welchen das in dem Verdampfapparat verdampfte gasförmige Kältemittelin den Druckerhöhungsabschnittder Ejektorpumpe gesaugt wird.
    [4] Dampfkompressionskühlkreissystem nach Anspruch2 oder 3, ferner mit einer weiteren Schalteinrichtung (82, 82a)zum Schalten eines Stroms des Kältemittelsaus dem äußeren Wärmetauscherzu der Düsedes Ejektorpumpe oder der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung.
    [5] Dampfkompressionskühlkreissystem nach Anspruch1, ferner mit einer ersten Dekompressionseinrichtung (45)zum Dekomprimieren des aus dem äußeren WärmetauscherströmendenKältemittelsmit konstanter Enthalpie im ersten Modus, wobei die Drucksteuervorrichtungeine zweite Dekompressionseinrichtung (90) zum Dekomprimieren desaus dem inneren Wärmetauscherströmenden Kältemittelsim zweiten Modus ist.
    [6] Dampfkompressionskühlkreissystem nach Anspruch5, bei welchem die zweite Dekompressionseinrichtung einen Drosselöffnungsgradbesitzt, der derart steuerbar ist, dass der Druck des aus dem Kompressorausgegebenen Kältemittelsim zweiten Modus höherals der vorbestimmte Druck wird.
    [7] Dampfkompressionskühlkreissystem nach einem derAnsprüche1 bis 6, bei welchem Kohlendioxid als Kältemittel verwendet wird.
    [8] Dampfkompressionskühlkreissystem nach einem derAnsprüche1 bis 7, bei welchem das aus dem Kompressor ausgegebene Kältemittelgleich oder höherals der kritische Druck des Kältemittels ist.
    [9] Dampfkompressionskühlkreissystem nach Anspruch1, bei welchem der Raum eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugsist; der innere Wärmetauscherin einem Klimagehäuse (70)zum Definieren eines Luftkanals, durch welchen Luft in die Fahrgastzelleströmt,ist; das Klimagehäusedarin einen Heizkern (60) zum Heizen der Luft in dem Luftkanalmittels in dem Fahrzeug erzeugter Abwärme als Wärmequelle aufweist; und derinnere Wärmetauscherin einer Luftströmungsrichtungstromab des Heizkerns in dem Klimagehäuse angeordnet ist.
    [10] Dampfkompressionskühlkreissystem nach Anspruch9, ferner mit einem Verdampfapparat zum Verdampfen des Kältemittelsauf der Niederdruckseite durch Absorbieren von Wärme aus der durch den Luftkanalströmenden Luft, wobeider Verdampfapparat in der Luftströmungsrichtung stromauf desHeizkerns in dem Klimagehäuseangeordnet ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-09-23| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2012-04-12| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20120103 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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