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DE102007009003A1 - Abwärmenutzungsvorrichtung und Steuerverfahren dafür - Google Patents

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DE102007009003A1
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DE
Germany
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compressor
rankine cycle
waste heat
refrigerant
control
Prior art date
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Application number
DE102007009003A
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English (en)
Inventor
Atsushi Kariya Inaba
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.)
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Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
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Abstract

Eine Abwärmenutzungsvorrichtung enthält einen Kühlkreis (200) mit einem Kompressor (210, 210A), einen Clausius-Rankine-Kreis (300), der einen Kondensator (220) gemeinsam mit dem Kühlkreis (200) benutzt, und eine Steuereinheit (500), die einen Betrieb des Kühlkreises (200) und des Clausius-Rankine-Kreises (300) steuert. Die Steuereinheit führt eine Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises durch, in welcher der Clausius-Rankine-Kreis unabhängig von einem Betriebszustand des Kompressors fortlaufend betrieben wird, wenn eine Last des Kühlkreises niedriger als eine vorbestimmte Last ist. Im Gegensatz dazu führt die Steuereinheit eine intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durch, in welcher der Clausius-Rankine-Kreis entsprechend dem Betriebszustand des Kompressors so intermittierend betrieben wird, dass die durch die Expansionseinheit zurückgewonnene mechanische Energie größer als eine Antriebsenergie des Kompressors ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abwärmenutzungsvorrichtung und ein Steuerverfahren dafür. Zum Beispiel gewinnt die Abwärmenutzungsvorrichtung Energie durch Nutzen von Abwärme einer wärmeerzeugenden Einheit zurück und kann in geeigneter Weise für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor verwendet werden.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Abwärmenutzungsvorrichtung ist zum Beispiel in der JP-A-2005-307951 (entspricht der US 2005/0235670 A1) beschrieben. Die Abwärmenutzungsvorrichtung enthält einen Kühlkreis zur Klimatisierung und einen Clausius-Rankine-Kreis, der Abwärme von einer wärmeerzeugenden Einheit, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, zurückgewinnt. Der Kühlkreis enthält einen Kompressor, der durch eine Energie des Motors angetrieben wird, um ein Kältemittel zu komprimieren und auszugeben, und der Clausius-Rankine-Kreis enthält eine Expansionseinheit, die durch eine Expansion des durch die Abwärme erwärmten Kältemittels betätigt wird. Die Abwärme wird von der wärmeerzeugenden Einheit erzeugt und wird während eines Kühlbetriebs der wärmeerzeugenden Einheit erhalten. Ferner ist der Clausius-Rankine-Kreis so konstruiert, dass er einen Kondensator (Kühler) gemeinsam mit dem Kühlkreis benutzt.
  • Ferner werden ein alleiniger Betrieb (Einzelbetrieb) des Kühlkreises, ein alleiniger Betrieb (Einzelbetrieb) des Clausius-Rankine-Kreises und ein gleichzeitiger Betrieb (Kombinationsbetrieb) des Kühlkreises und des Clausius-Rankine-Kreises entsprechend einer Klimatisierungsnotwendigkeit, einer Wärmerückgewinnungsmöglichkeit der Abwärme, usw. wahlweise durchgeführt.
  • Falls jedoch eine Kühllast im Kühlkreis im Sommer groß ist, kann, wenn der Kühlkreis und der Clausius-Rankine-Kreis in der Abwärmenutzungsvorrichtung gleichzeitig betrieben werden, ein Energieverlust im gesamten Kreis der Abwärmenutzungs vorrichtung bewirkt werden, selbst wenn die Abwärme im Clausius-Rankine-Kreis zurückgewonnen wird. Die Probleme werden im Detail wie folgt basierend auf den durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung durchgeführten Experimenten beschrieben.
  • 12 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Kühllast des Kühlkreises und einer Antriebsleistung des Kompressors, wenn nur der Kühlkreis betrieben wird (Einzelbetrieb), und 13 ist ein Mollier-Diagramm (p-h-Diagramm) des in 12 verwendeten Kühlkreises. In 13 ist DP die Antriebsleistung des Kompressors. Als nächstes ist 14 ein Diagramm einer Beziehung zwischen der Kühllast des Kühlkreises und der Antriebsleistung des Kompressors, wenn der Kühlkreis und der Clausius-Rankine-Kreis beide gleichzeitig betrieben werden (Kombinationsbetrieb), zusätzlich zum Einzelbetrieb von 12.
  • Wie in 14 dargestellt, wird die Antriebsleistung des Kompressors im Kombinationsbetrieb im Vergleich zum Einzelbetrieb des Kühlkreises sehr hoch, weil Wärme vom Kühlkreis und Wärme vom Clausius-Rankine-Kreis in den gemeinsamen Kondensator eingeleitet werden. Daher wird im Kombinationsbetrieb sowohl des Kühlkreises als auch des Clausius-Rankine-Kreises der Kondensationsdruck des Kondensators im Vergleich zum Einzelbetrieb des Kühlkreises höher, wie in 15 dargestellt. In 15 zeigt CP den Anstieg des Kondensationsdrucks im Kombinationsbetrieb im Vergleich zum Einzelbetrieb an, E0 zeigt die Ausgangsleistung der Expansionseinheit im Kombinationsbetrieb an, und DP1 zeigt die Leistungsverschlechterung im Kompressor im Vergleich zum Einzelbetrieb an.
  • Ein Kompressionsverhältnis (d.h. ein Verhältnis des Ausgabedrucks zum Ansaugdruck) des Kompressors wird höher, wenn der Kondensationsdruck CP steigt, wodurch die Antriebsleistung des Kompressors ansteigt. 16 zeigt die Antriebsenergie E1 zum Antreiben des Kompressors und die im Clausius-Rankine-Kreis zurückgewonnene Rückgewinnungsenergie E2 entsprechend einer Veränderung der Kühllast während des Kombinationsbetriebs. In 16 zeigt Z den Gleichgewichtspunkt zwischen der Antriebsenergie E1 und der Rückgewinnungsenergie E2 an, und die Kühllast wird allgemein mit steigender Außenlufttemperatur größer. Wie in 16 dargestellt, wird im Kombinationsbetrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung, selbst wenn die Energie im Clausius-Rankine-Kreis zurückgewonnen wird, die Energiebilanz zwischen der Rückgewinnungsenergie E2 und der Antriebsenergie E1 negativ, wenn die Kühllast größer als ein vorbestimmter Wert ist, wodurch der Kraftstoffverbrauch im Motor verschlechtert wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In Anbetracht der obigen Probleme ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abwärmenutzungsvorrichtung vorzusehen, welche die Energiebilanz unabhängig von der Kühllast eines Kühlkreises in einem Kombinationsbetrieb, wenn der Kühlkreis und ein Clausius-Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, immer positiv regeln kann.
  • Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren zum Steuern einer Abwärmenutzungsvorrichtung vorzusehen, welche die Energiebilanz unabhängig von der Kühllast eines Kühlkreises in einem Kombinationsbetrieb, wenn der Kühlkreis und ein Clausius-Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, immer positiv regeln kann.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Abwärmenutzungsvorrichtung einen Kühlkreis, einen Clausius-Rankine-Kreis und eine Steuereinheit, welche den Betrieb des Kühlkreises und des Clausius-Rankine-Kreises steuert. Der Kühlkreis enthält einen Kompressor, der ein von einer Seite eines Verdampfapparats zum Kühlen von Luft strömendes Niederdruckkältemittel ansaugt, das angesaugte Kältemittel auf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck komprimiert und das komprimierte Kältemittel zu einem Kondensator ausgibt, in dem das Kältemittel gekühlt und kondensiert wird. Der Clausius-Rankine-Kreis benutzt den Kondensator gemeinsam mit dem Kühlkreis und enthält eine Pumpe zum Pumpen und Fördern des Kältemittels und eine Expansionseinheit, die das durch die Pumpe geförderte und durch Abwärme von einer wärmeerzeugenden Einheit erwärmte Kältemittel ausdehnt, um so eine mechanische Energie zurückzugewinnen.
  • In der Abwärmenutzungsvorrichtung führt die Steuereinheit eine Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises durch, in welcher der Clausius-Rankine-Kreis unabhängig von einem Betriebszustand des Kompressors fortlaufend betrieben wird, wenn eine Last des Kühlkreises niedriger als eine vorbestimmte Last ist. Dagegen führt die Steuereinheit eine intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durch, bei welcher der Clausius-Rankine-Kreis entsprechend dem Betriebszustand des Kompressors intermittierend so betrieben wird, dass die durch die Expansionseinheit zurückgewonnene mechanische Energie größer als eine Antriebsenergie des Kompressors ist. Demgemäß kann in einem Fall, wenn die Last des Kühlkreises niedriger als die vorbestimmte Last ist, weil die durch den Clausius-Rankine-Kreis zurückgewonnene mechanische Energie größer als die Antriebsenergie des Kompressors ist, die Energiebilanz zwischen der zurückgewonnenen mechanischen Energie und der Antriebsenergie des Kompressors positiv gemacht werden, während der Clausius-Rankine-Kreis fortlaufend betrieben wird. Als Ergebnis kann die Abwärme der wärmeerzeugenden Einheit effektiv genutzt werden. Ferner kann in einem Fall, wenn die Last des Kühlkreises höher als die vorbestimmte Last ist, durch Durchführen der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises verhindert werden, dass die von der Expansionseinheit zurückgewonnene mechanische Energie niedriger als die Antriebsenergie des Kompressors ist. Als Ergebnis kann die Energiebilanz zwischen der zurückgewonnenen mechanischen Energie und der Antriebsenergie des Kompressors positiv gemacht werden, und die Abwärme der wärmeerzeugenden Einheit kann effektiv genutzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Steuerverfahren einer Abwärmenutzungsvorrichtung einen Schritt des Durchführens einer Dauerbetriebssteuerung eines Clausius-Rankine-Kreises, bei welcher der Clausius-Rankine-Kreis unabhängig von einem Betriebszustand eines Kompressors eines Kühlkreises fortlaufend betrieben wird, wenn eine Last des Kühlkreises niedriger als eine vorbestimmte Last ist; und einen Schritt des Durchführens einer intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises, bei welcher der Clausius-Rankine-Kreis entsprechend dem Betriebszustand des Kompressors intermittierend so betrieben wird, dass die von einer Expansionseinheit zurückgewonnene mechanische Energie größer eine Antriebsenergie des Kompressors ist. Demgemäß kann die Energiebilanz unabhängig von der Last des Kühlkreises selbst in einem Kombinationsbetrieb, wenn der Kühlkreis und der Clausius-Rankine-Kreis beide gleichzeitig betrieben werden, immer positiv gemacht werden, und die Abwärme von der wärmeerzeugenden Einheit kann effektiv zurückgewonnen werden.
  • Zum Beispiel kann in der Abwärmenutzungsvorrichtung und in dem Steuerverfahren dafür die Steuereinheit einen intermittierenden Betrieb des Kompressors durchführen, bei dem der Kompressor intermittierend betrieben wird, wenn die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt wird. In diesem Fall führt die Steuereinheit die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises in einem umgekehrten Betriebszustand zum intermittierenden Betrieb des Kompressors durch. Der Kompressor kann ein Kompressor mit fester Verdrängung sein, der von einer Antriebsquelle angetrieben wird und eine vorbestimmte Ausgabekapazität je Drehung besitzt. In diesem Fall führt die Steuereinheit den intermittierenden Betrieb des Kompressors durch Schalten einer mit der Antriebsquelle verbundenen Kupplung oder Ein- oder Ausschalten der Antriebsquelle durch. Alternativ kann der Kompressor ein Kompressor mit variabler Verdrängung sein, bei dem die Ausgabekapazität je Drehung einstellbar ist. In diesem Fall führt die Steuereinheit den intermittierenden Betrieb des Kompressors durch Schalten der Ausgabekapazität zwischen einer ersten Kapazität und einer zweiten Kapazität größer als die erste Kapazität durch.
  • Die Last des Kühlkreises kann unter Verwendung einer Außenlufttemperatur bestimmt werden oder kann durch Kombinieren von Informationen zum Steuern der wärmeerzeugenden Einheit und Informationen zum Steuern des Kühlkreises bestimmt werden. Ferner können die Informationen zum Steuern der wärmeerzeugenden Einheit wenigstens eines Größe einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Drehzahl eines als die wärmeerzeugende Einheit verwendeten Verbrennungsmotors, einer Außenlufttemperatur, einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors sein. Die Informationen zum Steuern des Kühlkreises können wenigstens eine Größe einer Innentemperatur eines zu klimatisierenden Raums, einer in den Raum zu blasenden Soll-Lufttemperatur, einer durch den Verdampfapparat gekühlten Lufttemperatur, eines Kältemitteldrucks im Kühlkreis sein. Alternativ kann die Last des Kühlkreises durch Verwenden von Informationen zum Steuern des Kühlkreises bestimmt werden, welche wenigstens eine Größe einer Innentemperatur eines zu klimatisierenden Raums, einer Außenlufttemperatur, einer in den Raum zu blasenden Soll-Lufttemperatur, einer durch den Verdampfapparat gekühlten Lufttemperatur, eines Kältemitteldrucks im Kühlkreis enthalten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Abwärmenutzungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Zeitdiagramm einer Beziehung zwischen einem Ein/Aus-Betrieb einer elektromagnetischen Kupplung und einer Kühllufttemperatur in einer Kühlkreissteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 3 ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses zum Durchführen eines Kombinationsbetriebs, wenn ein Kühlkreis und ein Clausius-Rankine-Kreis gleichzeitig durchgeführt werden, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 4 ein Zeitdiagramm einer Beziehung zwischen einem Betriebszustand des Clausius-Rankine-Kreises und einem Ein/Aus-Zustand einer elektromagnetischen Kupplung in einer Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises von 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 5 ein Zeitdiagramm einer Beziehung zwischen einem Ein/Aus-Zustand des Clausius-Rankine-Kreises und einem Ein/Aus-Zustand einer elektromagnetischen Kupplung in einer intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises von 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Abwärmenutzungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ein Zeitdiagramm einer Beziehung zwischen einer Kompressorausgabekapazität und einer Kühllufttemperatur in einer Kühlkreissteuerung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 8 ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses zum Durchführen eines Kombinationsbetriebs, wenn ein Kühlkreis und ein Clausius-Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 9 ein Zeitdiagramm einer Beziehung zwischen einer Kompressorausgabekapazität und einem Betriebszustand des Clausius-Rankine-Kreises in einer Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises von 8 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 10 ein Zeitdiagramm einer Beziehung zwischen einer Kompressorausgabekapazität, einem Betriebszustand des Clausius-Rankine-Kreises und einer Kühllufttemperatur in einer intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises in 8 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 11 ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses zum Durchführen eines Kombinationsbetriebs, wenn ein Kühlkreis und ein Clausius-Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 12 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Kompressorantriebsleistung und einer Kühllast in einem Kühlkreis zum Erläutern von Problemen bei einer anderen Bauform;
  • 13 ein Mollier-Diagramm eines Betriebs des in 12 verwendeten Kühlkreises;
  • 14 ein Diagramme einer Beziehung zwischen einer Kompressorantriebsleistung und einer Kühllast zum Erläutern von Problemen bei einer anderen Bauform in einem Kombinationsbetrieb, wenn der Kühlkreis und ein Clausius-Rankine-Kreis gleichzeitig betrieben werden;
  • 15 ein Mollier-Diagramm von Betriebszuständen im Kombinationsbetrieb von 14; und
  • 16 ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Energie E1 zum Antreiben eines Kompressors des Kühlkreises, einer im Clausius-Rankine-Kreis zurückgewonnenen Energie E2 und einer Kühllast im Kombinationsbetrieb von 15.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 1 bis 5 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Abwärmenutzungsvorrichtung 100 (Kreissystem) typischerweise für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 10 als Fahrzeugantriebsquelle benutzt. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 100 ist aus einem Kühlkreis 200, einem Clausius-Rankine-Kreis 300 mit einem Generator 321 und einer Steuereinheit 500 (500a, 500b, 500c, 500d) zum Steuern des Betriebs des Kühlkreises 200 und des Clausius-Rankine-Kreises 300 aufgebaut. Ein Teil der Komponenten des Kühlkreises 200 wird gemeinsam mit dem Clausius-Rankine-Kreis 300 benutzt.
  • Der Motor 10 ist ein wassergekühlter Verbrennungsmotor und ist ein Beispiel einer wärmeerzeugenden Einheit in diesem Ausführungsbeispiel. Wie in 1 dargestellt, sind ein Kühlerkreis 20 und ein Heizerkreis 30 für den Motor 10 vorgesehen. Der Motor 10 wird durch ein im Kühlerkreis 20 zirkulierendes Motorkühlwasser gekühlt, und Klimaluft wird unter Verwendung des Motorkühlwassers (heißes Wasser) als eine Wärmequelle im Heizerkreis 30 geheizt. Der Motor 10 ist mit einem Wechselstromgenerator 11 versehen, der durch die Antriebsenergie des Motors 10 durch einen Riemen 12 angetrieben wird, um so elektrische Energie zu erzeugen. Die durch den Wechselstromgenerator 11 erzeugte elektrische Energie wird in einer Batterie 40 geladen und einer elektrischen Last 41 des Fahrzeugs (z.B. Deckenbeleuchtung, Scheibenwischer, Audio) zugeführt.
  • Der Kühlerkreis 20 ist mit einem Kühler 21 versehen, der das durch eine Wasserpumpe 22 zirkulierte Motorkühlwasser durch Durchführen eines Wärmeaustausches mit Außenluft kühlt. Zum Beispiel ist die Wasserpumpe 22 eine durch den Motor 10 angetriebene mechanische Pumpe, die mit einem vorbestimmten Drehzahlverhältnis bezüglich einer Drehzahl des Motors 10 betrieben wird. Alternativ kann die Wasserpumpe 22 eine durch einen Elektromotor angetriebene elektrische Pumpe anstelle der mechanischen Pumpe sein.
  • Ein Wassertemperatursensor 25 zum Erfassen einer Wassertemperatur ist in einem Wasserauslasskanal des Motors 10 zwischen einem Wasserauslass des Motors 10 und dem Kühler 21 positioniert. Ein Heizer 310 des Clausius-Rankine-Kreises 300 ist ebenfalls im Wasserauslasskanal des Motors 10 im Kühlkreis 20 zwischen dem Wasserauslass des Motors 10 und dem Kühler 21 angeordnet. Ein durch den Wassertemperatursensor 25 erfasstes Temperatursignal wird einer Geräte-ECU 500a der Steuereinheit 500 ausgegeben. Das aus dem Motor 10 ausströmende Motorkühlwasser strömt durch den Heizer 310, um einen Wärmeaustausch mit einem Kältemittel durchzuführen, um so das Kältemittel zu heizen.
  • Der Kühlerkreis 20 ist mit einem Kühlerbypasspfad 23 versehen, durch den das Motorkühlwasser am Kühler 21 vorbeiströmt, und ein Thermostat 24 ist angeordnet, um eine Strömungsmenge des durch den Kühler 21 strömenden Kühlwassers und eine Strömungsmenge des durch den Kühlerbypasspfad 23 strömenden Kühlwassers einzustellen.
  • Der Heizerkreis 30 ist mit einem Heizerkern 31 versehen, sodass das Motorkühlwasser (heißes Wasser) im Heizerkreis 30 durch die Heißwasserpumpe 22 zirkuliert wird. Der Heizerkern 31 ist in einem Klimagehäuse 410 einer Klimaeinheit 400 angeordnet, um durch ein Gebläse 420 geblasene Luft mittels des Motorkühlwassers (heißes Wasser) als Heizquelle zu heizen. Eine Luftmischklappe 430 ist im Klimagehäuse 410 angeordnet, um eine Strömungsmenge der durch den Heizerkern 31 gelangenden Luft und eine Strömungsmenge der am Heizerkern 31 vorbeiströmenden Luft einzustellen.
  • Der Kühlkreis 200 enthält einen Kompressor 210, einen Kondensator (Kältemittelkühler) 220, eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230, eine Kältemittelunterkühlungseinheit 231, ein Expansionsventil 240 und einen Verdampfapparat 250, die in dieser Reihenfolge verbunden sind, um einen geschlossenen Kühlkreis zu bilden.
  • Der Kompressor 210 ist eine Fluidmaschine zum Komprimieren des Kältemittels auf einen hohen Druck und eine hohe Temperatur im Kühlkreis 200. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 210 ein Kompressor mit fester Verdrängung, bei dem eine Ausgabekältemittekapazität (Verdrängung) je Drehung eine vorbestimmte Größe ist, und er wird durch eine Antriebsenergie des Motors 10 angetrieben. Zum Beispiel ist eine Riemenscheibe 211 an einer Antriebswelle des Kompressors 210 befestigt. In diesem Fall wird der Kompressor 210 durch Übertragen der Antriebsenergie des Motors 10 durch den Riemen 12 auf die Riemenscheibe 211 angetrieben. Die Riemenscheibe 211 ist mit einer elektromagnetischen Kupplung 212 versehen, um so eine Verbindung zwischen dem Kompressor 210 und der Riemenscheibe 211 herzustellen oder zu trennen. Durch eine intermittierende Steuerung (Verbindung/Trennung) der elektromagnetischen Kupplung 212 wird der Betrieb (Ein/Aus-Betrieb) des Kompressors 210 gesteuert. Die intermittierende Steuerung der elektromagnetischen Kupplung 212 wird durch eine Klima-ECU 500c der Steuereinheit 500 durchgeführt.
  • Der Kondensator 220 ist ein Wärmetauscher zum Kühlen und Kondensieren des Kältemittels durch Durchführen eines Wärmeaustausches mit Außenluft, und er ist an einer vorderen Seite in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet. Der Kondensator 220 ist in einem Fahrzeug an einem vorderen Teil so angeordnet, dass der Wind (Außenluft) während einer Fahrzeugfahrt in ein Wärmetauschteil des Kondensators 220 strömt. Deshalb wird eine Strömungsmenge der durch den Kondensator 220 gelangenden Außenluft entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 ist ein Auffanggefäß zum Trennen des im Kondensator 220 kondensierten Kältemittels in ein Gaskältemittel und ein flüssiges Kältemittel. Die Unterkühlungseinheit 231 ist ein Wärmetauscher zum weiteren Kühlen des aus der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 ausströmenden flüssigen Kältemittels. Zum Beispiel können der Kondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und die Unterkühlungseinheit 231 so konstruiert sein, dass sie eine Kondensatoreinheit mit einer Gas/Flüssigkeit-Trennfunktion bilden. Ferner können der Kondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und die Unterkühlungseinheit 231 kombiniert werden, um eine kombinierte Kondensatoreinheit mit der Gas/Flüssigkeit-Trennfunktion zu bilden.
  • Das Expansionsventil 240 ist eine Dekompressionseinheit zum Dekomprimieren und Ausdehnen des aus der Unterkühlungseinheit 231 ausströmenden flüssigen Kältemittels. In diesem Ausführungsbeispiel dekomprimiert das Expansionsventil 240 das aus der Unterkühlungseinheit 231 ausströmende flüssige Kältemittel isenthalpisch, und das Expansionsventil 240 ist ein thermisches Expansionsventil mit einem Drosselöffnungsgrad, der so gesteuert wird, dass ein Überhitzungsgrad des in den Kompressor 210 gesaugten Kältemittels zu einem vorbestimmten Wert wird.
  • Der Verdampfapparat 250 ist in dem Klimagehäuse 410 der Klimaeinheit 400 luftstromauf des Heizerkerns 31 angeordnet. Der Verdampfapparat 250 verdampft das durch das Expansionsventil 240 dekomprimierte Kältemittel und kühlt die durch das Gebläse 420 geblasene Luft. Eine Kältemittelauslassseite des Verdampfapparats 250 ist mit einer Kältemittelansaugseite des Kompressors 210 verbunden, sodass das im Verdampfapparat 250 verdampfte Kältemittel in die Kältemittelansaugseite des Kompressors 210 gesaugt wird.
  • Ein Temperatursensor 251 ist luftstromab des Verdampfapparats 250 angeordnet, um so die Temperatur der durch den Verdampfapparat 250 gekühlten Luft zu erfassen. Ein durch den Temperatursensor 251 erfasstes Temperatursignal wird einer Klima-ECU 500c der Steuereinheit 500 ausgegeben. Ein Öffnungsgrad der Luftmischklappe 430 wird durch die Klima-ECU 500c so gesteuert, dass ein Strömungsverhältnis zwischen einer durch den Heizerkern 31 gelangenden Luftmenge und einer an dem Heizerkern 31 vorbeiströmenden Luftmenge so geregelt wird, dass die in einen Fahrgastraum strömende Klimaluft eine Solltemperatur des Fahrgastraums erreicht.
  • Als nächstes wird der Clausius-Rankine-Kreis 300 beschrieben. Der Clausius-Rankine-Kreis 300 gewinnt Abwärmeenergie (Motorkühlwasser-Wärmeenergie) zurück, die im Motor 10 erzeugt wird. Der Clausius-Rankine-Kreis 300 wandelt die Abwärmeenergie in zu benutzende elektrische Energie um. Der Clausius-Rankine-Kreis 300 benutzt einen Teil der Komponenten des Kühlkreises 200, beispielsweise den Kondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und die Unterkühlungseinheit 231, gemeinsam mit dem Kühlkreis 200.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der Clausius-Rankine-Kreis 300 ein geschlossener Kreis, in dem die Pumpe 330, der Heizer 310, die Expansionseinheit 320, der Kondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und die Unterkühlungseinheit 231 in dieser Reihenfolge verbunden sind. Weil der Kondensator 220, die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 und die Unterkühlungseinheit 231 zwischen dem Kühlkreis 200 und dem Clausius-Rankine-Kreis 300 gemeinsam benutzt werden, ist das im Clausius-Rankine-Kreis 300 zirkulierende Arbeitsfluid das gleiche Kältemittel wie im Kühlkreis 200.
  • Die Pumpe 330 ist eine Fluidmaschine zum Zirkulieren des Kältemittels im Clausius-Rankine-Kreis 300, und sie wird durch eine Antriebsenergie eines Elektromotors 331 (Stellantrieb) betrieben. Der Betrieb des Elektromotors 331 wird durch einen Wechselrichter 500d der Steuereinheit 500 gesteuert.
  • Der Heizer 310 ist ein Wärmetauscher, in dem das durch die Pumpe 330 geförderte Kältemittel in Wärmeaustausch mit dem im Kühlerkreis 20 zirkulierenden Hochtemperatur-Motorkühlwasser steht, um zu einem überhitzten Dampfkältemittel mit einem hohen Druck und einer hohen Temperatur zu werden.
  • Die Expansionseinheit 320 ist eine Fluidmaschine, die eine Drehantriebskraft (mechanische Energie) durch eine Expansion des überhitzten Dampfkältemittels, das im Heizer 310 geheizt und erzeugt wird, erzeugt. Im Clausius-Rankine-Kreis 300 ist der Generator 321 mit der Expansionseinheit 320 verbunden. Zum Beispiel kann der Generator 321 integral mit der Expansionseinheit 320 ausgebildet sein.
  • Der Generator 321 wird durch den Wechselrichter 500d der Steuereinheit 500 betrieben und gesteuert. Wenn die Antriebsenergie von der Expansionseinheit 320 zum Generator 321 übertragen wird, wird die Drehzahl des Generators 321 durch den Wechselrichtung 500d so gesteuert, dass der vom Generator 321 erzeugte Strom eingestellt wird. Der durch den Generator 321 erzeugte Strom wird durch den Wechselrichtung 500d in die Batterie 40 geladen.
  • Eine Kältemittelausgabeseite der Expansionseinheit 320 ist mit einem Kältemittelpfad verbunden, der mit dem Kondensator 220 verbunden ist und von dem Kühlkreis auf einer Kältemittelauslassseite der Unterkühlungseinheit 231 im Clausius-Rankine-Kreis abzweigt, wie in 1 dargestellt.
  • Der Clausius-Rankine-Kreis 300 ist mit einer Schalteinheit 322 zum Schalten eines Kältemittelpfades auf einer Kältemitteleinlassseite der Expansionseinheit 320 im Clausius-Rankine-Kreis 300 versehen. Die Schalteinheit 322 ist ein Expansionsschaltventil 322, das angeordnet ist, um einen Kältemitteleinlasspfad auf der Kältemitteleinlassseite der Expansionseinheit 320 zu öffnen und zu schließen. Das Expansionsschaltventil 322 ist aus einem elektromagnetischen Ventil aufgebaut und wird durch die Gerätesteuer-ECU 500a der Steuereinheit 500 geöffnet und geschlossen.
  • Ein Kältemitteldrucksensor 341 als eine Druckerfassungseinheit ist zwischen der Pumpe 330 und dem Heizer 310 angeordnet, um so einen Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite des Clausius-Rankine-Kreises 300 zu erfassen. Ein durch den Kältemitteldrucksensor 341 erfasstes Drucksignal wird der Geräte-ECU 500a der Steuereinheit 500 ausgegeben.
  • Ein Kältemitteldrucksensor 342 zum Erfassen eines hochdruckseitigen Kältemitteldrucks vor der Dekompression ist im Kühlkreis 200 zwischen der Unterkühlungseinheit 231 und dem Expansionsventil 240 angeordnet. Ein von dem Kältemitteldrucksensor 342 erfasstes Drucksignal wird der Geräte-ECU 500a der Steuereinheit 500 ausgegeben.
  • Die Steuereinheit 500 steuert den Betrieb der verschiedenen Komponenten des Kühlkreises 200 und des Clausius-Rankine-Kreises 300. Die Steuereinheit 500 enthält die Geräte-ECU 500a, die Fahrzeug-ECU 500b, die Klima-ECU 500c und den Wechselrichter 500d, die miteinander kommunizieren, wie in 1 dargestellt. Die Geräte- ECU 500a kommuniziert mit der Fahrzeug-ECU 500b, der Klima-ECU 500c und dem Wechselrichtung 500d, um Signale zwischen ihnen zu senden und zu empfangen.
  • Ein Außenlufttemperatursensor 510 zum Erfassen einer Temperatur T(AM) der Außenluft (d.h. Luft außerhalb des Fahrgastraums) ist so angeordnet, dass ein Temperaturmesssignal des Außenlufttemperatursensors 510 der Geräte-ECU 500a eingegeben wird.
  • Die Geräte-ECU 500a führt eine Gesamtsteuerung des Kühlkreises 200 und des Clausius-Rankine-Kreises 300 durch. Zum Beispiel wird im Kombinationsbetrieb (gleichzeitiger Betrieb) des Kühlkreises 200 und des Clausius-Rankine-Kreises 300 der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises 300 durch die Geräte-ECU 500a durch den Wechselrichter 500d so gesteuert, dass eine Bilanz (d.h. Differenz) zwischen einer Rückgewinnungsenergie des Clausius-Rankine-Kreises 300 und einer Antriebsenergie des Kompressors 210 unabhängig von einer Veränderung der Kühllast des Kühlkreises 200 positiv wird.
  • Die Fahrzeug-ECU 500b steuert hauptsächlich den Betrieb des Motors 10. Die Fahrzeug-ECU 500b steuert eine Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoffzuführmenge) basierend auf einer durch den Wassertemperatursensor 25 erfassten Wassertemperatur, einer Motordrehzahl und einer durch einen Öffnungsgrad einer Drosselklappe berechneten Motorlast (Motordrehmoment), usw. derart, dass der Kraftstoffverbrauchswirkungsgrad maximal wird. Die Fahrzeug-ECU 500b kann die Motordrehzahl, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, usw. berechnen. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann von der Fahrzeug-ECU 500b zum Beispiel basierend auf einer Getriebestellung berechnet werden.
  • Die Klima-ECU 500c steuert allgemein den Betrieb des Kühlkreises 200 basierend auf einer Klimaanforderung eines Fahrgasts im Fahrgastraum des Fahrzeugs, einer Solltemperatur des Fahrgastraums und einer aktuellen Innentemperatur des Fahrgastraums, einer durch den Verdampfapparat 250 gekühlten Lufttemperatur und einer Umgebungsbedingung (z.B. Außenlufttemperatur, Sonnenstrahlungsmenge). Dem Wechselrichter 500d wird befohlen, den Generator 321 und den Elektromotor 331 zu betreiben und die Drehzahlen des Generators 321 und des Elektromotors 331 zu steuern, um dadurch den Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises 300 zu steuern.
  • Als nächstes wird der Betrieb der Abwärmenutzungsvorrichtung 100 beschrieben. Die Abwärmenutzungsvorrichtung 100 ist konstruiert, um einen Einzelbetrieb (d.h. alleinigen Betrieb) des Kühlkreises 200, einen Einzelbetrieb (d.h. alleinigen Betrieb) des Clausius-Rankine-Kreises sowie einen Kombinationsbetrieb (d.h. gleichzeitigen Betrieb) sowohl des Kühlkreises 200 als auch des Clausius-Rankine-Kreises 300 durchzuführen.
  • 1. Einzelbetrieb des Kühlkreises
  • In einem Motoraufheizmodus unmittelbar nach dem Start des Motors 10 ist die Abwärme vom Motor 10 gering und eine durch den Wassertemperatursensor 25 erfasste Wassertemperatur ist niedriger als eine vorbestimmte Wassertemperatur. In diesem Fall werden, wenn die Steuereinheit 500 eine Klimaanforderung von einem Fahrgast im Fahrgastraum bestimmt, der Generator 321 und der Elektromotor 331 gestoppt, um die Expansionseinheit 320 und die Pumpe 330 zu stoppen, wodurch der Einzelbetrieb des Kühlkreises 200 durchgeführt wird.
  • Die Steuereinheit 500 (Klima-ECU 500c) berechnet eine Soll-Lufttemperatur basierend auf einer aktuellen Innentemperatur des Fahrgastraums, einer aktuellen Außenlufttemperatur und einer in den Fahrgastraum eindringenden Sonnenstrahlungsmenge, sodass die aktuelle Innentemperatur des Fahrgastraums zur Einstelltemperatur im Betrieb des Kühlkreises 200 wird. Ferner wird der Betrieb des Kompressors 210 so gesteuert, dass eine aus dem Verdampfapparat 250 ausströmende Lufttemperatur in einem Bereich (z.B. 3–4°C) liegt, und der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 430 wird gesteuert, basierend jeweils auf der berechneten Soll-Lufttemperatur.
  • Der Betrieb des Kompressors 210 wird durch die elektromagnetische Kupplung 212 gesteuert. Zum Beispiel steuert die Steuereinheit 500, wie in 2 dargestellt, die elektromagnetische Kupplung 212 so, dass sie verbunden ist (eingeschaltet ist), sodass der Kompressor 210 betrieben wird (EIN), wenn die durch den Temperatursensor 251 erfasste Kühllufttemperatur höher als eine erste vorbestimmte Tem peratur (z.B. oberer Grenzwert von 4°C) wird. Wenn dagegen die durch den Temperatursensor 251 erfasste Kühllufttemperatur niedriger als eine zweite vorbestimmte Temperatur (z.B. unterer Grenzwert von 3°C) wird, der niedriger als die erste vorbestimmte Temperatur ist, wird die elektromagnetische Kupplung 212 getrennt (AUS), sodass der Betrieb des Kompressors 210 gestoppt wird (AUS). D.h. eine Ein/Aus-Schaltsteuerung der elektromagnetischen Kupplung 212 wird so durchgeführt, dass die durch den Verdampfapparat 250 gekühlte Lufttemperatur in einem vorbestimmten Bereich liegt.
  • 2. Einzelbetrieb des Clausius-Rankine-Kreises
  • Falls die Steuereinheit 500 keine Klimaaufforderung empfängt, bestimmt die Steuereinheit 500, wenn die durch den Wassertemperatursensor 25 erfasste Wassertemperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, dass die Abwärme des Motors 10 ausreichend groß ist, und sie führt den Einzelbetrieb des Clausius-Rankine-Kreises 300 durch. In diesem Fall trennt die Steuereinheit 500 die elektromagnetische Kupplung 212, um den Betrieb des Kompressors 210 zu stoppen, betätigt den Elektromotor 331, um den Pumpbetrieb der Pumpe 330 zu starten, und öffnet das Expansionsschaltventil 322, wodurch der Clausius-Rankine-Kreis 300 allein betrieben wird. Ferner wird Strom im Generator 321 entsprechend der Drehantriebskraft der Expansionseinheit 320 erzeugt.
  • Insbesondere wird das flüssige Kältemittel aus der Unterkühlungseinheit 231 durch die Pumpe 330 unter Druck gesetzt und zum Heizer 310 geschickt, um durch das Hochtemperatur-Motorkühlwasser geheizt zu werden. Das überhitzte Hochdruck-Gaskältemittel aus einem Kältemittelauslass des Heizers 310 strömt durch das Expansionsschaltventil 322 und wird zur Expansionseinheit 320 geschickt. Die Expansionseinheit 320 expandiert und dekomprimiert das überhitzte Gaskältemittel isenthalpisch, sodass ein Teil der Wärmeenergie und der Druckenergie in die Drehantriebskraft (mechanische Energie) umgewandelt wird. Der Generator 321 wird durch die Drehantriebskraft von der Expansionseinheit 320 betrieben, um Strom zu erzeugen. Der durch den Generator 321 erhaltene Strom wird durch den Wechselrichter 500d in die Batterie 40 geladen. Zum Beispiel wird der in der Batterie 40 geladene Strom zum Betreiben der elektrischen Last 41 des Fahrzeugs verwendet. Es ist daher möglich, die Last des Wechselstromgenerators 11 zu reduzieren.
  • Das in der Expansionseinheit 320 gekühlte und im Kondensator 220 kondensierte Kältemittel wird in der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 230 in Gas und Flüssigkeit getrennt, durch die Unterkühlungseinheit 231 unterkühlt und in die Pumpe 330 gesaugt, sodass der Einzelbetrieb des Clausius-Rankine-Kreises 300 durchgeführt wird.
  • 3. Kombinationsbetrieb des Kühlkreises und des Clausius-Rankine-Kreises
  • Wenn die Steuereinheit 500 bestimmt, dass die Abwärme ausreichend groß ist, führt die Steuereinheit 500, falls eine Klimaaufforderung von einem Fahrgast empfangen wird, den Kombinationsbetrieb durch, in dem sowohl der Kühlkreis 200 als auch der Clausius-Rankine-Kreis 300 gleichzeitig betrieben werden, um so sowohl den Klimabetrieb als auch den Stromerzeugungsbetrieb durchzuführen. In diesem Ausführungsbeispiel führt die Steuereinheit 500 einen Schaltvorgang zwischen einer Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises und einer intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises entsprechend der Last (z.B. Kühllast) des Kühlkreises 200 durch. Als nächstes wird der Schaltvorgang zwischen der Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises und der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises während des Kombinationsbetriebs Bezug nehmend auf 3 bis 5 beschrieben.
  • Zuerst führt die Steuervorrichtung 500 in Schritt S100 von 3 den Steuerbetrieb des Kühlkreises 200 durch Steuern des Ein/Aus-Betriebs des Kompressors 210 analog zum Einzelbetrieb des Kühlkreises 200 durch. D.h. der Betrieb des Kompressors 210 wird durch Steuern des Ein/Aus-Betriebs der elektromagnetischen Kupplung 212 gesteuert, sodass der Betrieb des Kühlkreises 200 gesteuert wird.
  • Die Kühllast des Kühlkreises 200 steht mit verschiedenen Steuerbedingungen in Zusammenhang, z.B. der Einstelltemperatur des Fahrgastraums, der aktuellen Innentemperatur des Fahrgastraums, der Außenlufttemperatur und der Sonnenstrahlungsmenge. Zum Beispiel wird die Kühllast höher, wenn die aktuelle Innentemperatur des Fahrgastraums, die Außenlufttemperatur und die Sonnenstrahlungsmenge höher werden und die Einstelltemperatur des Fahrgastraums niedriger wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die durch den Außenlufttemperatursensor 510 erfasste Außenlufttemperatur T(AM) zum Bestimmen der Kühllast als ein Beispiel verwendet. Eine vorbestimmte Kühllast (d.h. vorbestimmte Temperatur T1) ist so eingestellt, dass eine Bilanz (Differenz) zwischen einer Rückgewinnungsenergie des Clausius-Rankine-Kreises 300 und einer Antriebsenergie des Kompressors 210 des Kühlkreises 200 bei der vorbestimmten Kühllast zu Null wird.
  • Daher wird in Schritt S110 bestimmt, ob die durch den Außenlufttemperatursensor 510 erfasste Außenlufttemperatur T(AM) gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist. Wenn die Außenlufttemperatur T(AM) gleich oder niedriger als die vorbestimmte Temperatur T1 ist, wird bestimmt, dass die Kühllast niedrig ist. In diesem Fall wird im Kombinationsbetrieb die Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises in Schritt S120 durchgeführt. Wenn dagegen die Außenlufttemperatur T(AM) höher als die vorbestimmte Temperatur T1 ist, wird bestimmt, dass die Kühllast hoch ist, und im Kombinationsbetrieb wird die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises in Schritt S130 durchgeführt.
  • In der Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises von Schritt S120 wird der Clausius-Rankine-Kreis 300 unabhängig vom Betriebszustand des Kompressors 210 fortlaufend betrieben (EIN), wie in 4 dargestellt. D.h. in der Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises wird der Elektromotor 331 (die elektrische Pumpe 330) betrieben, wird das Expansionsschaltventil 322 geöffnet, zirkuliert das Kältemittel im Clausius-Rankine-Kreis 200 und erzeugt der Generator 321 Strom.
  • Andererseits wird die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises von Schritt S130 basierend auf dem Steuerprozess der Schritte S140 bis S160 durchgeführt. In Schritt S140 wird bestimmt, ob der Kompressor 210 in Betrieb ist (Ein-Zustand) oder nicht. Wenn der Kompressor 210 in Schritt S140 in Betrieb ist (Ein-Zustand), wird der Clausius-Rankine-Kreis 300 in Schritt S150 gestoppt. Wenn der Clausius-Rankine-Kreis 300 gestoppt wird, wird das Expansionsschaltventil 322 geschlossen und der Elektromotor 331 (die Pumpe 330) gestoppt. Wenn dagegen der Kompressor 210 in Schritt S140 ausgeschaltet ist (Aus-Zustand), wird der Clausius-Rankine-Kreis 300 in Schritt S160 betrieben. Wenn der Clausius-Rankine-Kreis in Betrieb ist, wird der Elektromotor 331 (die elektrische Pumpe 330) betrieben, wird das Expansionsschaltventil 322 geöffnet, zirkuliert das Kältemittel im Clausius-Rankine-Kreis und erzeugt der Generator 321 Strom. Nach Durchführen von Schritt S150 oder S160 kehrt der Steuerprozess zu Schritt S110 zurück.
  • Wie in 5 dargestellt, wird in der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises der Clausius-Rankine-Kreis zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand geschaltet, um im umgekehrten Betriebszustand zum Kompressor 210 (Kupplung) zu sein.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn der durch den Drucksensor 341 erfasste Kältemitteldruck durch das Schließen des Expansionsschaltventils 332, falls der Clausius-Rankine-Kreis 300 gestoppt wird, höher als ein zulässiger Druck wird, das Expansionsschaltventil 322 anormal geöffnet, um den Clausius-Rankine-Kreis 300 in einem Notzustand zu schützen.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wenn die Kühllast während des Kombinationsbetriebs des Kühlkreises und des Clausius-Rankine-Kreises niedriger als die vorbestimmte Last ist, die durch den Clausius-Rankine-Kreis 300 zurückgewonnene elektrische Energie größer als die Antriebsenergie des Kompressors 210. Daher wird die Energiebilanz positiv, sodass die Abwärme des Motors 10 durch Durchführen der Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises unabhängig vom Betriebszustand des Kompressors 210 effektiv genutzt werden kann.
  • Wenn die Kühllast höher als die vorbestimmte Last ist, wird die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt. Bei der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises wird der Clausius-Rankine-Kreis 300 betrieben, wenn der Betrieb des Kompressors 210 gestoppt ist, und er wird gestoppt, wenn der Kompressor 210 in Betrieb ist. Demgemäß kann verhindert werden, dass die durch die Expansionseinheit 320 zurückgewonnene elektrische Energie niedriger als die Antriebsenergie des Kompressors 210 ist. Daher kann die Energiebilanz zwischen der durch die Expansionseinheit 320 zurückgewonnenen elektrischen Energie und der Antriebsenergie des Kompressors 210 unabhängig vom Betriebszustand des Kompressors 210 positiv gehalten werden. Als Ergebnis kann die Abwärmeenergie des Motors 10 effektiv genutzt werden, und die Kraftstoffverbrauchsleistung des Motors 10 kann verbessert werden.
  • Weil der Betrieb des Kompressors 210 intermittierend gesteuert wird (Ein/Aus-Steuerung), kann die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises, bei welcher der Clausius-Rankine-Kreis 300 eingeschaltet wird, wenn der Kompressor 210 ausgeschaltet ist, während des Kombinationsbetriebs einfach eingestellt werden.
  • Außerdem ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das Expansionsschaltventil 322 auf der Kältemitteleinlassseite der Expansionseinheit 320 im Clausius-Rankine-Kreis 300 vorgesehen, und das Expansionsschaltventil 322 wird geschlossen und dann wird die Pumpe 330 gestoppt, wenn der Clausius-Rankine-Kreis 300 ausgeschaltet wird. Deshalb kann der Clausius-Rankine-Kreis während des Kombinationsbetriebs, wenn der Kühlkreis 200 und der Clausius-Rankine-Kreis 300 beide gleichzeitig betrieben werden, genau schnell gestoppt werden, wenn der Kompressor 210 in der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises betrieben wird.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 6 bis 10 beschrieben. In einer Abwärmenutzungsvorrichtung 100 des zweiten Ausführungsbeispiels wird anstelle des Kompressors mit fester Verdrängung 210 im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel ein Kompressor mit variabler Verdrängung 210A verwendet. D.h. der Kompressor variabler Verdrängung 210A verändert einen Neigungswinkel seiner Taumelscheibe, um so seine Ausgabekapazität je Drehung einzustellen. Deshalb ist im zweiten Ausführungsbeispiel die elektromagnetische Kupplung 212 des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels weggelassen. Daher unterscheidet sich ein Steuerverfahren zum Steuern des Kompressors 210A im Kombinationsbetrieb des Kühlkreises 200 und des Clausius-Rankine-Kreises 300 von jenem des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.
  • Der Kompressor 210A hat eine variable Ausgabekapazität, die stufenlos von 0% bis 100% veränderbar ist, wobei eine maximale Ausgabekapazität zum Ausgeben 100% beträgt. Wenn die Ausgabekapazität des Kompressors 210A 0% beträgt, wird im Wesentlichen keine Antriebsenergie des Motors 10 für den Kompressor 210A verbraucht, und der Kompressor 210A führt im Wesentlichen keinen Kompressionsvorgang durch, selbst wenn der Kompressor 210A durch den Motor 10 über den Riemen 12 gedreht wird.
  • Die Ausgabekapazität des Kompressors 210A wird durch die Klima-ECU 500c der Steuereinheit 500 stufenlos so verändert, dass die durch den Verdampfapparat 250 gekühlte Lufttemperatur zu einer vorbestimmten Temperatur (z.B. 4°C) wird, wie in 7 dargestellt.
  • Die Steuereinheit 500 führt den Kombinationsbetrieb des Kühlkreises 200 und des Clausius-Rankine-Kreises 300 durch, wie in 8 dargestellt.
  • Zuerst führt die Steuereinheit 500 in Schritt S100A von 8 die stufenlose Veränderung der Kompressorkapazität durch, bei welcher die Ausgabekapazität des Kompressors 210A entsprechend der Kühllast im Kühlkreis 200 stufenlos verändert wird. Bei der Betriebssteuerung des Kühlkreises 200 wird in Schritt S110 bestimmt, ob die Kühllast höher als eine vorbestimmte Last ist. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel kann die Kühllast basierend auf der Außenlufttemperatur T(AM) bestimmt werden.
  • Wenn die Außenlufttemperatur T(AM) gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur T1 ist, wird bestimmt, dass die Kühllast niedrig ist. In diesem Fall wird in Schritt S120 die Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt. Im Gegensatz dazu wird bestimmt, wenn die Außenlufttemperatur T(AM) höher als die vorbestimmte Temperatur T1 ist, dass die Kühllast hoch ist, und in Schritt S130A wird die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt.
  • In der Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises von Schritt S120 wird der Clausius-Rankine-Kreis 300 unabhängig vom Betriebzustand des Kompressors 210A fortlaufend betrieben. D.h. in der Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises wird der Elektromotor 331 (elektrische Pumpe 330) betrieben, wird das Expansionsschaltventil 322 geöffnet, zirkuliert das Kältemittel im Clausius-Rankine-Kreis und erzeugt der Generator 321 Strom.
  • Andererseits wird die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises von Schritt S130A basierend auf dem Steuervorgang der Schritte S135 bis S160 durchgeführt. In Schritt S135 wird anstelle der stufenlosen Veränderungssteuerung der Kompressorkapazität in Schritt S100A eine Schaltsteuerung der Kompressorkapazität durchgeführt. Wie in 10 dargestellt, wird die Ausgabekapazität des Kompressors 210A abwechselnd zwischen einer ersten Ausgabekapazität (z.B. 0%) und einer zweiten Ausgabekapazität (z.B. 100%) größer als die erste Ausgabekapazität geschaltet, sodass die durch den Verdampfapparat 250 gekühlte Lufttemperatur eine vorbestimmte Temperatur (z.B. 4 °C) erreicht. Hierbei ist die erste Ausgabekapazität auf eine Kapazität eingestellt, bei der die Antriebsenergie des Kompressors 210A nie größer als die durch den Clausius-Rankine-Kreis 300 zurückgewonnene Energie ist, zum Beispiel beträgt die Kapazität 0%. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Schaltsteuerung der Kompressorkapazität in Schritt S135 unter Verwendung des Kompressors variabler Verdrängung 210A durchgeführt, sodass der Kompressor variabler Verdrängung 210A die gleiche Schaltfunktion wie der Kompressor fester Verdrängung 210 in der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises hat.
  • Als nächstes wird in Schritt S140A bestimmt, ob die vorhandene Ausgabekapazität des Kompressors 210A die zweite Ausgabekapazität (z.B. 100% in diesem Beispiel) ist oder nicht. Wenn die aktuelle Ausgabekapazität des Kompressors 210A 100% beträgt, wird der Clausius-Rankine-Kreis 300 in Schritt S150 gestoppt. Wenn der Clausius-Rankine-Kreis 300 gestoppt wird, wird das Expansionsventil 322 geschlossen und wird der Elektromotor 331 (die Pumpe 330) gestoppt. Wenn dagegen die aktuelle Ausgabekapazität des Kompressors 210A nicht 100% beträgt, d.h. wenn die aktuelle Ausgabekapazität des Kompressors 210A 0% beträgt, wird in Schritt S160 der Clausius-Rankine-Kreis 300 betrieben. Wenn der Clausius-Rankine-Kreis 300 in Betrieb ist, wird der Elektromotor 331 (die elektrische Pumpe 330) betrieben, wird das Expansionsschaltventil 322 geöffnet, zirkuliert das Kältemittel im Clausius-Rankine-Kreis 300 und erzeugt der Generator 321 Strom. Nach Durch führung von Schritt S150 oder S160 kehrt der Steuervorgang zu Schritt S110A zurück.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises mittels des Kompressors variabler Verdrängung 210A durchgeführt. D.h. durch abwechselndes Schalten der Ausgabekapazität des Kompressors variabler Verdrängung 210A zwischen der ersten Ausgabekapazität (0%) und der zweiten Ausgabekapazität (100%) können die gleichen Wirkungen wie jene des ersten Ausführungsbeispiels erzielt werden, und die Energiebilanz kann tatsächlich positiv gemacht werden. Als Ergebnis kann die Abwärme des Motors 10 effektiv genutzt werden.
  • Im zweiten Ausführungsbeispiel kann die erste Ausgabekapazität des Kompressors 210A in den Schritten S135, S140A auch auf eine vorbestimmte Kapazität außer 0% eingestellt werden, wenn die Antriebsenergie des Kompressors 210A nicht größer als die im Clausius-Rankine-Kreis 300 zurückgewonnene Energie ist. Zum Beispiel kann die erste Ausgabekapazität des Kompressors 210A auf eine Kapazität nahe 0% eingestellt werden. Außerdem kann die zweite Ausgabekapazität des Kompressors 210A auch auf eine vorbestimmte Kapazität außer 100% eingestellt werden, wenn die durch den Verdampfapparat 250 gekühlte Lufttemperatur auf einer Temperatur gehalten werden kann. Zum Beispiel kann die zweite Ausgabekapazität des Kompressors 210A auf eine Kapazität nahe 100% eingestellt werden. Weil der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises 300 umgekehrt zum Betriebszustand des intermittierenden Betriebs des Kompressors 210A geschaltet wird, kann die Energiebilanz positiv gemacht werden, selbst wenn die Kühllast des Kühlkreises 200 groß ist.
  • Im zweiten Ausführungsbeispiel können die anderen Teile ähnlich jenen des oben beschriebene ersten Ausführungsbeispiels sein.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • In den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen wird die Kühllast basierend auf der Außenlufttemperatur T(AM) bestimmt. Im dritten Ausführungsbeispiel wird die Kühllast durch Kombinieren von Informationen, die für die Steuerung des Motors 10 verwendet werden, und Informationen, die für die Steuerung des Kühlkreises 200 verwendet werden, bestimmt.
  • Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann für die Steuerinformationen des Motors 10 verwendet werden. Allgemein wird mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit die in den Kondensator 220 strömende Luft mehr, sodass der Wärmeaustausch mit dem Kältemittel erleichtert wird. Deshalb wird die Kühllast des Kühlkreises 200 mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner.
  • Ferner können als Steuerinformationen des Kühlkreises 200 zusätzlich zur Außenlufttemperatur T(AM) eine in den Fahrgastraum eindringende Sonnenstrahlungsmenge T(S), eine aktuelle Innentemperatur T(IN) des Fahrgastraums und eine Einstelltemperatur T(SET) verwendet werden. Die Kühllast ändert sich entsprechend der Sonnenstrahlungsmenge T(S), der aktuellen Innentemperatur T(IN) und der Einstelltemperatur T(SET) ähnlich der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen. Ferner gelangt die Kondensationskapazität im Kondensator 220 mit höher werdendem Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite einfach in einen Überlastungszustand, wodurch die Kühllast höher wird.
  • 11 zeigt einen Steuerbetrieb der Steuereinheit 500 in einem Kombinationsbetrieb, in dem der Kühlkreis 200 und der Clausius-Rankine-Kreis 300 gleichzeitig betrieben werden. In 11 sind im Steuerprozess von 3 Schritte S111 bis S115 hinzugefügt. Deshalb wird auf die detaillierte Erläuterung an den gleichen Schritten wie in 3 verzichtet.
  • Nach Schritt S100 bestimmt die Steuereinheit 500 in Schritt S110, ob die Außenlufttemperatur T(AM) gleich oder niedriger als eine Temperatur T1 ist. Wenn die Steuereinheit 500 in Schritt S110 bestimmt, dass die Außenlufttemperatur T(AM) gleich oder niedriger als die Temperatur T1 ist, d.h. wenn die Kühllast basierend auf der Außenlufttemperatur T(AM) als niedrig bestimmt wird, werden die Schritte S111 bis S115 durchgeführt. Wenn die Bestimmung irgendeines der Schritte S110 bis S115 „N" ist, wird in Schritt S130 die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt. Wenn alle Bestimmungen der Schritte S110 bis S115 „Y" sind, wird in Schritt S120 die Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt.
  • Insbesondere wird in Schritt S111 bestimmt, ob die Sonnenstrahlungsmenge T(S) gleich oder niedriger als ein Wert T2 ist, wird in Schritt S112 bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit T(V) gleich oder höher als ein Wert T3 ist oder nicht, wird in Schritt S113 bestimmt, ob die Innentemperatur T(IN) des Fahrgastraums gleich oder niedriger als eine Temperatur T4 ist oder nicht, wird in Schritt S114 bestimmt, ob die Einstelltemperatur T(SET) des Fahrgastraums gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur T5 ist oder nicht, und wird in Schritt S115 bestimmt, ob der Mittelwert des durch den Drucksensor 342 erfassten hochdruckseitigen Kältemitteldrucks gleich oder niedriger als ein Druck P1 ist oder nicht. Wenn alle Bestimmung der Schritte S110 bis S115 „Y" sind, wird bestimmt, dass die Kühllast aktuell niedrig ist, und in Schritt S120 wird die Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt. Wenn die Bestimmung irgendeines der Schritte S110 bis S115 „N" ist, wird bestimmt, dass die Kühllast nicht niedrig ist, und in Schritt S130 wird die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt.
  • Demgemäß kann die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises entsprechend der Kühllast genau durchgeführt werden. Die obige Bestimmung der Kühllast kann unter Verwendung irgendeiner der Bestimmungen in den Schritten S110 bis S115 durchgeführt werden oder unter Verwendung von wenigstens zwei der Bestimmungen in den Schritten S110 bis S115. Alternativ kann die Kühllast mittels wenigstens einer Größe der Motordrehzahl, der Wassertemperatur, der Motorkühllast, usw. zusätzlich zu den oben beschriebenen Informationen bestimmt werden.
  • (Weitere Ausführungsbeispiele)
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben worden ist, sollte beachtet werden, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sein werden.
  • Zum Beispiel ist in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das zum Stoppen des Clausius-Rankine-Kreises 300 verwendete Expansionsschaltventil 322 auf einer Kältemitteleinlassseite des Expansionsventils 320 angeordnet. Das zum Stoppen des Clausius-Rankine-Kreises 300 verwendete Expansionsschaltventil 322 kann auch an einer Kältemitteleinlassseite der Pumpe 330 oder an einer anderen Position angeordnet werden.
  • In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die an der Expansionseinheit 320 zurückgewonnene Energie zum Betreiben des Generators 321 verwendet, sodass der Strom in der Batterie 40 gespeichert wird. Die an der Expansionseinheit 320 zurückgewonnene Energie kann auch als dynamische Energie durch ein Schwungrad oder eine mechanische Energie wie beispielsweise eine elastische Energie unter Verwendung einer Feder gespeichert werden.
  • In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Pumpe 330 eine elektrische Pumpe, die durch den Elektromotor 331 angetrieben wird. Der Elektromotor 331 kann jedoch auch weggelassen werden und die Pumpe 330 kann mit einem elektrischen Generator 321 mit sowohl Motor- als auch Generatorfunktionen verbunden werden.
  • Die Unterkühlungseinheit 231 kann entsprechend einer notwendigen Kreiskonstruktion in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen auch in geeigneter Weise weggelassen werden.
  • In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Motor (Verbrennungsmotor) 10 als eine wärmeerzeugende Einheit verwendet. Die wärmeerzeugende Einheit ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Jedes Gerät, beispielsweise eine Kraftmaschine mit externer Verbrennung, ein Brennstoffzellenstapel für ein Brennstoffzellenfahrzeug, Fahrzeugmotoren und Wechselrichter, die während des Betriebs Wärme erzeugen und einen Teil der Wärme für eine Temperaturregelung des Geräts abgeben, können als die wärmeerzeugende Einheit verwendet werden.
  • Solche Änderungen und Modifikationen liegen selbstverständlich im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims (23)

  1. Abwärmenutzungsvorrichtung, mit einem Kühlkreis (200) mit einem Kompressor (210, 210A), der ein von einer Seite eines Verdampfapparats (250) zum Kühlen von Luft strömendes Niederdruckkältemittel ansaugt, das angesaugte Kältemittel auf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck komprimiert und das komprimierte Kältemittel zu einem Kondensator (220) ausgibt, in dem das Kältemittel gekühlt und kondensiert wird; einem Clausius-Rankine-Kreis (300), der den Kondensator (220) gemeinsam mit dem Kühlkreis benutzt, wobei der Clausius-Rankine-Kreis eine Pumpe (330) zum Pumpen und Fördern eins Kältemittel und eine Expansionseinheit (320), die das durch die Pumpe geförderte und durch Abwärme von einer wärmeerzeugenden Einheit geheizte Kältemittel ausdehnt, um so eine mechanische Energie zurückzugewinnen, enthält; und einer Steuereinheit (5001, die einen Betrieb des Kühlkreises und des Clausius-Rankine-Kreises steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchführt, in welcher der Clausius-Rankine-Kreis unabhängig von einem Betriebszustand des Kompressors fortlaufend betrieben wird, wenn eine Last des Kühlkreises niedriger als eine vorbestimmte Last ist; und dass die Steuereinheit eine intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchführt, in welcher der Clausius-Rankine-Kreis entsprechend dem Betriebszustand des Kompressors so intermittierend betrieben wird, dass die durch die Expansionseinheit zurückgewonnene mechanische Energie größer als eine Antriebsenergie des Kompressors ist.
  2. Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinheit einen intermittierenden Betrieb des Kompressors durchführt, in welchem der Kompressor intermittierend betrieben wird, wenn die inter mittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt wird; und die Steuereinheit die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises umgekehrt zu einem Betriebszustand des intermittierenden Betriebs des Kompressors durchführt.
  3. Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Kompressor ein Kompressor fester Verdrängung (210) ist, der durch eine Antriebsquelle angetrieben wird und eine vorbestimmte Ausgabekapazität je Drehung besitzt; und die Steuereinheit den intermittierenden Betrieb des Kompressors durch Schalten einer mit der Antriebsquelle verbundenen Kupplung (212) oder Ein- oder Ausschalten der Antriebsquelle durchführt.
  4. Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der Kompressor ein Kompressor variabler Verdrängung (210A) mit einer einstellbaren Ausgabekapazität je Drehung ist; und die Steuereinheit den intermittierenden Betrieb des Kompressors durch Schalten der Ausgabekapazität zwischen einer ersten Kapazität und einer zweiten Kapazität größer als die erste Kapazität durchführt.
  5. Abwärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der Clausius-Rankine-Kreis ferner eine Schalteinheit (322) zum Öffnen und Schließen eines darin vorgesehenen Kältemittelpfades enthält; und die Steuereinheit die Schalteinheit (322) zum Schließen des Kältemittelpfades steuert, wenn der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises während der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises gestoppt wird.
  6. Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Steuereinheit die Pumpe stoppt, nachdem die Schalteinheit den Kältemittelpfad schließt, wenn der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises während der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises gestoppt wird.
  7. Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher die Schalteinheit auf einer Kältemitteleinlassseite der Expansionseinheit angeordnet ist.
  8. Abwärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Steuereinheit die Last des Kühlkreises unter Verwendung einer Außenlufttemperatur (TAM) bestimmt.
  9. Abwärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Steuereinheit die Last des Kühlkreises durch Kombinieren von Informationen zum Steuern der wärmeerzeugenden Einheit und Informationen zum Steuern des Kühlkreises bestimmt.
  10. Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die wärmeerzeugende Einheit ein Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug ist; und die Informationen zum Steuern der wärmeerzeugenden Einheit wenigstens eine Größe einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, einer Außenlufttemperatur, einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors sind.
  11. Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Informationen zum Steuern des Kühlkreises wenigstens eine Größe einer Innentemperatur eines zu klimatisierenden Raums, einer in den Raum zu blasenden Soll-Lufttemperatur, einer durch den Verdampfapparat gekühlten Lufttemperatur, eines Kältemitteldrucks im Kühlkreis sind.
  12. Steuerverfahren einer Abwärmenutzungsvorrichtung, die aufweist: einen Kühlkreis mit einem Kompressor (210, 210A), der ein von einer Seite eines Verdampfapparats (250), in dem ein Kältemittel verdampft wird, strömendes Niederdruckkältemittel ansaugt, das angesaugte Kältemittel auf eine hohe Temperatur und einen hohen Druck komprimiert und das komprimierte Kältemittel zu einem Kondensator (220), in dem das Kältemittel gekühlt und kondensiert wird, ausgibt; und einen Clausius-Rankine-Kreis (300), der den Kondensator (220) gemeinsam mit dem Kühlkreis benutzt und eine Pumpe (330) zum Pumpen und Fördern des Kältemittels sowie eine Expansionseinheit (320), die das durch die Pumpe geförderte und durch Abwärme von einer wärmeerzeugenden Einheit geheizte Kältemittel ausdehnt, um so eine mechanische Energie zurückzugewinnen, enthält, wobei das Steuerverfahren aufweist: Durchführen einer Dauerbetriebssteuerung des Clausius-Rankine-Kreises, in welcher der Clausius-Rankine-Kreis unabhängig von einem Betriebszustand des Kompressors fortlaufend betrieben wird, wenn eine Last des Kühlkreises niedriger als eine vorbestimmte Last ist; und Durchführen einer intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises, in welcher der Clausius-Rankine-Kreis entsprechend dem Betriebszustand des Kompressors intermittierend so betrieben wird, dass die durch die Expansionseinheit zurückgewonnene mechanische Energie größer als eine Antriebsenergie des Kompressors ist.
  13. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 12, ferner mit Durchführen eines intermittierenden Betriebs des Kompressors, in welchem der Kompressor intermittierend betrieben wird, wenn die intermittierende Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises durchgeführt wird; und Steuern der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises in einem umgekehrten Betriebszustand zum intermittierenden Betrieb des Kompressors.
  14. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei welchem der Kompressor ein Kompressor fester Verdrängung (210) ist, der durch eine Antriebsquelle angetrieben wird und eine vorbestimmte Ausgabekapazität je Drehung besitzt; und der intermittierende Betrieb des Kompressors durch Schalten einer mit der Antriebsquelle verbundenen Kupplung (212) oder Ein- oder Ausschalten der Antriebsquelle durchgeführt wird.
  15. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei welchem der Kompressor ein Kompressor variabler Verdrängung (210A) mit einer einstellbaren Ausgabekapazität je Drehung ist; und der intermittierende Betrieb des Kompressors durch Schalten der Ausgabe kapazität zwischen einer ersten Kapazität und einer zweiten Kapazität größer als die erste Kapazität durchgeführt wird.
  16. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Clausius-Rankine-Kreis ferner eine Schalteinheit (322) zum Öffnen und Schließen eines darin vorgesehenen Kältemittelpfades enthält, wobei das Steuerverfahren ferner aufweist: Steuern der Schalteinheit zum Schließen des Kältemittelpfades, wenn der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises während der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises gestoppt wird.
  17. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 16, ferner mit: Stoppen der Pumpe, nachdem die Schalteinheit (322) den Kältemittelpfad schließt, wenn der Betrieb des Clausius-Rankine-Kreises während der intermittierenden Steuerung des Clausius-Rankine-Kreises gestoppt wird.
  18. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, bei welchem die Schalteinheit auf einer Kältemitteleinlassseite der Expansionseinheit angeordnet ist.
  19. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, ferner mit Bestimmen der Last des Kühlkreises mittels einer Außenlufttemperatur (TAM).
  20. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, ferner mit Bestimmen der Last des Kühlkreises durch Kombinieren von Informationen zum Steuern der wärmeerzeugenden Einheit und Informationen zum Steuern des Kühlkreises.
  21. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 20, bei welchem die wärmeerzeugende Einheit ein Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug ist; die Informationen zum Steuern der wärmeerzeugenden Einheit wenigstens eine Größe einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, einer Außenlufttemperatur, einer Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors sind.
  22. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach Anspruch 20, bei welchem die Informationen zum Steuern des Kühlkreises wenigstens eine Größe einer Innentemperatur eines zu klimatisierenden Raums, einer in den Raum zu blasende Soll-Lufttemperatur, einer durch den Verdampfapparat gekühlten Lufttemperatur, eines Kältemitteldrucks im Kühlkreis sind.
  23. Steuerverfahren der Abwärmenutzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, ferner mit Bestimmen der Last des Kühlkreises mittels Informationen zum Steuern des Kühlkreises, wobei die Informationen wenigstens eine Größe einer Innentemperatur eines zu klimatisierenden Raums, einer Außenlufttemperatur, einer in den Raum zu blasenden Soll-Lufttemperatur, einer durch den Verdampfapparat gekühlten Lufttemperatur, eines Kältemitteldrucks im Kühlkreis enthalten.
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