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DE102007016298A1 - Wärmepumpenkreislaufvorrichtung - Google Patents

Wärmepumpenkreislaufvorrichtung Download PDF

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DE102007016298A1
DE102007016298A1 DE102007016298A DE102007016298A DE102007016298A1 DE 102007016298 A1 DE102007016298 A1 DE 102007016298A1 DE 102007016298 A DE102007016298 A DE 102007016298A DE 102007016298 A DE102007016298 A DE 102007016298A DE 102007016298 A1 DE102007016298 A1 DE 102007016298A1
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DE
Germany
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refrigerant
heat
water
fluid
heat exchanger
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102007016298A
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English (en)
Inventor
Satoshi Kariya Itoh
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 Wärmepumpenkreislaufvorrichtung (1) umfasst einen Kompressor (1) zum Ansaugen und Komprimieren von Kältemittel, einen ersten Hochdruckwärmeaustauscher (2), der angeordnet ist, um ein erstes Fluid, das in einem ersten Fluidkreis (W1) zirkuliert, unter Verwendung von Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor abgegeben wird, zu erwärmen, einen zweiten Hochdruckwärmetauscher (3), zum Erwärmen eines zweiten Fluids, das in einem zweiten Fluidkreis (W2) zirkuliert, unter Verwendung von Hochdruckkältemittel, das aus dem ersten Hochdruckwärmeaustauscher strömt, einen ersten Heizungswärmeaustauscher (59), der angeordnet ist, um ein drittes Fluid unter Verwendung des ersten Fluids zu erwärmen, einen zweiten Heizungswärmeaustauscher (60), der angeordnet ist, um das dritte Fluid unter Verwendung des zweiten Fluids zu erwärmen, eine Dekomprimierungseinheit (7, 10), die angeordnet ist, um das Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren, das aus dem zweiten Hochdruckwärmeaustauscher strömt, und einen Niederdruckwärmeaustauscher (4, 8) zum Verdampfen von Niederdruckkältemittel, das von der Dekomprimierungseinheit dekomprimiert wird. Da die ersten und zweiten Hochdruckwärmeaustauscher angeordnet sind, kann der Kreislaufwirkungsgrad verbessert werden.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, in der Wärme von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite transportiert wird.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • US-A-6 574 977-B2 (entspricht JP-A-2002-98430) beschreibt eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, die umfasst: einen ersten Hochdruckwärmeaustauscher, in dem Hochdruckkältemittel mit einem ersten Fluid Wärme austauscht, und einen zweiten Hochdruckwärmeaustauscher, in dem Hochdruckkältemittel, das aus dem ersten Hochdruckwärmeaustauscher strömt, mit einem zweiten Fluid, das eine niedrigere Temperatur als die des ersten Fluids hat, Wärme austauscht. Folglich ist eine von der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung erhaltene Wärmemenge die Summe einer von dem ersten Hochdruckwärmeaustauscher erhaltenen Wärmemenge und einer von dem zweiten Hochdruckwärmeaustauscher erhaltenen Wärmemenge.
  • Außerdem beschreibt JP-A-2002-98430 eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, die für eine Klimaanlage verwendet wird, in der ein innerer Wärmeaustauscher in einer Kühlungsbetriebsart als ein Verdampfer (Niederdruckwärmeaustauscher) und in einer Heizungsbetriebsart als ein Kältemittestrahler (Hochdruckwärmeaustauscher) verwendet wird. Da der innere Wärmeaustauscher jedoch sowohl für den Verdampfer als auch den Kältemittelstrahler verwendet wird, wird kondensiertes Wasser, das auf dem inneren Wärmeaustauscher während der Kühlungsbetriebsart oder einer Entfeuchtungsbetriebsart erzeugt wird, erwärmt und in der Heizungsbetriebsart verdampft und wird zusammen mit Luft in den Fahrzeugraum geblasen, wodurch leicht ein Beschlag auf einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs verursacht wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Angesichts der vorangehenden Probleme, ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung bereitzustellen, welche den Kreislaufwirkungsgrad wirksam verbessern kann.
  • Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine für eine Klimaanlage verwendete Wärmepumpenkreislaufvorrichtung bereitzustellen, welche den Kreislaufwirkungsgrad in wirksam verbessern kann.
  • Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugklimaanlage mit einer Wärmepumpenkreislaufvorrichtung bereitzustellen, welche den Kreislaufwirkungsgrad verbessern kann, während ein Beschlag auf einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs verhindert wird.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung: einen Kompressor zum Ansaugen und Komprimieren von Kältemittel; einen ersten Hochdruckwärmeaustauscher, der derart angeordnet ist, daß er ein erstes Fluid, das in einem ersten Fluidkreis zirkuliert, unter Verwendung von Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor abgegeben wird, erwärmt; einen zweiten Hochdruckwärmeaustauscher, der derart angeordnet ist, daß er ein zweites Fluid erwärmt, das in einem zweiten Fluidkreis zirkuliert, wobei er das Hochdruckkältemittel verwendet, das aus dem ersten Hochdruckwärmeaustauscher strömt; einen ersten Heizungswärmeaustauscher, der derart angeordnet ist, daß er ein drittes Fluid unter Verwendung des ersten Fluids erwärmt; einen zweiten Heizungswärmeaustauscher, der derart angeordnet ist, daß er das dritte Fluid unter Verwendung des zweiten Fluids erwärmt; eine Dekomprimierungseinheit, die derart angeordnet ist, daß sie das Hochdruckkältemittel, das aus dem zweiten Hochdruckwärmeaustauscher strömt, dekomprimiert; und einen Niederdruckwärmeaustauscher, der derart angeordnet ist, dass er Niederdruckkältemittel, das von der Dekomprimierungseinheit dekomprimiert wird, verdampft. Folglich kann der Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs unter Verwendung der ersten und zweiten Hochdruckwärmeaustauscher und der ersten und zweiten Heizungswärmeaustauscher verbessert werden.
  • Da der erste und zweite Heizungswärmeaustauscher außerdem getrennt von dem Niederdruckwärmeaustauscher aufgebaut sind, welcher als Kühlungswärmeaustauscher verwendet wird, wird der Niederdruckwärmeaustauscher nicht umgeschaltet, um als ein Kältemittelstrahler betrieben zu werden. Daher kann dies verhindern, dass eine Windschutzscheibe aufgrund der Verdampfung von Kondenswasser auf dem Niederdruckwärmeaustauscher während einer Heizungsbetriebsart beschlagen wird, wenn der Wärmepumpenkreislauf für eine Klimaanlage verwendet wird.
  • Zum Beispiel kann der erste Heizungswärmeaustauscher in einer Strömungsrichtung des dritten Fluids stromabwärtig von dem zweiten Heizungswärmeaustauscher angeordnet sein, oder der erste Hochdruckwärmeaustauscher kann einen Kältemitteldurchgang haben, der sich zu einem Kältemitteldurchgang des zweiten Hochdruckwärmeaustauschers erstreckt. Außerdem kann eine Wärmeerzeugungseinheit in dem ersten Fluidkreis angeordnet sein, und/oder eine Wärmeerzeugungseinheit kann in dem zweiten Fluidkreis angeordnet sein.
  • Alternativ kann das Hochdruckkältemittel als eine erste Wärmequelle verwendet werden. In diesem Fall kann die zweite Wärmequelle in dem ersten Fluidkreis angeordnet sein, um eine Wärmemenge an das erste Fluid zuzuführen, und eine dritte Wärmequelle kann in dem zweiten Fluidkreis angeordnet sein, um eine Wärmemenge, die kleiner als die von der zweiten Wärmequelle zugeführte Wärmemenge ist, an das zweite Fluid zuzuführen.
  • Alternativ kann die Dekomprimierungseinheit umfassen: einen ersten Dekomprimierungsabschnitt zum Dekomprimieren des Hochdruckkältemittels von dem zweiten Hochdruckwärmeaustauscher in einer ersten Betriebsart und einen zweiten Dekomprimierungsabschnitt zum Dekomprimieren des Hochdruckkältemittels, das den ersten Dekomprimierungsabschnitt umgeht, in einer zweiten Betriebsart. In diesem Fall umfasst der Niederdruckwärmeaustauscher einen ersten Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels, das in der ersten Betriebsart in dem ersten Dekomprimierungsabschnitt dekomprimiert wird, und einen zweiten Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels, das in der zweiten Betriebsart in dem zweiten Dekomprimierungsabschnitt dekomprimiert wird.
  • Außerdem kann die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung geeignet für eine Fahrzeugklimaanlage oder eine Klimaanlage für andere Anwendungen verwendet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen leichter ersichtlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, in welchen:
  • 1 ein schematisches Diagramm ist, das eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine integrierte Einheit aus ersten und zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschern der ersten Ausführungsform zeigt, in denen das Kältemittel mit Wasser Wärme austauscht;
  • 3 ein p-h-Diagram (Diagramm von Druck und spezifischer Enthalpie) des Wärmepumpenkreislaufs gemäß der ersten Ausführungsform ist;
  • 4 ein schematisches Diagramm ist, das eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 5 ein p-h-Diagram (Diagramm von Druck und spezifischer Enthalpie) eines Wärmepumpenkreislaufs in einem Vergleichsbeispiel ist.
  • Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • (Erste Ausführungsform)
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung der vorliegenden Erfindung typischerweise für eine Klimaanlage für ein Fahrzeug verwendet und wird bereitgestellt, um einen Kreislaufwirkungsgrad zu verbessern, während sie eine zusätzliche Heizfunktion hat.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung einen Kältemittelkreislauf R, in dem Kältemittel zirkuliert, und einen ersten Wasserkreis W1, in dem Motorkühlwasser als ein erstes Fluid zirkuliert, und einen zweiten Wasserkreis W2, in dem Wasser als ein zweites Fluid zirkuliert. In dieser Ausführungsform sind der erste Wasserkreis W1 und der zweite Wasserkreis W2 unabhängig voneinander ausgebildet. Der erste Wasserkreis W1 und der zweite Wasserkreis W2 können jedoch teilweise miteinander verbunden sein.
  • Zuerst wird der Kältemittelkreislauf R beschrieben. In dem Kältemittelkreislauf R von 1 saugt ein Kompressor 1 niederdruckseitiges Kältemittel an, komprimiert es und gibt komprimiertes Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel ab. Ein erster Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher (erster Hochdruckwärmeaustauscher) 2 ist derart angeordnet, dass er den Wärmeaustausch zwischen dem von dem Kompressor 1 abgegebenen Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel und dem in dem ersten Wasserkreis W1 zirkulierenden Motorkühlwasser durchführt. Außerdem ist ein zweiter Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher (zweiter Hochdruckwärmeaustauscher) 3 derart angeordnet, dass er den Wärmeaustausch zwischen dem aus dem ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher strömenden Hochdruckkältemittel und dem in dem zweiten Wasserkreis W2 zirkulierenden Wasser durchführt.
  • 2 zeigt den ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 und den zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3, in denen Kältemitteldurchgänge 2a, 3a integral ausgebildet sind. Der erste Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 umfasst den Kältemitteldurchgang 2a, in dem Kältemittel strömt, und einen Wasserdurchgang 2b, in dem Motorkühlwasser des ersten Wasserkreises W1 strömt. Der erste Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 ist derart bereitgestellt, dass der Kältemitteldurchgang 2a und der Wasserdurchgang 2b thermisch in Kontakt miteinander sind, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Motorkühlwasser durchzuführen. Ebenso umfasst der zweite Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 einen Kältemitteldurchgang 3a, in dem das Hochdruckkältemittel strömt, und einen Wasserdurchgang 3b, in dem Wasser des zweiten Wasserkreises W2 strömt. Der zweite Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 ist derart bereitgestellt, dass der Kältemitteldurchgang 3a und der Wasserdurchgang 3b thermisch in Kontakt miteinander sind, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Wasser durchzuführen. In dieser Ausführungsform sind die Kältemitteldurchgänge 2a, 3a, wie in 2 gezeigt, mit einem sich durchgehend erstreckenden Rohr aufgebaut, das sich durchgehend zwischen dem ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 und dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 erstreckt. Daher sind die ersten und zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2, 3 durch die Kältemitteldurchgänge 2a, 3a zusammengeschlossen.
  • Ein Heizungsexpansionsventil (Dekomprimierungseinheit zum Heizen) 10 ist angeordnet, um das Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren, das während einer Heizungsbetriebsart zum Heizen eines Fahrzeugraums aus dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 strömt. In Gegensatz dazu ist während einer Kühlungsbetriebsart zum Kühlen des Fahrzeugraums ein Kühlungsumgehungsventil 11 geöffnet, so dass Kältemittel das Heizungsexpansionsventil 10 umgeht. Daher dekomprimiert das Heizungsexpansionsventil während der Kühlungsbetriebsart kein Kältemittel. Ein äußerer Wärmeaustauscher 4, der außerhalb eines Klimaanlagengehäuses angeordnet ist, wird während der Heizungsbetriebsart als ein Verdampfer verwendet. Während der Heizungsbetriebsart verdampft der äußere Wärmeaustauscher 4 Niederdruckkältemittel, das in dem Heizungsexpansionsventil 10 dekomprimiert wird, durch Aufnehmen von Wärme aus der Außenluft. Im Gegensatz dazu wird der äußere Wärmeaustauscher 4 während der Kühlungsbetriebsart als ein Gaskühler zum Kühlen von Hochdruckkältemittel aus dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 verwendet.
  • Wie in 1 gezeigt, ist ein elektrischer Ventilator 15 derart angeordnet, dass er Luft auf den äußeren Wärmeaustauscher 4 und einen Wasserstrahler 54 zu bläst. Ein Dreiwegeventil 5 ist stromabwärtig von dem äußeren Wärmeaustauscher 4 angeordnet, um eine Kältemittelströmungsrichtung in der Heizungsbetriebsart und der Kühlungsbetriebsart umzuschalten. Wenn das Dreiwegeventil 5 in eine Kältemittelströmungsrichtung für die Heizungsbetriebsart geschaltet ist, fließt Kältemittel von dem Dreiwegeventil 5 entlang der durchgezogenen Linie in 1, so dass Kältemittel von dem Dreiwegeventil 5 in einen Sammler (Gas-Flüssigkeitsabscheider) 9 strömt.
  • Der Sammler 9 trennt das aus dem äußeren Wärmeaustauscher 4 herausströmende Kältemittel in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel, und das getrennte gasförmige Kältemittel wird in eine Kältemittelansaugseite des Kompressors 1 gesaugt. Ein Restkältemittel in dem Kältemittelkreislauf R wird in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider 9 als flüssiges Kältemittel gespeichert.
  • Wenn das Dreiwegeventil 5 in eine Kältemittelströmungsrichtung für die Kühlungsbetriebsart geschaltet ist, fließt Kältemittel aus dem Dreiwegeventil 5 entlang der gestrichelten Linie in 1, so dass das Kältemittel aus dem Dreiwegeventil 5 in ein Kühlungsexpansionsventil 7 strömt. Das Kühlungsexpansionsventil 7 dekomprimiert während der Kühlungsbetriebsart Hochdruckkältemittel von dem äußeren Wärmeaustauscher 4.
  • Ein Verdampfer 8 ist ein innerer Wärmeaustauscher (Niederdruckwärmeaustauscher), der im Inneren des Klimaanlagengehäuses angeordnet ist, und kühlt hindurch tretende Luft (drittes Fluid). Der Verdampfer 8 verdampft Niederdruckkältemittel, das in dem Kühlungsexpansionsventil 7 dekomprimiert wird durch Aufnehmen von Wärme aus Luft, die während der Kühlungsbetriebsart durch den Verdampfer 8 hindurch tritt. Daher kann während der Kühlungsbetriebsart Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, von dem Verdampfer 8, der in dem Klimaanlagengehäuse angeordnet ist, gekühlt werden. Das aus dem Verdampfer 8 strömende Kältemittel wird durch den Sammler 9 in die Kältemittelansaugseite des Kompressors 1 gesaugt, so dass Kältemittel wiederum in dem Kältemittelkreislauf R zirkuliert.
  • Ein innerer Wärmeaustauscher 6 kann als eine Wärmerückgewinnungseinheit zwischen dem Sammler 9 und dem Kompressor 1 angeordnet sein. Der innere Wärmeaustauscher 6 umfasst einen ersten Kältemitteldurchgang 6a, in dem in der Kühlungsbetriebsart aus dem äußeren Wärmeaustauscher 4 strömendes Kältemittel strömt, und einen zweiten Kältemitteldurchgang, in dem aus dem Verdampfer 8 strömendes gasförmiges Kältemittel strömt, um in den Kompressor 1 gesaugt zu werden. Daher wird während der Kühlungsbetriebsart zwischen dem Niederdruckkältemittel, das durch den zweiten Kältemitteldurchgang 6b zu dem Kompressor 1 gesaugt werden soll, und dem durch den ersten Kältemitteldurchgang 6a strömenden Hochdruckkältemittel, Wärme ausgetauscht, wodurch die Temperatur (Enthalpie) des Kältemittels, das in den Kompressor 1 gesaugt werden soll, erhöht wird. In dieser Ausführungsform kann zum Beispiel Kohlendioxid als das Kältemittel verwendet werden. In diesem Fall ist der Kältemittelkreislauf R ein superkritischer Kältemittelkreislauf, in dem der Druck des hochdruckseitigen Kältemittels vor dem Komprimieren gleich oder höher als der kritische Druck des Kältemittels wird.
  • Als nächstes wird der erste Wasserkreis W1 mit dem ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 beschrieben. Ein Motor 52 für den Betrieb eines Fahrzeugs wird als eine Wärmequelle verwendet. Daher wird Motorkühlwasser (heißes Wasser) durch die von dem Motor 52 erzeugte Wärme erwärmt und zirkuliert in dem ersten Wasserkreis W1. Wie in 1 gezeigt, sind in dem ersten Wasserkreis W1 erste und zweite Wasserpumpen 53, 56 angeordnet, um Wasser in dem ersten Wasserkreis W1 zu zirkulieren.
  • Ein direkt mit dem Motor 52 verbundener Wasserweg ist mit der ersten Wasserpumpe 53 versehen. Im Gegensatz dazu ist die zweite Wasserpumpe 56 in einem Wasserweg zwischen dem Motor 52 und dem ersten Warmwasserbereiter 59 angeordnet, um mit dem ersten Warmwasserbereiter 59 verbunden zu werden. Ein Wasserstrahler 54 dient zum Kühlen des Motorkühlwassers, das aus dem Motor 52 strömt. Außerdem ist ein Wasserumleitungsdurchgang 51 bereitgestellt, so dass das Motorkühlwasser, das aus dem Motor 52 strömt, durch den Wasserumleitungsdurchgang 51 in den Motor 52 zurückkehrt.
  • Ein Strömungseinstellungsventil 55 ist zum Beispiel aus einem Temperaturregler gemacht, um eine Wasserströmungsmenge entsprechend einer Kühlwassertemperatur einzustellen. In dieser Ausführungsform ist das Strömungseinstellungsventil 55 angeordnet, um eine Strömungsmenge von Wasser, die durch den Wasserumleitungsdurchgang 51 strömt, und eine Strömungsmenge von Wasser, die durch den Strahler 54 strömt, einzustellen. Der erste Warmwasserbereiter 59 (erster Heizungswärmeaustauscher) ist in dem Klimaanlagengehäuse angeordnet, um unter Verwendung des Motorkühlwassers (Heißwasser) als die Heizquelle Luft (drittes Fluid) zu erwärmen, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll. Der erste Wasser/Kältemittelaustauscher 2, der als eine zusätzliche Heizung verwendet wird, ist in dem ersten Wasserkreis W1 zwischen der ersten Wasserpumpe 53 und dem ersten Warmwasserbereiter 59 angeordnet.
  • Ein Wasserumleitungsdurchgang 57 ist vorgesehen, so dass das aus dem Motor 52 strömende Motorkühlwasser den ersten Warmwasserbereiter 59 umgeht und durch den Wasserumleitungsdurchgang 57 zu dem Motor 52 zurückkehrt. Ein Strömungseinstellungsventil 58 ist angeordnet, um eine Strömungsmenge von Wasser, die durch den Wasserumleitungsdurchgang 57 strömt, und eine Strömungsmenge von Wasser, die durch den ersten Warmwasserbereiter 59 strömt, einzustellen.
  • In dieser Ausführungsform ist der zweite Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3, der als eine zusätzliche Heizung verwendet wird, in dem zweiten Wasserkreis W2 angeordnet, in dem ein zweites Fluid (z.B. Wasser) zirkuliert. In dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 erwärmtes Wasser zirkuliert in dem zweiten Wasserkreis W2. Der zweite Warmwasserbereiter 60 ist in dem Klimaanlagengehäuse angeordnet, um unter Verwendung von Wasser, das durch den zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 geht, als eine Heizquelle Luft (drittes Fluid) zu erwärmen, die durch den zweiten Warmwasserbereiter 60 durchtritt. Eine dritte Wasserpumpe 61 ist angeordnet, um Heißwasser (zweites Fluid) in dem zweiten Wasserkreis W2 zu zirkulieren.
  • Als nächstes wird eine innere Klimaanlageneinheit der Klimaanlage, einschließlich des Klimaanlagengehäuses, das den Verdampfer 8, die ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60, etc. aufnimmt, beschrieben. Zum Beispiel ist die innere Klimaanlageneinheit im Inneren eines Armaturenbretts (Instrumententafel) in dem Fahrzeugraum montiert. Das Klimaanlagengehäuse der Klimaanlageneinheit bildet darin einen Luftdurchgang, durch den Luft in den Fahrzeugraum strömt.
  • Ein Gebläse ist in einer Luftströmungsrichtung stromaufwärtig von dem Verdampfer 8 in dem Klimaanlagengehäuse angeordnet, um durch den Luftdurchgang Luft in den Fahrzeugraum zu blasen. Zum Beispiel umfasst das Gebläse einen Luftventilator (z.B. einen Zentrifugalventilator) und einen Antriebsmotor 12 zum Antreiben des Luftventilators. Außerdem ist auf einer Luftansaugseite des Luftventilators ein Innen/Außenluft-Schaltkasten angeordnet. Der Innen/Außenluft-Schaltkasten umfasst einen Außenlufteinführungskanal durch den Außenluft (d.h. Luft außerhalb des Fahrzeugraums) eingeführt wird, einen Innenlufteinführungskanal, durch den Innenluft (d.h. Luft innerhalb des Fahrzeugraums) eingeführt wird, und eine Innen/Außenluft-Umschaltklappe zum Öffnen und Schließen des Außenlufteinführungskanals und des Innenlufteinführungskanals. Die Innen/Außenluft-Umschaltklappe wird von einem in 1 gezeigten Antriebsmotor 13 geöffnet und geschlossen.
  • Eine Luftmischklappe ist in dem Klimaanlagengehäuse auf einer luftstromabwärtigen Seite des Verdampfers 8 angeordnet, und die ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60 zum Erwärmen von Luft sind auf luftstromabwärtigen Seiten der Luftmischklappe angeordnet. Die Luftmischklappe wird von einem Antriebsmotor 14 betrieben, um eine Strömungsmenge von Luft, die durch die ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60 tritt, und eine Strömungsmenge von Luft, welche die ersten und zweiten Warmwasserbereiter umgeht, einzustellen. In dieser Ausführungsform ist der erste Warmwasserbereiter 59 auf einer luftstromabwärtigen Seite des zweiten Warmwasserbereiters 60 angeordnet. Luft von dem Verdampfer 8 umgeht die ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60 durch einen Umleitungsdurchgang, der in dem Klimaanlagengehäuse bereitgestellt ist.
  • Die Luftmischklappe kann eine in 1 gezeigte drehbare Plattenklappe sein, und eine Drehposition der Luftmischklappe wird von einer Steuereinheit (ECU) 20 über den Antriebsmotor 14 eingestellt. Die Luftmischklappe stellt die Strömungsmenge von Luft, die durch die ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60 tritt, und die Strömungsmenge von Luft, welche die ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60 umgeht, ein, um die Temperatur der in den Fahrzeugraum geblasenen Luft einzustellen.
  • Die erwärmte Warmluft aus den ersten und zweiten Warmwasserbereitern 59, 60 und kühle Luft von dem Verdampfer 8 werden in dem Luftmischabschnitt vermischt, so dass klimatisierte Luft mit einer gewünschten Temperatur erhalten werden kann. Außerdem sind ein Luftauslassbetrieb-Umschaltabschnitt mit Luftauslassöffnungen und Luftauslassbetriebsklappen auf einer luftstromabwärtigen Seite des Luftmischabschnitts bereitgestellt.
  • Die Luftauslassöffnungen umfassen eine Entfrosteröffnung, durch die Luft in Richtung einer inneren Oberfläche einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs geblasen wird, eine Gesichtsöffnung, durch die Luft in Richtung des Oberkörpers eines Insassen in dem Fahrzeugraum geblasen wird, eine Fußöffnung, durch die Luft in Richtung des Fußbereichs des Insassen in dem Fahrzeugraum geblasen wird, etc. Die Luftauslassbetriebsklappen umfassen zum Beispiel eine Entfrosterklappe, eine Gesichtsklappe und eine Fußklappe, um die Entfrosteröffnung, die Gesichtsöffnung und die Fußöffnung zu öffnen und zu schließen. Die Bestandteile 1, 5, 7, 1015, 56, 58 und 61 der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung mit der Klimaanlageneinheit werden von der Steuereinheit 20 gesteuert, so dass der Betrieb der Klimaanlage gesteuert wird.
  • Als nächstes wird der Betrieb der Klimaanlage mit der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • 1. Heizungsbetriebsart
  • Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers, das aus dem Motor 52 strömt, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist (d.h. eine Wassertemperatur, die ausreicht, die Heizungsbetriebsart durchzuführen), werden die Bestandteile des Kältemittelkreislaufs R von der Steuereinheit 20 derart gesteuert, dass Kältemittel in folgender Reihenfolge durch den Kompressor 1, den Kältemitteldurchgang 2a des ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2, den Kältemitteldurchgang 3a des zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 3, den Heizungsverdampfer 10, den äußeren Wärmeaustauscher 4, das Dreiwegeventil 5, den Sammler 9 und den Kompressor 1 strömt. Im Gegensatz dazu zirkuliert das Motorkühlwasser (erstes Fluid) in dem ersten Wasserkreis W1 in folgender Reihenfolge durch den Wasserdurchgang 2b des ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2, den ersten Warmwasserbereiter 59, die zweite Wasserpumpe 56, das Strömungseinstellungsventil 58, den Wasserumleitungsdurchgang 57 und den Wasserdurchgang 2b des ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2. Gleichzeitig zirkuliert Wasser (zweites Fluid) in dem zweiten Wasserkreis W2 in folgender Reihenfolge durch den Wasserdurchgang 3b des zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 3, den zweiten Warmwasserbereiter 60, die dritte Wasserpumpe 61 und den Wasserdurchgang 3b des zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 3. Daher wird das Motorkühlwasser (erstes Fluid) von dem Hochdruckkältemittel in dem ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 erwärmt, und Wasser (zweites Fluid) wird von dem Hochdruckkältemittel in dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 erwärmt.
  • Folglich wird ein Teil der in dem Kältemittekreislauf R erzeugten Wärme an das Motorkühlwasser (erstes Fluid) in dem ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 und das Wasser (zweites Fluid) in dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 übertragen, wodurch sie in den ersten und zweiten Warmwasserbereitern 59, 60 an Luft abgegeben wird, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll. In dieser Ausführungsform ist der erste Warmwasserbereiter 59 in der Luftströmungsrichtung stromabwärtig von dem zweiten Warmwasserbereiter 60 in dem Klimaanlagengehäuse angeordnet, um Luft zu erwärmen, nachdem sie in dem zweiten Warmwasserbereiter 60 erwärmt wurde. Da die Temperatur des Motorkühlwassers (zweites Fluid), das in den zweiten Warmwasserbereiter 60 strömt, im allgemeinen höher als die Temperatur des Wassers (zweites Fluid), das in den zweiten Warmwasserbereiter 60 strömt, ist, kann die Luft nach dem Erwärmtwerden in dem zweiten Warmwasserbereiter 60 durch den ersten Warmwasserbereiter 59 weiter erwärmt werden.
  • 3 ist ein p-h-Diagramm des Kältemittelkreislaufs R (Wärmepumpenkreislauf) mit der Isotherme und der Sättigungsdampflinie. Wie in 3 gezeigt, kann die in dem Kältemittelkreislauf R erhaltene Wärmemenge (Enthalpie) im Vergleich zu einem in 5 gezeigten Fall, in dem nur ein einziger Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 bereitgestellt wird, wirksam erhöht werden, da sowohl der erste als auch der zweite Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2, 3 bereitgestellt werden. Somit kann der Kältemittelkreislauf R der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu dem in 5 gezeigten Kältemittelkreislauf verhindern, dass der Leistungskoeffizient (COP) aufgrund einer Verringerung der aus dem Kältemittelkreislauf R erhaltenen Wärmemenge verringert wird. Als ein Ergebnis kann in dieser Ausführungsform die Temperatur von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, schnell erhöht werden, selbst wenn die Temperatur des Motorkühlwassers, das aus dem Motor 52 strömt, niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist.
  • Da das Motorkühlwasser, wie vorstehend beschrieben, in der Heizungsbetriebsart von der zweiten Wasserpumpe 56 durch den Wasserumleitungsdurchgang 57 zirkuliert wird, kann es verhindern, dass Wärme von dem Motor 52 auf die Seite des ersten Warmwasserbereiters 59 abgestrahlt wird, und die Heizungsbetriebsart des Motors 52 kann schnell beendet werden.
  • Wenn die Temperatur des aus dem Motor 52 strömenden Motorkühlwassers ferner gleich oder höher als eine aus dem ersten Warmwasserbereiter 59 strömende Wassertemperatur wird, kann die Heizungsbetriebsart lediglich unter Verwendung der Abwärme des Motors 52 durchgeführt werden. Die Heizungsbetriebsart kann jedoch sowohl unter Verwendung der Abwärme des Motors 52 als auch des Kältemittelkreislaufs R durchgeführt werden.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform steuert die Steuereinheit 20 zur Motorstartzeit das Strömungsmengeneinstellungsventil 58, so dass die Seite des Motors 52 und die Seite des Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2 durch das Strömungsmengeneinstellungsventil 58 getrennt sind. Das Strömungsmengeneinstellungsventil 58 kann jedoch zur Motorstartzeit derart betätigt werden, dass die Seite des Motors 52 mit der Seite des Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2 in Verbindung steht. In diesem Fall kann die Heizungsbetriebsart unter Verwendung des Kältemittelkreislaufs R durchgeführt werden, während das Heizen des Motors 52 beschleunigt werden kann, indem das Motorkühlwasser durch das Hochdruckkältemittel erwärmt wird.
  • 2. Kühlungsbetriebsart
  • Wenn die Kühlungsbetriebsart zum Kühlen oder/und Entfeuchten von Luft in dem Verdampfer 8 festgelegt ist, strömt Kältemittel in folgender Reihenfolge durch den Kompressor 1, den Kältemitteldurchgang 2a des ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2, den Kältemitteldurchgang 3a des zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 3, das Kühlungsumgehungsventil 11, den äußeren Wärmeaustauscher 4, das Dreiwegeventil 5, den ersten Kältemitteldurchgang 6a des inneren Wärmeaustauschers 6, das Kühlungsexpansionsventil 7, den Verdampfer 8, den Sammler 9, den zweiten Kältemitteldurchgang 6b des inneren Wärmeaustauschers 6 und den Kompressor 1.
  • Andererseits schließt die Luftmischklappe in dem Klimaanlagengehäuse der Klimaanlageneinheit die Kernoberfläche (Luftdurchgangsabschnitt) der ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60, so dass von dem Verdampfer 8 gekühlte Luft nicht von der Abwärme des Motors 52 erwärmt wird. Außerdem wird das Motorkühlwasser in diesem Fall in folgender Reihenfolge durch den Motor 52, den Wasserdurchgang 2b des ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschers 2, den ersten Warmwasserbereiter 59, die zweite Wasserpumpe 59, das Strömungseinstellungsventil 58 und den Motor 52 zirkuliert, während kein Wasser (zweites Fluid) in dem zweiten Wasserkreis W2 zirkuliert. Alternativ kann das Motorkühlwasser in der Kühlungsbetriebsart den Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2, den ersten Warmwasserbereiter 59 und die zweite Wasserpumpe 56 durch die Betätigung des Strömungseinstellungsventils 58 umgehen, während ebenfalls kein Wasser (zweites Fluid) in dem zweiten Wasserkreis W2 zirkuliert.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird der Kältemittelkreislauf R in der Heizungsbetriebsart zum Erwärmen von Luft in den ersten und zweiten Warmwasserbereitern 59, 60 als eine erste Wärmequelle für die Heizungsbetriebsart verwendet, und der Motor 52 wird als eine zweite Wärmequelle für die Heizungsbetriebsart verwendet. Als die zweite Wärmequelle kann jedoch eine Wärmeerzeugungseinheit, wie etwa eine Brennstoffzelleneinheit (FC-Stapel), verwendet werden, die elektrische Leistung durch die chemische Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff erzeugt.
  • In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform schließt die Luftmischklappe den Kernabschnitt (Luftdurchgangsabschnitt) der ersten und zweiten Warmwasserbereiter 59, 60 während der Kühlungsbetriebsart zum Kühlen und/oder Entfeuchten von Luft in dem Verdampfer 8 vollständig. Ein Öffnungsgrad der Luftmischklappe kann jedoch geeignet eingestellt werden, so dass die klimatisierte Luft mit einer gewünschten Temperatur erhalten werden kann.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung den Kompressor 1 zum Ansaugen und Komprimieren von Kältemittel, den ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2, der das in dem ersten Wasserkreis W1 zirkulierende Motorkühlwasser (erstes Fluid) unter Verwendung des von dem Kompressor 1 abgegebenen Hochdruckkältemittels erwärmt, den ersten Warmwasserbereiter 59 zum Erwärmen von Luft unter Verwendung des Motorkühlwassers, den zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3, der in dem zweiten Wasserkreis W2 zirkulierendes Wasser (zweites Fluid) unter Verwendung des aus dem Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 strömenden Hochdruckkältemittels erwärmt, den zweiten Warmwasserbereiter 60 zum Erwärmen von Luft unter Verwendung von Wasser (zweites Fluid), die Expansionsventile 7, 10 und die Niederdruckwärmeaustauscher 4, 8 (Verdampfer).
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Wärme des Kältemittelkreislaufs R, selbst wenn das erste Fluid das Motorkühlwasser ist, das in einem Normalzustand eine hohe Wassertemperatur hat, von dem zweiten Fluid (Wasser) in dem zweiten Wasserkreis W2 aufgenommen werden und wird in dem zweiten Warmwasserbereiter 60 abgelassen. Daher ist es möglich, den Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs R in der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung zu verbessern. Wenn folglich die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet wird, können jeweils ein Heizungswärmeaustauscher zum Erwärmen von Luft und ein Kühlungswärmeaustauscher zum Kühlen von Luft aufgebaut werden. Das heißt, die ersten und zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2, 3, die mit ersten und zweiten Warmwasserbereitern 59, 60 verbunden sind, werden als Heizungswärmeaustauscher zum Erwärmen von Luft verwendet, und der Verdampfer 8 wird als ein Kühlungswärmeaustauscher zum Kühlen von Luft verwendet.
  • Selbst wenn folglich die Heizungsbetriebsart mit den ersten und zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauschern von der Kühlungsbetriebsart oder der Entfeuchtungsbetriebsart mit dem Betrieb des Verdampfers 8 umgeschaltet wird, wird auf dem Verdampfer 8 während der Kühlungsbetriebsart oder der Entfeuchtungsbetriebsart kondensiertes Wasser von dem Kältemittel nicht erwärmt, da der Verdampfer 8 in der Heizungsbetriebsart nicht als eine Heizung verwendet wird. Daher wird kondensiertes Wasser auf dem Verdampfer 8 nicht durch das in dem Verdampfer 8 strömende Kältemittel erwärmt und verdampft, wodurch der zusammen mit Luft in den Fahrzeugraum geblasene Dampf wirkungsvoll eingeschränkt wird.
  • Da der Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 in dem Kältemittelstrom stromaufwärtig von dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 angeordnet ist, ist die Temperatur des in dem ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 erwärmten Motorkühlwassers im allgemeinen höher als die Temperatur des zweiten Fluids (Wasser), das in dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 erwärmt wird. Somit ist der erste Warmwasserbereiter 59 in dieser Ausführungsform in einer Luftströmungsrichtung stromabwärtig von dem zweiten Warmwasserbereiter 60 angeordnet.
  • Da außerdem die Temperatur des Motorkühlwassers, das in den ersten Warmwasserbereiter 59 strömt, höher als die Temperatur des zweiten Fluids (Wasser) wird, das in den zweiten Warmwasserbereiter 60 strömt, kann der Wärmeaustauschwirkungsgrad sowohl in dem zweiten Warmwasserbereiter 60 auf der luftstromaufwärtigen Seite als auch dem ersten Warmwasserbereiter 59 auf der luftstromabwärtigen Seite des zweiten Warmwasserbereiters 60 wirksam verbessert werden.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind sowohl der erste Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 als auch der zweite Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 unter Verwendung der sich integral und zusammenhängend erstreckenden Kältemitteldurchgänge 2a, 3a integral ausgebildet. Folglich können der erste Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 und der zweite Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 kompakt aufgebaut werden, ohne eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 2 und dem zweiten Wasser/Kältemittel-Wärmeaustauscher 3 zu verwenden.
  • Wenn Kohlendioxid (CO2) als das Kältemittel verwendet wird, wird der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite höher als der kritische Druck des Kältemittels. In diesem Fall wird die Kältemitteltemperatur auf der Hochdruckseite höher (z.B. 150°C oder mehr), und die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung kann wirkungsvoll betrieben werden.
  • In dieser Ausführungsform ist der Motor 52 (zweite Wärmequelle) in dem ersten Wasserkreis W1 angeordnet. Daher kann durch Anordnen einer anderen zweiten Wärmequelle, wie etwa eines FC-Stapels, und eines Fahrzeugbetriebsmotors in dem ersten Wasserkreis W1 der Wärmeaustauschwirkungsgrad mit Luft verbessert werden.
  • Wenn in dieser Ausführungsform die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung für die Fahrzeugklimaanlage verwendet wird, kann ein sofortiger Heizungswirkungsgrad zum Heizen des Fahrzeugraums verbessert werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in der Fahrzeugklimaanlage unter Verwendung der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung das Hochdruckkältemittel in dem Kältemittelkreislauf R als die erste Wärmequelle zum Durchführen der Heizungsbetriebsart verwendet, der in dem ersten Wasserkreis W1 bereitgestellte Motor 52 wird als die zweite Wärmequelle zum Durchführen der Heizungsbetriebsart verwendet. Im Gegensatz dazu wird der Verdampfer 8 nur zum Kühlen von Luft (drittes Fluid) verwendet.
  • Folglich kann Wärme von dem aus dem Kompressor 1 abgegebenen Hochtemperatur-Kältemittel bis zu der Temperatur (z.B. 85°C) des Motorkühlwassers in dem ersten Wasserkreis W1 in das Motorkühlwasser ausgelassen werden. Daher kann die Wärmeabstrahlungslast des äußeren Wärmeaustauschers 4 verringert werden, wodurch der Kreislaufwirkungsgrad verbessert wird. Außerdem wird das Motorkühlwasser in dem ersten Wasserkreis W1 zur Startzeit des Motors 52 durch die Wärme von dem Hochdruckkältemittel von dem Kompressor 1 erwärmt. In diesem Fall kann die Erwärmung des Motors 52 beschleunigt werden, wodurch die Brennstoffverbrauchsrate in dem Fahrzeug verbessert wird.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der zweiten Ausführungsform ist im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform zusätzlich eine dritte Wärmequelle 62 in dem zweiten Wasserkreis W2 bereitgestellt.
  • Die dritte Wärmequelle 62 ist eine Zusatzvorrichtung (Wärmeerzeugungseinheit), wie etwa ein Wandler und ein elektronisches Glied eines Hybridfahrzeugs, die im Betrieb Wärme erzeugt. Die Zusatzvorrichtung ist in dem zweiten Wasserkreis W2 angeordnet, um Abwärme wiederzugewinnen. Außerdem kann der Zusatzstrahler 63 in dem zweiten Wasserkreis W2 angeordnet sein. Da in dieser Ausführungsform die dritte Wärmequelle 62 in dem zweiten Wasserkreis W2 angeordnet ist, in dem das zweite Fluid (Wasser) zirkuliert, kann der Wirkungsgrad der Lufterwärmung der zweiten Wasserheizung 60 in dem zweiten Wasserkreis W2 weiter verbessert werden.
  • Die von der zweiten Wärmequelle (z.B. Motor) 52 gelieferte Wärmemenge ist normalerweise größer als die von der dritten Wärmequelle (z.B. Wandler) 62 gelieferte Wärmemenge. Folglich kann die Temperatur des Motorkühlwassers, das in den ersten Wasserheizer 59 strömt, welcher stromabwärtig von dem zweiten Wasserheizer 60 angeordnet ist, höher als die Temperatur des Wassers, das in den zweiten Wasserheizer 60 strömt, gemacht werden, wodurch der Heizungswirkungsgrad zum Erwärmen von Luft sowohl in dem ersten Wasserheizer 59 als auch dem zweiten Wasserheizer 60 verbessert wird.
  • Außerdem ist die dritte Wärmequelle 62 in dieser Ausführungsform in dem zweiten Wasserkreis W2 angeordnet. Da die dritte Wärmequelle 62 zusätzlich in dem zweiten Wasserkreis W2 bereitgestellt ist, kann der Wirkungsgrad der Lufterwärmung in dem zweiten Wasserheizer 60 weiter verbessert werden. In der zweiten Ausführungsform können die anderen Teile gleich wie die in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform gefertigt werden.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform wird das von dem Kompressor 1 abgegebene Hochdruckkältemittel in der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung als die erste Wärmequelle verwendet, der Motor 52 ist in dem ersten Wasserkreis W1 als die zweite Wärmequelle bereitgestellt, und der Wandler 62 ist in dem zweiten Wasserkreis W2 als die dritte Wärmequelle bereitgestellt. Außerdem ist die von dem Motor 52 gelieferte Wärmemenge im Allgemeinen größer als die von dem Wandler 62 gelieferte Wärmemenge. Folglich kann die Temperatur des Motorkühlwassers (erstes Fluid), das in den ersten Wasserheizer 59 in dem ersten Wasserkreis W1 strömt, höher als die Temperatur des Wassers (zweites Fluid), das in den zweiten Wasserheizer 60 in dem zweiten Wasserkreis W2 strömt, gemacht werden, wodurch der Wirkungsgrad der Lufterwärmung sowohl in dem ersten Wasserheizer 59 als auch dem zweiten Wasserheizer 60 verbessert wird.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben wurde, muss bemerkt werden, dass vielfältige Änderungen und Modifikationen für Fachleute der Technik ersichtlich sein werden.
  • Zum Beispiel wird in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform das von dem Kompressor 1 abgegebene Hochdruckkältemittel als die erste Wärmequelle verwendet, der Motor 52 wird als die zweite Wärmequelle verwendet. Außerdem wird in der zweiten Ausführungsform der Wandler 62 als die dritte Wärmequelle verwendet. Als die erste, zweite oder dritte Wärmequelle kann jedoch die andere Wärmeerzeugungseinheit, wie etwa eine Brennstoffvorrichtung, ein Brennstoffzellenstapel und eine elektronische Vorrichtung, verwendet werden.
  • In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Wärmepumpenkreislauf für eine andere Klimaanlage als für ein Fahrzeug verwendet werden. Außerdem kann die Wärmepumpenkreislaufvorrichtung für eine Heizvorrichtung verwendet werden, die nur eine Heizungsbetriebsart hat.
  • In den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen ist das Dreiwegeventil 5 derart eingestellt, dass kein Kältemittel in den Verdampfer 8 strömt. Das Dreiwegeventil 5 kann jedoch derart eingestellt werden, dass selbst in der Heizungsbetriebsart Kältemittel in den Verdampfer 8 strömt. In diesem Fall kann Niederdruckkältemittel sowohl in dem äußeren Wärmeaustauscher 4 als auch dem Verdampfer 8 verdampft werden. Daher kann selbst in der Heizungsbetriebsart Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, entnebelt werden, wodurch die Beschlagvermeidungswirkung der Windschutzscheibe des Fahrzeugs verbessert wird.
  • Solche Änderungen und Modifikationen sind dahingehend zu verstehen, dass diese innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims (13)

  1. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung, umfassend: einen Kompressor (1) zum Ansaugen und Komprimieren von Kältemittel; einen ersten Hochdruckwärmeaustauscher (2), der angeordnet ist, um ein erstes Fluid, das in einem ersten Fluidkreis (W1) zirkuliert, unter Verwendung von Hochdruckkältemittel, das von dem Kompressor abgegeben wird, zu erwärmen; einen zweiten Hochdruckwärmeaustauscher (3), der angeordnet ist, um ein zweites Fluid, das in einem zweiten Fluidkreis (W2) zirkuliert, unter Verwendung von Hochdruckkältemittel, das aus dem ersten Hochdruckwärmeaustauscher strömt, zu erwärmen; einen ersten Heizungswärmeaustauscher (59), der angeordnet ist, um ein drittes Fluid unter Verwendung des ersten Fluids zu erwärmen; einen zweiten Heizungswärmeaustauscher (60), der angeordnet ist, um das dritte Fluid unter Verwendung des zweiten Fluids zu erwärmen; eine Dekomprimierungseinheit (7, 10), die angeordnet ist, um das Hochdruckkältemittel zu dekomprimieren, das aus dem zweiten Hochdruckwärmeaustauscher strömt; und einen Niederdruckwärmeaustauscher (4, 8), der angeordnet ist, um von der Dekomprimierungseinheit dekomprimiertes Niederdruckkältemittel zu verdampfen.
  2. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Heizungswärmeaustauscher in einer Strömungsrichtung des dritten Fluids stromabwärtig von dem zweiten Heizungswärmeaustauscher angeordnet ist.
  3. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Hochdruckwärmeaustauscher einen Kältemitteldurchgang hat, der sich zu einem Kältemitteldurchgang des zweiten Hochdruckwärmeaustauschers erstreckt.
  4. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei das von dem Kompressor abgegebene Hochdruckkältemittel einen höheren als einen kritischen Druck des Kältemittels hat.
  5. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–4, wobei das Kältemittel Kohlendioxid ist.
  6. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–5, ferner umfassend: eine Wärmeerzeugungseinheit (52), die in dem ersten Fluidkreis (W1) angeordnet ist.
  7. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–5, ferner umfassend: eine Wärmeerzeugungseinheit (62), die in dem zweiten Fluidkreis (W2) angeordnet ist.
  8. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–5, wobei das Hochdruckkältemittel als eine erste Wärmequelle verwendet wird, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: eine zweite Wärmequelle (52), die in dem ersten Fluidkreis (W1) angeordnet ist, um eine Wärmemenge an das erste Fluid zuzuführen; und eine dritte Wärmequelle (62), die in dem zweiten Fluidkreis (W2) angeordnet ist, um eine Wärmemenge an das zweite Fluid zuzuführen, welche kleiner als die von der zweiten Wärmequelle zugeführte Wärmemenge ist.
  9. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–8, wobei: die Dekomprimierungseinheit einen ersten Dekomprimierungsabschnitt (10) zum Dekomprimieren des Hochdruckkältemittels aus dem zweiten Hochdruckwärmeaustauscher in einer ersten Betriebsart und einen zweiten Dekomprimierungsabschnitt (7) zum Dekomprimieren des Hochdruckkältemittels, das den ersten Dekomprimierungsabschnitt umgeht, in einer zweiten Betriebsart umfasst; und der Niederdruckwärmeaustauscher einen ersten Verdampfer (4) zum Verdampfen des Kältemittels, das in dem ersten Dekomprimierungsabschnitt (10) in der ersten Betriebsart komprimiert wird, und einen zweiten Verdampfer (8) zum Verdampfen des Kältemittels, das in dem zweiten Dekomprimierungsabschnitt (7) in der zweiten Betriebsart komprimiert wird, umfasst.
  10. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der zweite Verdampfer in einem dritten Fluiddurchgang, in dem das dritte Fluid strömt, in einer Strömungsrichtung des dritten Fluids auf einer stromaufwärtigen Seite der ersten und zweiten Heizungswärmeaustauscher angeordnet ist.
  11. Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–10, wobei der erste Fluidkreis (W1) unabhängig von dem zweiten Fluidkreis (W2) bereitgestellt ist.
  12. Klimaanlage mit der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–11, wobei das dritte Fluid Luft ist.
  13. Fahrzeugklimaanlage mit der Wärmepumpenkreislaufvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1–12, wobei: das Hochdruckkältemittel eine erste Wärmequelle ist; der erste Fluidkreis ein Wasserkreis ist, in dem als das erste Fluid Wasser zirkuliert und der mit einem Motor (52) zum Antreiben des Fahrzeugs als eine zweite Wärmequelle versehen ist; und der Niederdruckwärmeaustauscher (8) angeordnet ist, um Luft als das dritte Fluid zu kühlen.
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