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Dokumentenidentifikation DE602004007309T2 18.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001447249
Titel Fahrzeugklimaanlage
Anmelder Calsonic Kansei Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Hara, Junichiro c/o Calsonic Kansei Corpor, Nakano-ku Tokyo 164-8602, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 602004007309
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.01.2004
EP-Aktenzeichen 040005290
EP-Offenlegungsdatum 18.08.2004
EP date of grant 04.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse B60H 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B60H 1/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug entsprechend des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Es ist im Allgemeinen bekannt, dass die Klimatisierungsvorrichtung beim Kühlen arbeitet, um Wärme aus dem Kühlmittel, dass durch einen Kompressor komprimiert worden ist, nach außen durch einen außerhalb befindlichen Wärmetauscher für das Kühlmittel abzustrahlen. Wenn jedoch ein Fahrzeug an einem Stopp ist, wo die Geschwindigkeit des kühlenden Windes bemerkenswert klein für den außerhalb befindlichen Wärmetauscher ist, wird die Kühlwirkung beträchtlich verschlechtert.

Demzufolge haben wir früher einen Kühlmittelkreislauf vorgeschlagen, bei dem eine ausreichende Kühlleistung bewirkt werden könnte, selbst wenn der außerhalb befindliche Wärmetauscher in seiner Abstrahlungswirkung verschlechtert ist (Japanische Patentanmeldung Serien-Nr. 2001-212274). Entsprechend des Kühlmittelkreislaufes ist ein wassergekühlter Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme des Kühlmittels von hoher Temperatur und hohem Druck für das Motorkühlwasser zwischen dem Kompressor und dem außerhalb befindlichen Wärmetauscher angeordnet, um eine ähnliche Wirkung wie der außerhalb befindliche Wärmetauscher, der in seiner Abstrahlungswirkung verbessert ist, hervorzubringen. Demzufolge ist es, selbst wenn die Abstrahlungswirkung klein ist, möglich, die Kühlleistung eines Verdampfers sicher zu stellen.

Hierin ist zu beachten, dass wenn ein Motor startet, die Temperatur des Schmieröls innerhalb des Motors gemeinsam mit der Temperatur des Motors relativ niedrig ist. Dann wird die Reibung der Gleitteile des Motors erhöht, was die Wirksamkeit des Motors reduziert. In dem zuvor beschriebenen Kühlmittelkreislauf kann trotzdem, da das Erwärmen des Kühlwassers durch das Kühlmittel von einer hohen Temperatur erlaubt, die Reibung bereits in einem frühen Zustand zu reduzieren, die Aufwärmzeit für den Motor verkürzt werden, um seinen Kraftstoffverbrauch zu senken. Demzufolge kann, da die Wassertemperatur ebenfalls in einem frühen Zustand angehoben wird, die augenblickliche Wirkung eines Erwärmungszeitraumes verbessert werden.

In einer Klimatisierungsvorrichtung, die den zuvor beschriebenen Kühlmittelkreislauf verwendet, wird jedoch der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem Motorkühlwasser immer in dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher ausgeführt. Falls die Wassertemperatur des Motorkühlwassers bemerkenswert hoch ist, entsteht eine Möglichkeit, dass die Wassertemperatur als ein Ergebnis des Wärmeaustauschens an dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher weiter angehoben wird, so dass die Gleitteile des Motors wegen des unzureichenden Abkühlens des Motors beschädigt werden können (z. B. Einbrennen).

Aus der DE 198 18 649 A1 ist eine Klimatisierungsvorrichtung mit einem Kühlmittelkreislauf bekannt, der einen Kompressor, einen wassergekühlten Wärmetauscher, einen außerhalb befindlichen Kühlmittelwärmetauscher, einen Speicher und einen innerhalb befindlichen Kühlmittelwärmetauscher aufweist. Der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher tauscht Wärme zwischen dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes und dem Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufes aus. Es ist eine Bypassleitung vorgesehen, die den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher umgeht. Eine weitere Bypassleitung ist zum Umgehen des außerhalb befindlichen Kühlmittelwärmetauschers vorgesehen. Während des Kaltstarts des Motors des Fahrzeuges ist die Bypassleitung geschlossen und die Bypassleitung wird derart geöffnet, dass ein Hochdruck-Kühlmittel des Kompressors durch den Wärmetauscher, das Ausdehnungsventil und den innerhalb befindlichen Wärmetauscher strömt, was dazu führt, dass das Kühlwasser des Motors aufgewärmt wird. Wenn das Kühlwasser des Motors seine Arbeitstemperatur erreicht hat, läuft die Klimatisierungsvorrichtung unabhängig von dem Kühlwasserkreislauf des Motors in dem „normalen Kühlmodus".

Ein weiteres Klimatisierungssystem, das den Wärmeaustausch zwischen dem von dem Wärmetauscher abgegebenen Kühlmittel und dem Kühlmittel, das in den Kompressor strömt, ausführt, ist aus dem US 2001/0052238 A1 bekannt.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Auftreten von Defekten infolge des unzureichenden Abkühlens einer Antriebsquelle zum Antreiben eines Fahrzeuges, in einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug, wie oben angezeigt, zu verhindern, wo ein Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme des Kühlmittels von hoher Temperatur und hohem Druck für das Motorkühlwasser zwischen dem Kompressor und dem außerhalb befindlichen Wärmetauscher angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Klimatisierungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Bei der vorliegenden Klimatisierungsvorrichtung wird, wenn das Kühlwasser für die Antriebsquelle eine höhere als die vorbestimmte Temperatur hat, das Kühlwasser nicht in den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher eingeleitet. Demzufolge ist es, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht erhöht ist, möglich, ein Auftreten von Beschädigungen infolge von Festfressen der Gleitteile im Bereich der Antriebsquelle zum Antrieben des Fahrzeuges zu verhindern.

Die Klimatisierungsvorrichtung kann außerdem eine Wärmetauscher-Schalteinheit aufweisen, um wahlweise das Kühlmittels nach dem Wärmeaustausch an dem außerhalb befindlichen Wärmetauscher zu einem Strömungspfad für den innerhalb befindlichen Kühlmittelwärmetauscher oder zu einem anderen Strömungspfad, um den innerhalb befindlichen Kühlmittelwärmetauscher zu meiden, einzuleiten.

In dieser Konfiguration ist es durch Steuern der Wärmetauscher- Schalteinheit, so dass das Kühlmittel den außerhalb befindlichen Kühlmittelwärmetauscher an dem anfänglichen Zustand des Erwärmens meidet, möglich, die Geschwindigkeit der Vorrichtung beim Erwärmen zu verbessern, da der Wind der Klimatisierungsvorrichtung, der in den Fahrgastraum geführt wird, nicht abgekühlt wird.

Die Klimatisierungsvorrichtung kann außerdem aufweisen: einen innenseitigen Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch ausführt zwischen dem Kühlmittel, das von dem außenseitigen befindlichen Kühlmittelwärmetauscher abgegeben wird und dem Kühlmittel, das in den Kompressor strömt.

In dieser Konfiguration wird, da der im Inneren befindliche Wärmetauscher einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel mit hohem Druck und dem Kühlmittel mit einem niedrigen Druck ausführt, die Temperatur des Kühlmittels mit hohem Druck durch das Kühlen abgesenkt. Demzufolge ist es möglich, die Effektivität des Kühlmittelkreislaufes zu verbessern.

In der Klimatisierungsvorrichtung kann die Antriebsquelle zum Antrieben des Fahrzeuges einen Motor aufweisen.

Diese und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, genommen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, vollständiger deutlich, wobei:

1 eine schematische, strukturelle Ansicht einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel ist;

2 ein Diagramm ist, das die Öffnungs-/Schließzustand eines Ventils in den jeweiligen Betriebsmodi der Klimatisierungsvorrichtung von 1 zeigt; und

3 eine schematische, strukturelle Ansicht einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel ist.

Die Ausführungsbeispiele werden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische, strukturelle Ansicht einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel.

Die Klimatisierungsvorrichtung enthält einen Kompressor 1 für das Verdichten des Kühlmittels, einen Gaskühler 2 (als einen außerhalb befindlichen Kühlmittelwärmetauscher), der Wärme des durch den Kompressor 1 verdichteten Kühlmittels an die umgebende Luft austauscht, ein Drucksteuerventil 3 (als die Expansionseinheit) zum adiabatischen Expandieren des Kühlmittels nach dem Wärmeaustausch an dem Gaskühler 2, einen Verdampfer 4 (als der im Inneren befindliche Wärmetauscher), der Wärme des an dem Drucksteuerventil 3 expandierten Kühlmittels für den in den Fahrgastraum zugeführten Wind der Klimatisierungsvorrichtung austauscht, und einen Speicher 5 zum Separieren des Kühlmittels, das aus dem Verdampfer 4 ausströmt, in das Dampfphasen-Kühlmittel und in das Flüssigphasen-Kühlmittel. Durch die Vermittlung der Kühlmittelleitungsführung sind die Bestandteile (1, 2, 3, 4 und 5) in dieser Reihenfolge in Verbindung miteinander verbunden, was einen Kühlmittelkreislauf schafft.

Diese Bestandteile werden nachstehend im Detail beschrieben.

Infolge einer Antriebskraft von einem Elektro- oder einem Verbrennungsmotor verdichtet der Kompressor 1 ein Kühlmittel- Kohlendioxid in den Gasphasenzustand und gibt das Kühlmittel von einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu dem Gaskühler 2. In diesem Ausführungsbeispiel können, ohne dass auf einen besonderen Kompressor begrenzt wird, verschiedene Arten von Kompressoren als der Kompressor 1 verwendet werden, z. B. ein Kompressor des veränderbaren Verdrängungs-Typs, der sowohl die Abgaberate, als auch den Druck des Kühlmittels auf der Grundlage des Kühlmittelzustandes im Inneren des Kühlmittelkreislaufes steuert, ein Kompressor des veränderbaren Verdrängungs-Typs, der sowohl die Abgaberate, als auch den Druck des Kühlmittels durch die Erfassung des Kühlmittelzustandes extern erfasst, ein Kompressor mit einer Funktion, um seine Drehzahl mit einer konstanten Abgaberate und -druck zu steuern, etc.

Der Gaskühler 2 dient dazu, das Kühlmittel- Kohlendioxid von hoher Temperatur und hohem Druck, das durch den Kompressor 1 verdichtet worden ist, im Wärmeaustausch für die umgebende Luft etc. zu kühlen. Um die Wärmeaustauschwirkung zu unterstützen oder um diese Aktion selbst bei Stillstand des Fahrzeuges sicher zu stellen, ist des gaskühler 2 mit einem Kühllüfter 6 ausgerüstet. Z. B. ist der Gaskühler 2 an der vorderen Seite des Fahrzeuges angeordnet, um dem inneren Kühlmittel- Kohlendioxid zu gestatten, wenn möglich Wärme an die Außenluft abzustrahlen.

Das Drucksteuerventil 3 arbeitet, um den Druck des Kühlmittel-Kohlendioxids des Hochdrucks, weil es durch eine Druckminderungsbohrung hindurchgeht, zu reduzieren. Nicht nur die Druckminderung des Kühlmittel- Kohlendioxids, sondern das Drucksteuerventil 3 hat eine Funktion, um den Druck des Gaskühlers 2 auf seiner Ausgangsseite zu steuern, so dass Kühlmittel-Kohlendioxid, das durch das Ventil 3 druckgemindert worden ist, in den Verdampfer 4 in der Form von Gas-Flüssigkeits-Phasen strömt. Uneingeschränkt in diesem Ausführungsbeispiel gibt es z. B. ein Druckminderungsventil (z. B. ein Ventil, das in der offen gelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-206780 gezeigt ist), das ein Öffnungs-/Schließ-Arbeitsverhältnis der Druckminderungsbohrung durch elektrische Signale als das Drucksteuerungsventil 3 steuert.

Der Verdampfer 4 dient dazu, die in den Fahrgastraum einzublasende Kaltluft zu kühlen und ist in einem Gehäuse einer im Inneren des Fahrzeuges befindlichen Klimatisierungseinheit installiert. Innenluft oder Außenluft, die durch den Lüfter 7 geblasen wird, wird abgekühlt, weil sie durch den Verdampfer 4 hindurchgeht. Nachfolgend wird die so gekühlte Innen- oder Außenluft durch eine nicht-gezeigte Düse in die Richtung zu dem gewünschten Bereich des Fahrgastraumes ausgeblasen. D. h., das Kühlmittel- Kohlendioxid in der Gas- Flüssigkeitsphase, das durch das Drucksteuerventil 3 ausströmt, wird abgekühlt, wenn das Kühlmittel in dem Verdampfer 4 verdampft, während die latente Wärme der Innenluft aufgenommen wird.

Auf der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 4 in der Klimatisierungseinheit gibt es einen Heizerkern 8 (als die Innenseiten-Kühlwasserwärmetauscher), wo das Motorkühlwasser durch ein Rohr zirkuliert. Eine Luftmischklappe 9 ist vor dem Heizerkern 8 drehbar angeordnet. Wenn die Einlassluft erwärmt wird, wird die Luftmischklappe 9 in eine Richtung des Pfeils gedreht. Wenn die Einlassluft nicht erwärmt wird, wird die Luftmischklappe 9 in die entgegengesetzte Richtung gedreht.

Das Separieren des Kühlmittel-Kohlendioxids, das durch den Verdampfer 4 hindurchgeht, in ein Kühlmittel in einem Gasphasenzustand und ein Kühlmittel in einem Flüssigphasenzustand, führt der Speicher 5 nur das Kühlmittel in dem Gasphasenzustand zu dem Kompressor 1 zu, und speichert auch vorübergehend das Kühlmittel in dem Flüssigphasenzustand.

Zwischen dem Kompressor 1 und dem Verdampfer 4 ist ein Strömungspfad 10, um das von dem Kompressor 1 abgegebene Kühlmittel zu dem Drucksteuerventil 3 durch den Gaskühler 2 zu führen, durch ein Kühlmittelrohr gebildet. In den Strömungspfad 10 ist ein Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 zwischen den Kompressor 1 und den Gaskühler 2 für den Wärmeaustausch des Kühlmittels, das durch den Kompressor 1 verdichtet worden ist, mit dem Motorkühlwasser dazwischen gesetzt.

Das Motorkühlwasser zirkuliert in dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 durch eine Rohrleitungsführung. D. h., durch die Rohrleitungsführung gibt es aufeinanderfolgend, in dieser Reihenfolge mit einem Verbrennungsmotor 12 verbunden, den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11, den Heizerkern 8 und eine Wasserpumpe 13, die den Zirkulationskreislauf für das Motorkühlwasser bilden.

Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Anordnung gibt es außerdem ein vorbereitetes System, um einen Kühler 14 mit Motorkühlwasser zu versorgen. Somit gibt es durch ein Rohr, aufeinanderfolgend mit dem Motor 12 verbunden, den Kühler 14, ein Thermostat 15 und die Wasserpumpe 13 in dieser Reihenfolge, was dem Motorkühlwasser gestattet, in den Motor 12, nachdem es auf eine geeignete Temperatur zum Kühlen des Motors 12 abgekühlt worden ist, zurückgeführt zu werden. Das Thermostat 15 (als die Erfassungseinheit) hat eine Funktion, um die Temperatur des Kühlwasser, das in den Motor 12 strömt, zu erfassen.

Zwischen dem Kompressor 1 und dem Gaskühler 2 ist ein Strömungspfad 16 angeordnet, um das von dem Kompressor 1 abgegebene Kühlmittel zu dem Gaskühler 2 zu führen, während dem Kühlmittel gestattet wird, den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher zu meiden. An einem Abzweigpunkt zwischen dem Strömungspfad 16 und dem Strömungspfad 10, ist ein Ventil 17 (als eine Strömungspfad-Schalteinheit) angeordnet, um Kühlmittel wahlweise in entweder den Pfad 16 oder in den Pfad 10 einzuleiten.

Zwischen dem Gaskühler 2 und dem Speicher 5 ist ein Strömungspfad 18 angeordnet, um das Kühlmittel von dem gaskühler 2 zu dem Speicher 5 zu führen, während dem Kühlmittel gestattet wird, den Verdampfer 4 zu meiden. An dem Abzweigpunkt zwischen dem Strömungspfad 18 und dem Strömungspfad 10 ist ein Ventil 19 (als die Wärmetauscher- Schalteinheit) angeordnet, um Kühlmittel wahlweise in entweder den Pfad 18 oder in den Pfad 10 einzuleiten.

Zwischen dem Ventil 19 und dem Verdampfer 4 ist ein Verzweigungspfad 20 angeordnet, um einen Punkt P1 in dem Strömungspfad 10 auf der stromaufwärtigen Seite des Drucksteuerventils 3 mit einem Punkt P2 auf der stromabwärtigen Seite des Ventils 3 zu verbinden. Außerdem ist ein Ventil 21 als eine erste Expansions-Schalteinheit in den Verzweigungspfad 20 eingesetzt. Wenn das Ventil 21 geschlossen wird, geht das Kühlmittel, das in den Verdampfer 4 zugeführt wird, durch das Drucksteuerventil 3, Während beim Öffnen des Ventils das Kühlmittel das Drucksteuerventil 3 meidet.

Der Strömungspfad ist zwischen dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 und dem Gaskühler 2 mit einem Drucksteuerventil 22 (als die Wärmeexpansionseinheit) versehen, das eine adiabatische Ausdehnung des zu dem Gaskühler 2 zugeführten Kühlmittels gestattet. Das Drucksteuerventil 22 hat den ähnlichen Aufbau wie den des Drucksteuerventils 3.

Der Strömungspfad 16 ist zwischen seinen Schnittpunkten P3 und P4, die beide mit dem Strömungspfad 10 schneiden, mit einem Ventil 23 (als eine Wärmeexpansionseinheit-Schalteinheit) versehen. Das zu dem Gaskühler 2 zugeführte Kühlmittel geht, wenn das Ventil 23 schließt, durch das Drucksteuerventil 22 hindurch. Während, wenn das Ventil 23 öffnet, das Kühlmittel das Drucksteuerventil 22 meidet.

Es ist zu beachten, dass das Bezugszeichen 24 eine Steuerungseinheit bezeichnet (eine Steuerung), die durch einen Mikrorechner aufgebaut ist und der die Steuerung der gesamten Klimatisierungsvorrichtung auf der Grundlage des in dem ROM gespeicherten Programms berechnet. In einem Anfangszustand des Klimatisierens und auch in dem Normalzustand steuert die Steuerung 24, wie in der 2 gezeigt, die Ventile 17, 19, 21 und 23 bei ihrem Öffnen oder Schließen.

Nur wenn die durch den Thermostat 15 erfasste Temperatur geringer als ein vorbestimmter Wert (eine vorbestimmte Temperatur) ist, steuert die Steuerung 24 das Ventil 17, so dass das von dem Kompressor 1 abgegebene Kühlmittel zu dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher geführt wird. Der oben vorbestimmte Wert wird begründet, um eine Temperatur zu sein, die dann, wenn die Temperatur des Kühlwassers den zuvor beschriebenen Wert überschreitet, den Motor unzureichend kühlt, was einen Defekt, z. B. das Einbrennen von Gleitteilen, verursachen kann.

In der Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die aufgebaut ist, wie oben beschrieben, ist es, da das Kühlmittel von hoher Temperatur und hohem Druck, das von dem Kompressor 1 abgegeben wird, bei Erwärmung Wärme zu dem Motorkühlwasser durch den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 abstrahlt und es durch das Drucksteuerventil 22 entspannt, für den Gaskühler 2 möglich, eine große Wärmemenge zu absorbieren, wodurch das Erwärmen mit hoher Wirksamkeit ausgeführt werden kann.

Da außerdem das durch den Kompressor 1 unter Druck gesetzte Kühlmittel das Motorkühlwasser erwärmt, wird die Temperatur des Kühlwassers erhöht. Beim Starten des Fahrzeuges im Winter ist die Temperatur des Kühlwassers im Allgemeinen so niedrig, um eine Temperatur der umgebenden Luft zu sein. Dies erfordert, das Motorkühlwasser bis zu ungefähr 85 °C aufzuwärmen, was einen höheren Kraftstoffverbrauch als üblich erfordert. Trotzdem wird entsprechend der Klimatisierungsvorrichtung des Ausführungsbeispieles, da das Motorkühlwasser durch die Wärme, die aus der umgebenden Luft absorbiert wird, und durch Antriebswärme, die von dem Kompressor 1 zugeführt wird, erwärmt wird, die Temperatur des Motorkühlwassers früher als üblich angehoben, wodurch es möglich wird, einen Zeitraum des erhöhten Kraftstoffverbrauchs des Motors zu verkürzen.

Wenn der Motor in der Temperatur niedrig ist, ist die Temperatur des Schmieröls im Inneren des Motors auch niedrig, so dass die Reibung der Motorgleitteile groß wird, was die Effizienz des Motors reduziert. Jedoch kann entsprechend des Ausführungsbeispieles die Reibung in einem frühen Zustand reduziert werden, da das Motorkühlwasser erwärmt wird.

Da zusätzlich die Temperatur des Motorkühlwassers schnell angehoben wird, wird die Wärmespeicherfähigkeit des Heizerkerns 8 verbessert, um ein schnelles Erwärmen des Fahrgastraumes zu gestatten. Somit ist es möglich die Annehmlichkeit in dem Fahrgastraum und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

Im Anfangszustand des Erwärmens wird, da das Kühlmittel den Verdampfer 4 meidet, der in den Fahrgastraum zugeführte Wind der Klimatisierungsvorrichtung nicht abgekühlt, so dass die Temperatur in dem Fahrgastraum schnell ansteigt. Danach wird das Kühlmittel, das den Verdampfer 4 meidet, in das flüssige Kühlmittel und in das gasförmige Kühlmittel in dem Speicher 4 separiert. Hauptsächlich wird das gasförmige Kühlmittel in den Kompressor 1 gesaugt.

Im Normalzustand des Erwärmens wird das Kühlmittel, das Wärme an dem gaskühler 2 absorbiert, zu dem Verdampfer 4, ohne durch das Drucksteuerventil 3 hindurchzugehen, zugeführt. Dann wird das Kühlmittel, das Wärme an dem Verdampfer 4 absorbiert, an dem Speicher in flüssiges Kühlmittel und in gasförmiges Kühlmittel separiert.

Hauptsächlich wird das gasförmige Kühlmittel in den Kompressor 1 gesaugt. Dieser Betriebsmodus ist der so genannte „Entfeuchtungs-/Erwärmungs-Modus", wo der Wind der Klimatisierungsvorrichtung entfeuchtet wird 5, da das Kühlmittel Wärme aus dem in den Fahrgastraum zugeführten Wind der Klimatisierungsvorrichtung absorbiert. Außerdem ist es auch möglich, die Temperatur um einen Fahrgast zwischen der oberen und der unteren Seite desselben zu differenzieren, indem dem Wind der Klimatisierungsvorrichtung gestattet wird, an dem Verdampfer 4 (abgekühlt zu werden (z. B., um den Kopf des Fahrgastes zu kühlen, aber seine Füße zu erwärmen).

In dem Anfangszustand des Kühlens strahlt das durch den Kompressor 1 verdichtete Kühlmittel Wärme zu dem Motorkühlwasser an dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 und strahlt auch Wärme an den Gaskühler 2, nachdem das Drucksteuerventil 22 vermieden worden ist. danach wird das Kühlmittel durch das Drucksteuerventil 3 entspannt und strömt anschließend in den Verdampfer 4. Auf diese Weise wird, da der Kühlmittelkreislauf begründet ist, so dass das Kühlmittel auf der Hochdruckseite Wärme an den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 abstrahlt, der endothermische Betrag an dem Verdampfer 4 erhöht. Demzufolge wird es möglich, die Temperatur des Windes der Klimatisierungsvorrichtung überdies zu vermindern, was ein schnelles Abkühlen des Inneren des Fahrgastraumes gestattet. Dann wird das Kühlmittel, das Wärme absorbiert, an dem Verdampfer 4 in flüssiges Kühlmittel und in gasförmiges Kühlmittel separiert und das gasförmige Kühlmittel wird in den Kompressor 1 gesaugt.

In dem Normalzustand des Kühlens strömt das Kühlmittel, das durch den Kompressor 1 verdichtet worden ist, in den gaskühler 2, während der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 und das Drucksteuerventil 22 vermieden wird. Der anschließende Fluss des Kühlmittels ist zu dem des Anfangszustandes des Kühlens ähnlich.

Z. B. wird die Entscheidung, ob die Klimatisierungsvorrichtung in dem Anfangszustand oder in dem Normalzustand ist, durch das Entscheiden ausgeführt, ob ein Unterschied zwischen der Raumtemperatur und der voreingestellten Temperatur geringer als ein vorbestimmter Wert ist, oder nicht. In Abhängigkeit von anderen Entscheidungen kann es ein Verfahren des Entscheidens geben, ob die Raumtemperatur innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist, ob ein Verfahren des Entscheidens der Temperatur des Kühlwassers größer als ein vorbestimmter Wert ist, etc, oder nicht. Es ist zu beachten, dass die zuvor erwähnten Betriebsmodi nicht immer nur auf den Anfangs- oder auf den Normalzustand beim Erwärmen oder beim Abkühlen fixiert sind und demzufolge es möglich ist, einen geeigneten Betriebsmodus entsprechend der tatsächlichen Situation in dem Fahrgastraum auszuwählen. Wenn z. B. die Abgabetemperatur des Kühlmittels auf der Hochdruckseite beim Kühlen größer als ein zuvor festgelegter Wert ist, kann die Vorrichtung trotz der Bestimmung des Normalzustandes in den Betriebsmodus für den Anfangszustand gesteuert werden. Alternativ kann es ausgeführt werden, dass, wenn es automatische erfasst wird, dass eine Windschutzscheibe trotz des Bestimmens des Anfangszustandes beim Erwärmen beschlägt, oder wenn der Fahrgast den Entfrostermodus einstellt, die Vorrichtung in dem Betriebsmodus für den Normalzustand gesteuert wird, um den Fahrgastraum zu entfeuchten.

Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles wird bei bestimmten Umständen, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers größer als ein vorbestimmter Wert ist, die Position des Ventiles 17 geschaltet, um dem von dem Kompressor 1 abgegebenen Kühlmittel zu gestatten, den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 zu meiden. Dann ist es ohne die Temperatur des Kühlwassers anzuheben möglich, das Auftreten von Problemen, z. B. das festfressen von Gleitteilen in einem Motor zu verhindern.

Da die Klimatisierungsvorrichtung des Ausführungsbeispieles aufgebaut ist, um das Kühlwasser zu erwärmen, können die folgenden Wirkungen erhalten werden.

Zuerst ist es möglich, eine hohe Wärmeleistung für die Vorrichtung zu realisieren, ohne Veränderungen in einer vorhandenen, im Inneren befindlichen Klimatisierungseinheit vorzunehmen. Während es dann, wenn es erforderlich ist, die Wärmeleistung durch direktes Erwärmen der Luft zu verbessern, notwendig ist, die Vorrichtung mit einem Sub-Kondensator oder einem Sub-Kühler zu versehen. Jedoch wird es beachtet, dass die Klimatisierungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispieles von solch einer Sub- Einheit entbindet.

Zweitens ist es, da die Temperatur des Motorkühlwassers hoch ist, in dem Fall, dass die Klimatisierungsvorrichtung als eine Wärmepumpe verwendet wird, um Wärme aus der umgebenden Luft hoch zu pumpen, möglich, die Vorrichtung dazu zu bringen, als ein Heizer zu funktionieren, um den Wärmetauscher zu entfrosten.

Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. 3 zeigt eine schematische, strukturelle Ansicht der Klimatisierungsvorrichtung in Übereinstimmung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Es ist zu beachten, dass Bauteile, die zu denen in dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich sind, jeweils mit denselben Bezugszahlen bezeichnet werden und demzufolge werden ihre überlappende Beschreibungen beseitigt.

Entsprechend des zweiten Ausführungsbeispieles ist die Klimatisierungsvorrichtung mit einem innenseitigen Wärmetauscher 25 versehen, der einen Wärmeaustausch zwischen dem von dem Gaskühler 2 abgegebenen Kühlmittel und dem Kühlmittel, das in den Kompressor 1 strömt, ausführt. Der innere Wärmetauscher 25 ist in dem Strömungspfad 10 zwischen dem Gaskühler 2 und dem Ventil 19 angeordnet. Während des Betriebs durch den Strömungspfad 26 strömt das Kühlmittel, das aus dem Speicher 5 strömt, in den innenseitigen Wärmetauscher 25 im Wärmeaustausch mit dem von dem Gaskühler 2 abgegebenen Kühlmittel hinein und danach strömt das Kühlmittel durch den Strömungspfad 26 in den Kompressor 1.

Infolge des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel auf der Hochdruckseite und dem Kühlmittel auf der Niederdruckseite wird die endothermische Größe des Verdampfers 4 beim Kühen erhöht, um die Kühlwirkung zu verbessern. Es ist beim Erwärmen zu beachten, dass beide Kühlmittel, die in den innenseitigen Wärmetauscher 25 strömen, gemeinsam Kühlmittel auf der Niederdruckseite sind und demzufolge der Wärmeaustausch zwischen den Kühlmitteln beträchtlich kleiner ist. Somit gibt es, da die Temperatur des Kühlmittels auf der Hochdruckseite nicht abfällt, keine Möglichkeit, dass die Wärmeleistung der Vorrichtung verschlechtert wird.

Gemeinsam mit den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen kann, obwohl der Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher 11 vorgesehen werden kann, um einen Wärmeaustausch des Kühlmittels für das Kühlwasser für ein „Fahrzeug, das fährt" auszuführen, eine Antriebsquelle neben einem Motor, z. B. ein Brennstoffzellenstapel vorgesehen werden.

Es ist zu beachten, dass dann, wenn die Antriebsquelle für ein Fahrzeug, z. B. ein Brennstoffzellenstapel ist, die Temperatur des Brennstoffzellenstapels rasch erhöht werden kann, da das Kühlwasser erwärmt wird. Im Detail wird es für den Brennstoffzellenstapel möglich, eine Temperaturzone zu erreichen, wo das Fahrzeug früh in seinen fahrbereiten Zustand gebracht wird.


Anspruch[de]
Klimatisierungsvorrichtung für ein Fahrzeug, aufweisend:

einen Kühlmittelkreislauf, enthaltend einen Kompressor (1) zum Komprimieren eines Kühlmittels, einen außenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (2) zum Wärmeaustausch des durch den Kompressor (1) komprimierten Kühlmittels mit der umgebenden Luft, eine Expansionseinheit (3) zum Expandieren des Kühlmittels nach dem Wärmeaustausch an dem äußeren Kühlmittel-Wärmetauscher (2), einen innenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (4) zum Wärmeaustausch des durch die Expansionseinheit (3) expandierten Kühlmittels mit klimatisierendem Wind, der in einen Fahrgastraum zugeführt wird, und eine Rohrleitung, die den Kompressor (1), die Kühlmittel-Wärmetauscher (2, 4) und die Expansionseinheit (3) miteinander verbindet;

einen Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher (11), angeordnet zwischen dem Kompressor (1) und dem außenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (2), um Wärme des Kühlmittels, abgegeben von dem Kompressor (1), mit Kühlwasser einer Antriebsquelle (12) zum Antreiben des Fahrzeuges auszutauschen;

eine Strömungspfad-Schalteinheit (17) zum wahlweise Einleiten des von dem Kompressor (1) abgegebenen Kühlmittels zu entweder einem Strömungspfad für den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher (11) oder einem anderen Strömungspfad (16), um den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher (11) zu meiden;

eine Erfassungseinheit (15) zum Erfassen einer Temperatur des Kühlwassers, das in die Antriebsquelle (12) fließt; und

eine Steuereinheit (24) zum Steuern der Strömungspfad-Schalteinheit (17) in einer Weise, dass das von dem Kompressor (1) abgegebene Kühlmittel in den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher (11) eingeleitet wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers gleich zu oder niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist und dass das von dem Kompressor (1) abgegebene Kühlmittel den Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher (11) meidet, wenn die Temperatur des Kühlwassers höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.

gekennzeichnet durch

eine erste Expansions-Schalteinheit (21) zum wahlweise Einleiten des in den innenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (4) zugeführten Kühlmittels zu entweder einem Strömungspfad für die Expansionseinheit (3) oder einem anderen Strömungspfad, um die Expansionseinheit (3) zu meiden; eine Erwärmungs-Expansionseinheit (22), angeordnet zwischen dem Wasser-Kühlmittel-Wärmetauscher (11) und dem außenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (2), um das in den außenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (2) zugeführte Kühlmittel zu expandieren; und

eine zweite Expansions-Schalteinheit (23) zum wahlweisen Einleiten des in den außenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (2) zugeführten Kühlmittels zu entweder einem Strömungspfad für die Erwärmungs-Expansionseinheit (22), oder einem anderen Strömungspfad, um die Erwärmungs-Expansionseinheit (22) zu meiden.
Klimatisierungsvorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wärmetauscher-Schalteinheit (19) zum wahlweise Einleiten des Kühlmittels nach dem Wärmeaustausch an dem außenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (2) zu entweder einem Strömungspfad (10) für den innenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (4) oder einem anderen Strömungspfad (189, um den innenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (4) zu meiden. Klimatisierungsvorrichtung für das Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen inneren Wärmetauscher (25), der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel, abgegeben von dem außenseitigen Kühlmittel-Wärmetauscher (2) und dem Kühlmittel, das in den Kompressor (1) fließt, ausführt. Klimatisierungsvorrichtung für das Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsquelle (12) zum Antrieben des Fahrzeuges ein Motor ist.






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