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DE102004011167A1 - Wärmeregelungssystem - Google Patents

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DE102004011167A1
DE102004011167A1 DE102004011167A DE102004011167A DE102004011167A1 DE 102004011167 A1 DE102004011167 A1 DE 102004011167A1 DE 102004011167 A DE102004011167 A DE 102004011167A DE 102004011167 A DE102004011167 A DE 102004011167A DE 102004011167 A1 DE102004011167 A1 DE 102004011167A1
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DE
Germany
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heat
refrigerant
temperature
cooler
compressor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102004011167A
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English (en)
Inventor
Koichi Kariya Ban
Yasushi Kariya Yamanaka
Takahisa Kariya Suzuki
Teruhiko Kariya Kameoka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Es sind ein Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (30) zum Wärmeaustausch zwischen einem aus einem Kompressor (21) ausgegebenen Kältemittel und einem in einem Motorkühlwasserkreis (10) zirkulierenden Motorkühlwasser vor der Zufuhr in den Kühler (22) sowie ein Bypasskanal (25) zum Leiten des Kältemittels vor der Zufuhr in den Verdampfapparat (24) zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (30) an dem Verdampfapparat (24) und dem Kompressor (21) vorbei vorgesehen. Wenn es erwünscht ist, das Aufwärmen des Motors (11) zu beschleunigen, wird der Bypasskanal (25) geschlossen, um den Kompressor (21) zu betreiben, um das Motorkühlwasser durch das Hochdruck-Kältemittel zu erwärmen und, wenn es erwünscht ist, die Leistung des Kühlers (12) zu ergänzen, wird der Bypasskanal (25) geöffnet, um das flüssige Kältemittel zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher (30) zu führen, um das Kältemittel mittels der Phasenänderung des Kältemittels effektiv zu kühlen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmeregelungssystem mit einem Wärmegenerator wie beispielsweise einer Wärmekraftmaschine, in welcher bei Betrieb Wärme erzeugt wird und eine Temperatur in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden muss, und einem Dampfkompressionskühler, das effektiv bei einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor anwendbar ist.
  • 2. Technischer Hintergrund
  • Im Stand der Technik wird ein Wärmeaustausch zwischen Motorkühlwasser und in eine Fahrgastzelle zu blasender Luft in einer Heizvorrichtung ausgeführt, welche Luft dann durch einen Verdampfapparat eines Dampfkompressionskühlers gekühlt wird. Das in die Heizvorrichtung strömende Motorkühlwasser wird durch ein Hochdruck-Kältemittel in dem Dampfkompressionskühler erwärmt, sodass die Heizleistung ergänzt wird, und andererseits wird ein Teil der in das Kältemittel durch den Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlwasser und dem Kältemittel aufgenommenen Wärme von einem Kühler für das Motorkühlwasser in die Außenluft abgestrahlt, sodass die Kühlleistung ergänzt wird (siehe zum Beispiel die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11-286211).
  • Da bei der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 11-286211 beschriebenen Erfindung diesbezüglich zwei Wärmetauscher, ein Wärmetauscher für den Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlwasser und dem Kältemittel zum Zweck der Ergänzung der Heizleistung sowie ein Zusatzwärmetauscher für den Wärmeaustausch zwischen dem Motorkühlwasser und dem Kältemittel für den Zweck der Ergänzung der Kühlleistung, benutzt werden, ist es schwierig, die Herstellungskosten für das Wärmeregelungssystem zu verringern.
  • Da bei der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 11-286211 beschriebenen Erfindung auch eine in dem Dampfkompressionskühler (eine Klima anlage) erzeugte Abwärme allein für den Zweck der Ergänzung der Heizleistung verwendet wird und während des Kühlens über den Zusatzwärmetauscher und den Kühler in die Außenluft abgegeben wird, kann man kaum sagen, dass die Abwärme effektiv genutzt wird.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Wärmeregelungssystem frei von den oben genannten Nachteilen des Standes der Technik vorzusehen, und es ist eine weitere Aufgabe, eine Abwärme effektiv zu nutzen.
  • Um die obigen Aufgaben zu lösen, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Wärmeregelungssystem vorgesehen, mit einem Wärmegenerator (11), in welchem Wärme während des Betriebs des Wärmegenerators erzeugt wird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird, einem Dampfkompressionskühler mit einem Kompressor (21), einem Kühler (22), einem Verdampfapparat (24) und einer Druckverminderungseinrichtung (23), um Wärme von der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite zu übertragen, einem Wärmetauscher (30) zum Wärmeaustausch zwischen dem von dem Kompressor (21) ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr in den Kühler (22) und einem Wärmetauschmedium aus dem Wärmegenerator (11), und einem Bypasskanal (25) zum Leiten des Kältemittels vor 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 des Mediums mit dem aus dem Kompressor (21) ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittel und einem Wärmeabstrahlmodus zum Kühlen des Mediums mit dem Kältemittel und Abstrahlen der von dem Medium aufgenommenen Wärme über den Kühler (22) arbeitet, und während des Wärmeabstrahlmodus wenigstens ein Teil des aus dem Kühler (22) strömenden Kältemittels durch den Bypasskanal (25) geleitet wird.
  • Da hierdurch in dem Wärmetauscher (30) Wärme zwischen dem Wärmegenerator (11) und dem Dampfkompressionskühler ausgetauscht wird, ist es möglich, die Produktionskosten des Wärmeregelungssystems zu reduzieren.
  • Da der Wärmegenerator (11) zusätzlich zu der selbst erzeugten Wärme auch durch die durch den Dampfkompressionskühler abgegebene Abwärme erwärmt wird, ist es möglich, die Aufwärmzeit im Vergleich zu einem Fall, bei welchem der Aufwärmvorgang allein durch die selbst erzeugte Wärme ausgeführt wird, zu verkürzen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung leitet der Bypasskanal (25) bevorzugt hauptsächlich eine flüssige Komponente des Kältemittels vor der Zufuhr in den Verdampfapparat (24) zu dem Wärmetauscher (30).
  • Da hierdurch das flüssige Kältemittel in dem Wärmetauscher (30) verdampft werden kann, ist es möglich, die Abwärme des Wärmegenerators (11) als Verdampfungswärme zu sammeln und selbige als Kondensationswärme auszugeben. D.h. die Abwärme des Wärmegenerators (11) wird effektiv gesammelt und ausgegeben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung leitet der Bypasskanal (25) bevorzugt das aus dem Kühler (22) ausgegebene Kältemittel vor der Dekompression durch die Druckverminderungseinrichtung (23) zu dem Wärmetauscher (30).
  • Da hierdurch das flüssige Kältemittel hauptsächlich zu dem Wärmetauscher (30) geleitet wird, ist es möglich, die Abwärme von dem Wärmegenerator (11) effektiv zu sammeln und auszugeben.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Wärmeregelungssystem vorgesehen, mit einem Wärmegenerator (11), in welchem während des Betriebs des Wärmegenerators Wärme erzeugt wird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird, einem Dampfkompressionskühler mit einem Kompressor (21), einem Kühler (22), einem Verdampfapparat (24) und einer Druckverminderungseinrichtung (23) zum Übertragen der Wärme von der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite, einem Wärmetauscher (30) zum Wärmeaustausch zwischen einem aus dem Kompressor (21) ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr in den Kühler (22) und einem Wärmetauschmedium aus dem Wärmegenerator (30), und einem Kühler (26) zum Kühlen des in den Wärmetauscher (30) geleiteten Kältemittels, wobei das System in einem Heizmodus zum Heizen des Mediums mit dem aus dem Kompressor (21) ausgegebenen Hochtemperaturkältemittel und einem Wärmeabstrahlmodus zum Kühlen des Mediums mit dem Kältemittel und Abstrahlen der aus dem Medium über den Kühler (22) aufgenommenen Wärme arbeitet.
  • Da hierdurch die Wärme zwischen dem Wärmegenerator (11) und dem Dampfkompressionskühler in dem Wärmetauscher (30) ausgetauscht wird, ist es möglich, die Produktionskosten des Wärmeregelungssystems zu verringern.
  • Da der Wärmegenerator (11) zusätzlich zu der selbst erzeugten Wärme auch durch die von dem Dampfkompressionskühler abgegebene Abwärme erwärmt wird, ist es möglich, die Aufwärmzeit im Vergleich zu einem Fall, in welchem das Aufwärmen allein durch die selbst erzeugte Wärme ausgeführt wird, zu verkürzen.
  • Da das in den Wärmetauscher (30) geleitete Kältemittel auch gekühlt wird, ist es möglich, die Wärmetauschrate in dem Wärmetauscher (30) während des Wärmeabstrahlmodus zu erhöhen.
  • Da das in den Wärmetauscher (30) geleitete Kältemittel auch durch Kühlen des Kältemittels kondensiert wird, ist es möglich, das flüssige Kältemittel in den Wärmetauscher (30) zu leiten, um die Abwärme des Wärmegenerators (11) effektiv zu sammeln und auszugeben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das System ferner eine Einrichtung (31) zum Steuern des Wärmeaustausches zwischen dem Medium und dem Kältemittel in dem Wärmetauscher (30) auf.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet die Einrichtung (31) zum Steuern des Wärmeaustausches bevorzugt im Heizmodus, wenn die Temperatur des Wärmegenerators (11) niedriger als eine erste vorbestimmten Temperatur ist, arbeitet im Wärmeabstrahlmodus, wenn die Temperatur des Wärmegenerators (11) bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur über der ersten vorbestimmten Temperatur oder höher ist, und arbeitet in einem Normalmodus, wenn die Temperatur des Wärmegenerators (11) in einem Bereich zwischen der ersten vorbestimmten Temperatur und der zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, in welchem der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und dem Kältemittel gestoppt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Wärmegenerator (11) vorzugsweise eine Wärmekraftmaschine.
  • In diesem Zusammenhang zeigen die Bezugsziffern der jeweiligen Einrichtungen in Klammern die Beziehung zu konkret beschriebenen Einrichtungen in den später beschriebenen Ausführungsbeispielen.
    •
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Wärmeregelungssystems für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Wärmeregelungssystems für ein Fahrzeug in einem Heizmodus;
  • 3 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Wärmeregelungssystems für ein Fahrzeug in einem Wärmeabstrahlmodus;
  • 4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Wärmeregelungssystems für ein Fahrzeug in einem Normalmodus;
  • 5 ist ein Flussdiagramm der Funktionsweise des Wärmeregelungssystems für ein Fahrzeug;
  • 6 ist eine schematische Darstellung eines Wärmeregelungssystems für ein Fahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 7 ist eine Darstellung einer Anordnung eines Wärmetauschers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor angewendet, wobei 1 eine schematische Darstellung eines Wärmeregelungssystems für ein Fahrzeug gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist.
  • Ein Motor 11 ist ein Wärmegenerator zum Erzeugen einer Leistung zum Fahren eines Fahrzeugs, und ein Kühler 12 ist ein Wärmetauscher zum Kühlen von Motorkühlwasser durch den Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Motor 11 strömenden Motorkühlwasser und Außenluft.
  • Ein Thermostat 13 ist ein Strömungsregelventil zum Regulieren einer Strömungsrate des zu dem Kühler 12 geleiteten Motorkühlwassers durch Regulieren einer Strömungsrate des durch einen Bypasskanal 12a strömenden Motorkühlwassers zum Rückführen des aus dem Motor 11 ausströmenden Motorkühlwassers an dem Kühler 12 vorbei. Daher ist eine Temperatursteuervorrichtung aus dem Thermostat 13 und dem Kühler 12 zum Halten einer Temperatur des Motors 11, d.h. einer Temperatur des Motorkühlwassers in einem vorbestimmten Bereich (zum Beispiel von 80°C bis 110°C) aufgebaut.
  • Eine Heizvorrichtung 14 ist eine Heizeinrichtung zum Heizen von in eine Fahrgastzelle geleiteter Luft, wobei Abwärme des Motors 11 als Wärmequelle verwendet wird, und ein Motorkühlwasserkreis 10 ist aus dem Motor 11, dem Kühler 12, dem Thermostat 13 und der Heizvorrichtung 14 aufgebaut. In diesem Zusammenhang wird eine Pumpe 15 zum Zirkulieren des Motorkühlwassers verwendet, welche in diesem Ausführungsbeispiel basierend auf einer von dem Motor 11 erhaltenen Energie arbeitet.
  • Ein Kompressor 21 wird zum Ansaugen und Komprimieren des Kältemittels verwendet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel basierend auf einer von dem Motor 11 über eine Kraftübertragungsvorrichtung zum intermittierenden Übertragen der Kraft, wie beispielsweise eine Magnetkupplung, erhaltenen Energie arbeitet.
  • Ein Kühler 22 ist ein Hochtemperatur-Wärmetauscher zum Kühlen des aus dem Kompressor 21 ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittels durch den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Außenluft. In diesem Ausführungsbeispiel wird, da Chlorfluorkohlenwasserstoff (R134a) als Kältemittel verwendet wird, das Kältemittel in dem Kühler 22 gekühlt und kondensiert, um dessen Enthalpie zu verringern.
  • Diesbezüglich wird, wenn Kohlendioxid oder dergleichen als Kältemittel verwendet wird und der Ausgabedruck des Kompressors 21 höher als der kritische Druck ist, das Kältemittel in dem Kühler 22 nicht kondensiert, sondern die Temperatur wird verringert, um dessen Enthalpie zu reduzieren.
  • Ein Druckverminderer 23 ist eine Einrichtung zum Dekomprimieren des aus dem Kühler 22 ausgegebenen Hochdruck-Kältemittels, und in diesem Ausführungsbeispiel wird ein so genanntes thermostatisches Expansionsventil zum Steuern eines Öffnungsgrades einer Drosselvorrichtung derart, dass ein Überhitzungsgrad des Kältemittels auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, eingesetzt.
  • Ein Verdampfapparat 24 ist ein Niederdruck-Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem dekomprimierten Niederdruck-Kältemittel und in die Fahrgastzelle geblasener Luft und Verdampfen des flüssigen Kältemittels. Durch diesen Verdampfapparat 24 wird die in die Fahrgastzelle geblasene Luft gekühlt. So bilden der Kompressor 21, der Kühler 22, der Verdampfapparat 24 und der Druckverminderer 23 einen Dampfkompressionskühler 20 zum Übertragen der Wärme von der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite.
  • Ein Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 ist ein Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr in den Kühler und dem in dem Motorkühlwasserkreis zirkulierenden Motorkühlwasser, und in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Motorkühlwassereintrittsseite des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 30 mit dem Bypasskanal 12a in dem Motorkühlwasserkreis 10 verbunden, und eine Motorkühlwasserauslassseite des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 30 ist mit einer Motorkühlwassereinlassseite des Wasser/Kältemittel-Wärmetauschers 30 verbunden.
  • Ein Wegeventil 31 ist eine Einrichtung zum Steuern einer Wärmeaustauschrate zwischen dem Motorkühlwasser und dem Kältemittel in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 durch Regulieren einer Menge des zu dem Wasser/Kältemittel- Wärmetauscher 30 geleiteten Motorkühlwassers, und der Betrieb des Wegeventils 31 wird basierend auf der Temperatur des Motors 11, d.h. der Temperatur des von dem Motor 11 ausgegebenen Motorkühlwassers durch eine elektronische Steuerung (nicht dargestellt) gesteuert.
  • Ein Bypasskanal 25 ist ein Kanal zum Leiten des Kältemittels vor der Zufuhr in den Verdampfapparat 24 zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 an dem Verdampfapparat 24 und dem Kompressor 21 vorbei, und ein Bypassventil 25a ist ein Ventil zum Regeln des Bypasskanals 25 und wird durch die elektronische Steuerung so gesteuert, dass es mit dem Wegeventil 31 zusammenwirkt.
  • Als nächstes werden ein charakteristischer Betriebsmodus und eine Wirkung des Fahrzeug-Wärmeregelungssystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • 1. Heizmodus (Startmodus)
  • Dieser Modus wird ausgeführt, wenn die Temperatur des Motors 11, d.h. die Temperatur Tw des von dem Motor 11 ausgegebenen Motorkühlwassers niedriger als eine erste vorbestimmten Temperatur (zum Beispiel 70°C) ist, d.h. wenn die Temperatur des Motors 11 niedriger als die Untergrenze ist und das Aufwärmen des Motors notwendig ist.
  • Konkret wird der Kompressor 21 betrieben, wobei das Kühlwasser durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 unter dem Zustand zirkuliert, dass das Bypassventil 25a geschlossen ist. 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 Wärme in dem von dem Kompressor 21 ausgegebenen heißen Kältemittel an das Motorkühlwasser abgegeben.
  • Da demgemäß der Motor 11 durch die von dem Dampfkompressionskühler 20 abgegebene Abwärme zusätzlich zu der selbst erzeugten Wärme erwärmt wird, ist es möglich, die Aufwärmzeit im Vergleich zu einem Fall, in welchem das Aufwärmen allein mit der selbst erzeugten Wärme ausgeführt wird, zu verkürzen.
  • Da das Kältemittel in dem Kompressor 21 intermittierend komprimiert wird, wird die Temperatur des von dem Kompressor 21 ausgegebenen Kältemittels im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Start des Kompressors 21 hoch (zum Beispiel in einem Bereich von 60 bis 70°C). Hierdurch ist es möglich, das Motorkühlwasser mit dem aus dem Kompressor 21 ausgegebenen Kältemittel selbst unmittelbar nach dem Start des Motors 11, d.h. unmittelbar nach dem Start des Kompressors 21 sicher zu erwärmen.
  • Diesbezüglich wird, da der endotherme Betrieb in dem Verdampfapparat 24 stattfindet, der Heizmodus durch den Betrieb der Klimaanlage natürlich im Sommer, der das Kühlen benötigt, sowie im Winter, der die entfeuchtete Klimatisierung benötigt, realisiert.
  • 2. Wärmeabstrahlmodus (Kühlassistenzmodus)
  • Dieser Modus wird ausgeführt, wenn die Temperatur Tw des Motorkühlwassers höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist (zum Beispiel 108°C), welche höher als die Obergrenze des ersten Temperaturbereichs ist, d.h. wenn die Temperatur des Motors 11 die Obergrenze des oben genannten Temperaturbereichs übersteigt und daher ein Risiko existiert, dass es schwierig ist, den Motor 11 allein durch den Kühler 12 zu kühlen.
  • Konkret wird der Kompressor 21 in dem Zustand betrieben, dass das Bypassventil 25a geöffnet ist, um das Kühlwasser durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zu zirkulieren. Wie in 3 dargestellt, zirkuliert hierdurch das aus dem Kompressor 21 ausgegebene Kältemittel in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 → dem Kühler 22 → dem Druckverminderer 23 → dem Verdampfapparat 24 → dem Kompressor 21, und das durch den Bypasskanal 25 abgezweigte Kältemittel wird in einen von dem Kompressor 21 ausgegebenen Kältemittelstrom gesaugt, um durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 → den Kühler 22 → den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zu zirkulieren.
  • Demgemäß wird von dem Motorkühlwasser in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 an das Kältemitte abgegebene Wärme von dem Kühler 22 zusammen mit der durch den Verdampfapparat 24 aufgenommenen Wärme an die Außenluft abgegeben.
  • Da hierdurch die Kühlleistung des Kühlers 12 durch den Kühler 22 ergänzt werden kann, ist es möglich, den Kühler 12 in der Größe zu minimieren, ohne die Kühlleistung zu verringern.
  • Da der Kühler 22 in der Strömungsrichtung des Kühlluftstroms stromauf des Kühlers 12 angeordnet ist, wird die Temperaturdifferenz zwischen dem durch das Motorkühlwasser erwärmten Kühlwasser und der Außenluft (Kühlluff) auch größer, um den Motor, d.h. das Motorkühlwasser effektiv zu kühlen.
  • Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Bypasskanal 24 mit der in der Kältemittelströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite des Druckverminderers 23 verbunden ist, ist es auch möglich, das flüssige Kältemittel hauptsächlich durch den Bypasskanal 25 zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuzuführen.
  • Da es demgemäß möglich ist, das flüssige Kältemittel in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zu verdampfen, kann die Abwärme des Motors 11 als Verdampfungswärme gesammelt und ausgegeben werden. Hierdurch ist es möglich, die Abwärme des Motors 11 zu sammeln und daraus auszugeben.
  • 3. Normalmodus
  • Dieser Modus wird ausgeführt, wenn die Temperatur Tw des Motorkühlwassers in einem Bereich zwischen der ersten vorbestimmten Temperatur Tw und der zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, d.h. wenn sich der Motor innerhalb des oben genannten Temperaturbereichs befindet. Konkret wird der Kompressor 21 ohne Zirkulieren des Kühlwassers durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 betrieben, wobei das Bypassventil 25a geschlossen ist.
  • Wie in 4 dargestellt, kühlt das aus dem Kompressor 21 ausgegebene Kältemittel hierdurch die in die 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 zirkuliert und der Motorkühlwasserkreis 10 und der Dampfkompressionskühler 20 thermisch voneinander getrennt sind.
  • Als nächstes wird die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels basierend auf einem in 5 dargestellten Flussdiagramm beschrieben.
  • Wenn der Motor 11 startet, wird die Temperatur des Motors 11, d.h. die Temperatur Tw des von dem Motor 11 ausgegebenen Motorkühlwassers gelesen, und gleichzeitig hierzu wird bestimmt, ob ein Startschalter der Klimaanlage (der Dampfkompressionskühler 20) eingeschaltet ist oder nicht, d.h. ob der Dampfkompressionskühler 20 (der Kompressor 21) in einem Betriebszustand ist oder nicht (S1, S2). Falls der Startschalter eingeschaltet ist, wird bestimmt, ob die Temperatur Tw niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur Tw1 ist oder nicht. Falls die Temperatur Tw niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur Tw1 ist, wird der Heizmodus (Startmodus) ausgeführt (S4, S5).
  • Wenn die Temperatur Tw in einem Bereich zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur liegt, wird der Normalmodus ausgeführt (S6–S8) und, wenn die Temperatur Tw höher als die zweite vorbestimmte Temperatur Tw2 ist, wird der Wärmeabstrahlmodus (Kühlassistenzmodus) ausgeführt (S9, S10).
  • In diesem Zusammenhang wird, wenn der Startschalter ausgeschaltet ist, das Bypassventil 25a geschlossen, um die Zirkulation des Kühlwassers durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zu stoppen (S11, S12), sodass der Motorkühlwasserkreis 10 von dem Dampfkompressionskühler 20 thermisch getrennt ist.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Im ersten Ausführungsbeispiel wird das flüssige Kältemittel durch Verbinden des Bypasskanals 25 mit einer Stelle stromauf des 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 ein Kühler 26 zum Kühlen des Kältemittels durch den Wärmeaustausch zwischen dem zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 geleiteten Kältemittel und Außenluft vorgesehen.
  • Da hierdurch das in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zugeführte Kältemittel gekühlt wird, ist es möglich, die Wärmetauschrate in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zu erhöhen.
  • Da das in den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zugeführte Kältemittel auch gekühlt und kondensiert wird, ist es möglich, das flüssige Kältemittel zu dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zuzuführen, selbst wenn auf den Bypasskanal 25 verzichtet wird.
  • Da demgemäß das flüssige Kältemittel im Wärmeabstrahlmodus in dem Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 verdampft wird, ist es möglich, die Abwärme von dem Motor 11 als Verdampfungswärme zu sammeln und die gesammelte Abwärme als Kondensationswärme auszugeben. Ferner ist es möglich, die Abwärme von dem Motor 11 effektiv zu sammeln und die gesammelte Abwärme auszugeben.
  • In diesem Zusammenhang ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wobei ein weiterer Wärmetauscher für die Wärmeabstrahlung notwendig ist, möglich, die Verschlechterung der Leistung des Fahrzeugs zur Montage des Wärmetauschers für die Wärmeabstrahlung zu vermeiden, da der Kühler 12 klein sein kann und parallel zu einem Luftstrom zusammen mit dem Kühler 26 angeordnet ist, wie in 7 dargestellt.
  • Während der Kühler 26 in 7 unter dem Kühler 12 angeordnet ist, sollte dieses Ausführungsbeispiel nicht darauf beschränkt sein, sondern der Kühler 26 kann auch über dem Kühler 12 angeordnet sein.
  • Da das Kältemittel im Normalmodus durch den Kühler 26 zusätzlich zu dem Kühler 22 gekühlt werden kann, indem der Kühler in Strömungsrichtung der Kühlluft stromab des Kühlers 22 oder parallel zu der Strömungsrichtung der Kühlluft angeordnet ist, ist es möglich, die Wärmeabstrahlleistung des Dampfkompressionskühlers 20 zu verbessern und den Energieverbrauch in dem Kompressor 21 zu reduzieren.
  • (Weitere Ausführungsbeispiele)
  • In den obigen Ausführungsbeispielen ist das Wegeventil 31 zum positiven Steuern der drei Modi basierend auf der Temperatur Tw vorgesehen. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein, sondern auf das Wegeventil 31 kann auch verzichtet werden, sodass das Kältemittel und das Motorkühlwasser immer durch den Wasser/Kältemittel-Wärmetauscher 30 zirkulieren. Auch in einem solchen Fall kann einer der drei Modi automatisch entsprechend dem Temperaturunterschied zwischen dem Kältemittel und dem Motorkühlwasser ausgewählt werden. In diesem Zusammenhang ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel notwendig, das Bypassventil 25a entsprechend dem Temperaturunterschied zwischen dem Kältemittel und dem Motorkühlwasser zu steuern.
  • In dem obigen Ausführungsbeispiel ist 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 vorgesehen sein, um einen der drei Modi auszuwählen. Diesbezüglich ist die Funktionsweise die gleiche wie in dem obigen Ausführungsbeispiel.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen wurde die vorliegende Erfindung basierend auf dem Verbrennungsmotor, welcher während des Betriebs Wärme erzeugt und in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten werden muss, beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht darauf beschränkt sein, sondern kann auch auf eine Brennstoffzelle, eine Batterie, einen Elektromotor oder eine elektrische Schaltung wie beispielsweise eine Wechselrichterschaltung angewendet werden, welche während des Betriebs Wärme erzeugt.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen wird das Motorkühlwasser als Medium eingesetzt. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein, sondern das Medium kann auch Motoröl oder Automatikgetriebefluid sein.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen wird das Wegeventil 31 elektrisch gesteuert. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein, sondern das Ventil 31 kann auch mechanisch mittels zum Beispiel der Volumenänderung von Wachsmaterial oder dergleichen betrieben werden.
  • Auch kann der Dampfkompressionskühler 20 unter Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel und Halten des Ausgabedrucks des Kompressors 21 auf dem kritischen Druck des Kältemittels oder höher betrieben werden.
  • In den obigen Ausführungsbeispielen wird das Expansionsventil als Druckverminderungseinrichtung verwendet. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein, sondern der Druck kann auch durch eine feste Drosselvorrichtung wie beispielsweise ein Kapillarrohr oder durch isentropes Reduzieren des Drucks des Kältemittels in einer Düse oder einer Erweiterung reduziert werden.
  • Auch werden der Heizmodus und der Wärmeabstrahlmodus in den obigen Ausführungsbeispielen ausgeführt, wenn der Startschalter der Klimaanlage eingeschaltet ist. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein, sondern der Heizmodus und der Wärmeabstrahlmodus können auch ohne Bezug auf einen Zustand des Startschalters der Klimaanlage ausgeführt werden, sondern können gleichzeitig mit dem Start des Motors 11 basierend auf der Wassertemperatur Tw ausgeführt werden.

Claims (10)

  1. Wärmeregelungssystem, mit einem Wärmegenerator, in welchem während des Betriebs Wärme erzeugt wird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird; einem Dampfkompressionskühler mit einem Kompressor, einem Kühler, einem Verdampfapparat und einer Druckverminderungseinrichtung, um Wärme von der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite zu übertragen; einem Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch zwischen einem von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr in den Kühler und einem Wärmetauschmedium aus dem Wärmegenerator; und einem Bypasskanal zum Leiten des Kältemittels vor der Zufuhr in den Verdampfapparat zu dem Wärmetauscher an dem Verdampfapparat und dem Kompressor vorbei, dadurch gekennzeichnet, dass das System in einem Heizmodus zum Heizen des Mediums mit dem aus dem Kompressor ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittel sowie einem Wärmeabstrahlmodus zum Kühlen des Mediums mit dem Kältemittel und Abstrahlen der aus dem Medium aufgenommenen Wärme über den Kühler arbeitet; und dass während des Wärmeabstrahlmodus wenigstens ein Teil des aus dem Kühler ausströmenden Kältemittels durch den Bypasskanal geleitet wird.
  2. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Bypasskanal hauptsächlich eine flüssige Komponente des Kältemittels vor der Zufuhr in den Verdampfapparat zu dem Wärmetauscher leitet.
  3. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Bypasskanal das aus dem Kühler ausgegebene Kältemittel vor der Dekompression durch die Druckverminderungseinrichtung zu dem Wärmetauscher leitet.
  4. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 1, bei welchem das System ferner eine Einrichtung zum Steuern des Wärmeaustausches zwischen dem Medium und dem Kältemittel in dem Wärmetauscher aufweist.
  5. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 4, bei welchem die Einrichtung zum Steuern des Wärmeaustausches im Heizmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators niedriger als eine erste vorbestimmte Temperatur ist, im Wärmeabstrahlmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators eine zweite vorbestimmte Temperatur über der ersten vorbestimmten Temperatur oder höher ist, und in einem Normalmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators in einem Bereich zwischen der ersten vorbestimmten Temperatur und der zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, in welchem der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und dem Kältemittel gestoppt wird.
  6. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 1, bei welchem der Wärmegenerator eine Wärmekraftmaschine ist.
  7. Wärmeregelungssystem, mit einem Wärmegenerator, in welchem während des Betriebs Wärme erzeugt wird und eine Temperatur notwendigerweise in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird; einem Dampfkompressionskühler mit einem Kompressor, einem Kühler, einem Verdampfapparat und einer Druckverminderungseinrichtung, um Wärme von der Niedertemperaturseite zu der Hochtemperaturseite zu übertragen; einem Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen einem von dem Kompressor ausgegebenen Kältemittel vor der Zufuhr in den Kühler und einem Wärmetauschmedium aus dem Wärmegenerator; und einem Kühler zum Kühlen des in den Wärmetauscher geleiteten Kältemittels, dadurch gekennzeichnet, dass das System in einem Heizmodus zum Heizen des Mediums mit dem aus dem Kompressor ausgegebenen Hochtemperatur-Kältemittel und in einem Wärmeabstrahlmodus zum Kühlen des Mediums mit dem Kältemittel und Abstrahlen der aus dem Medium aufgenommenen Wärme über den Kühler arbeitet.
  8. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 7, bei welchem das System ferner eine Einrichtung zum Steuern des Wärmeaustausches zwischen dem Medium und dem Kältemittel in dem Wärmetauscher aufweist.
  9. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 8, bei welchem die Einrichtung zum Steuern des Wärmeaustausches im Heizmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators niedriger als eine erste vorbestimmte Temperatur ist, im Wärmeabstrahlmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators eine zweite vorbestimmte Temperatur über der ersten vorbestimmten Temperatur oder hoher ist, und in einem Normalmodus arbeitet, wenn die Temperatur des Wärmegenerators in einem Bereich zwischen der ersten vorbestimmten Temperatur und der zweiten vorbestimmten Temperatur liegt, in welchem der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und dem Kältemittel gestoppt wird.
  10. Wärmeregelungssystem nach Anspruch 7, bei welchem der Wärmegenerator eine Wärmekraftmaschine ist.
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