ヒートポンプ機能を備えたモジュール車両用空調装置
【課題】空気を加熱及び冷却するためのモジュール車両用空調装置を提供する。
【解決手段】本発明のモジュール車両用空調装置（１）は、少なくとも１つの送風機（１４０、１２０、１２１）と、空気流路を設定するためのフラップと、を備えたハウジングと、組み込まれた接続ラインと共に、凝縮器（１１）、蒸発器（１２）、圧縮機（１３）、及び膨張装置（１４）を備えた冷媒回路（１００、２００）と、を有し、ハウジング内には、蒸発器（１２）を通る蒸発器空気流路と凝縮器（１１）を通る凝縮器空気流路とが形成され、各空気流路が、周囲環境からの新鮮な外気、客室からの再循環空気、又はこれら２つの混合物を供給するように形成され、２つの空気流路は、車内の加熱又は冷却が空気流路の設定によって行われるように、制御可能なフラップを介して互いに連通する。
【解決手段】本発明のモジュール車両用空調装置（１）は、少なくとも１つの送風機（１４０、１２０、１２１）と、空気流路を設定するためのフラップと、を備えたハウジングと、組み込まれた接続ラインと共に、凝縮器（１１）、蒸発器（１２）、圧縮機（１３）、及び膨張装置（１４）を備えた冷媒回路（１００、２００）と、を有し、ハウジング内には、蒸発器（１２）を通る蒸発器空気流路と凝縮器（１１）を通る凝縮器空気流路とが形成され、各空気流路が、周囲環境からの新鮮な外気、客室からの再循環空気、又はこれら２つの混合物を供給するように形成され、２つの空気流路は、車内の加熱又は冷却が空気流路の設定によって行われるように、制御可能なフラップを介して互いに連通する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、特に、電気自動車及びハイブリッド車の車内の空気を加熱、冷却及び除湿するためのヒートポンプ機能を備えた車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車内に供給する空気を調節するために、空気を冷却するための冷却器、加熱するためのグリコール−空気熱交換器、並びに、グリコール−空気ヒートポンプ及び空気−空気ヒートポンプを備えた車両用空調装置が従来用いられている。
【０００３】
現在の車両空調システムは、種々の独立した構成部品から構成される。これらは、例えば、
・通常、車両の前部に配置されている凝縮器、
・自動車エンジンに接続されており、それにより駆動する圧縮機、
・客室に配置されており、調節した空気を乗客に供給する空調機器、
・冷媒ライン、である。
【０００４】
これらの構成部品は、通常、車両製品に個々に供給されて取り付けられる。製造工場のライン上の構成部品の数に応じて、いくつかの組立ステップが必要となる。さらに、組立の最中に設置する必要がある複数の連結部において、漏れを招く可能性がある。漏れが生じた場合には、高い費用をかけて修正する必要がある。
【０００５】
予め取り付けられたシステムを利用する手法が、特許文献１により周知となっている。ｚ型配置の送風機−熱交換器配置を有する空調システムが提案されている。
【０００６】
さらに、閉鎖型の、予め充填された冷却ループが、特許文献１に記載されている。
【０００７】
先行技術として、加熱運転用に、グリコール−空気ヒートポンプとして空気−グリコール熱交換器を備えた車両用空調装置が、特許文献２及び特許文献３に記載されており、空気−空気ヒートポンプを有する装置が、特許文献４、特許文献５、及び特許文献６に記載されている。
【０００８】
冷却運転用に冷媒Ｒ１３４ａを利用する効率的な冷却ループが存在する。
【０００９】
加熱運転における従来の欠点は、周囲温度が低い、例えば、−１０℃よりも低い場所で、直接噴射を利用するディーゼル及びオットーエンジンなどの効率的な燃焼エンジンを用いる場合に、客室の快適な暖房に要求されるレベルに冷却水温が達しない、という点にある。例えば、ハイブリッド車などを含む将来の開発において、これらの問題がより大きくなることが予期される。このため、効率的な補助加熱設計を用いる必要がある。
【００１０】
さらに、駆動システムを完全電化にする傾向がある。この開発では、駆動バッテリからの効率的なエネルギー変換に起因して、室内の暖房に利用可能な廃熱がさらに減少する。さらに、先行技術の燃料タンクよりも、バッテリが蓄えるエネルギー量は著しく少ない。それ故、将来の電気自動車では、室内の空調設備に必要な電力が、車両の走行距離に相当な影響を及ぼす。
【００１１】
グリコール−空気ヒートポンプを用いる最新技術におけるさらなる欠点は、上記のポンプが、熱源として燃焼エンジンの冷却水を利用することである。この処理では、冷却水から熱を奪う。この結果、燃焼エンジンが、より低温でより長期間動作することになる。これは、排ガスの排出及び燃費に悪影響を及ぼす。
【００１２】
ハイブリッド車における燃焼エンジンの間欠的運転に起因して、作動時間がより長い場合でさえも、十分な冷却水温に達しない。この結果、燃焼エンジンの始動−停止運転は、周囲温度が低いと妨げられる。
【００１３】
空気−空気ヒートポンプは周囲空気から熱を奪う。これにより、ある状況下では、ヒートポンプが作動するときに蒸発器として機能する凝縮器に着氷する可能性がある。ヒートポンプの知的な調整により着氷を回避する場合には、結果として、利用可能なヒートポンプの加熱力が低減する。気体冷却器への着氷が許容範囲にある場合には、空調装置である冷媒回路の簡単な運転により、ヒートポンプが能動的に解凍する。これにより、ヒートポンプの平均有効出力が低減する。
【００１４】
出力を空気に放出するヒートポンプシステムは、多くの場合に、車両に供給する空気の除湿及び加熱を同時に行うことはできない。この結果、自動車の空調設備は、周囲温度が低い場合に、車内から再循環される空気である再循環空気を利用して運転することはできない。除湿機能を備えていない場合には、これは凝縮を原因とする、車両の窓ガラスの内側の蒸気による曇りをもたらすことになる。
【００１５】
出力をエンジン冷却回路に放出する、ヒートポンプシステムに加えて燃料補助加熱器は、多くの場合に、動的性能に欠け、効率が悪くなる。
【００１６】
特許文献７には、ヒートポンプ機能を備えた小型の空調装置が記載されている。しかしながら、この装置では、ヒートポンプ機能の実施は、冷却回路の能動的な切り替えにより行われる。この構成は冷却回路を著しく複雑にするため、それ相応に費用が高くなり、技術的リスクが生じる。
【００１７】
特許文献８には、吸収板と連動する取り付けが記載されている。この装置では、システムは循環的に作動し、隣接して配置された熱交換ユニットが、加熱から冷却、及びその逆に連続的に切り替わる。この装置では、第２の熱交換器は非循環的に作動する。このため、加熱又は冷却を目的として、フラップを、必要に応じて、客室又は周囲環境に空気を導くように循環的に調整することもできる。空気を冷却及び除湿するための再加熱運転、及びその後の再加熱又は連続運転は、明白に実施可能であるとは言えず、再循環空気の部分利用は記載されていない。フラップが循環的に移動するため、この取り付けは技術的に非常に複雑である。
【００１８】
特許文献９には、並行に配置された熱交換器を備え、平行な空気の流れと共に、放出作用及び混合作用を備えた基本構造が開示されている。再加熱機能、又は再循環空気の部分利用の実現性は認められない。空気が室内から第１の熱交換器を通って導き出されることができない場合には、流れ方向は一方向のみであるが、外気は第２の熱交換器に対して流れる。
【００１９】
特許文献１０には、取り付けの構成部品に対する一般的な保持固定具が開示されている。加熱機能、再循環空気の部分利用、又は気流の混合は認められない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０４６６６３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２ ５３ ３５７号明細書
【特許文献３】特開平７−００９８４４号公報
【特許文献４】独国特許第４２ ４４ １３７号明細書
【特許文献５】特開平８−２１６６６７号公報
【特許文献６】特開２００３−２９１６３５号公報
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２００９０２８５２２号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第６０２００５００４６６７号明細書
【特許文献９】独国特許出願公開第１９８２４４６１号明細書
【特許文献１０】国際公開第２００７／０４２４６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ここで、本発明の課題は、低容量の熱源を有する周囲環境でさえも、全ての要求を満たす、加熱機能を備えた空調システムを提供すること、及びそのシステムの運転方法を示すことにある。この熱源とは、例えば、エネルギー効率の良い燃焼エンジン、もしくは燃焼エンジン及び電動機、又は、駆動システムの熱源を備えていない場合、例えば電動自動車等のような駆動システムからなるハイブリッド駆動などに用いられる熱源などのようなものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の課題は、独立クレームの特徴により解決される。本発明の変形例は、従属クレームに示される。
【００２３】
特に、本課題は、空気を加熱及び冷却するためのモジュール車両用空調装置により解決される。この装置は、少なくとも１つの送風機（１４０、１２０、１２１）と、空気流路を設定するためのフラップと、を備えたハウジングと、組み込まれた接続ラインと共に、凝縮器（１１）、蒸発器（１２）、圧縮機（１３）、及び膨張装置（１４）を備えた冷媒回路（１００、２００）と、を有し、ハウジング内には、蒸発器（１２）を通る蒸発器空気流路と凝縮器（１１）を通る凝縮器空気流路とが形成され、各空気流路が、周囲環境からの新鮮な外気、客室からの再循環空気、又はこれら２つの混合物を供給するように形成され、２つの空気流路は、上記車内の加熱又は冷却が上記空気流路の設定によって行われるように、制御可能なフラップを介して互いに連通することを特徴としている。
【００２４】
ハウジングは、２つのハウジング部を備え、各ハウジング部分内には、空気流路が形成されていることが好ましい。特別な実施形態によれば、蒸発器空気流路のためのハウジング部の設計と、凝縮器空気流路ためのそれとは鏡面対称である。
【００２５】
本発明の有利な変形例は、ハウジングは、更に、第３のハウジング部を備え、構成部品を通って導かれる空気用の流路が、２つのハウジング部により形成され、上記第３のハウジング部は、空気が通り抜けない全ての冷却回路部品を収容することにある。
【００２６】
２つのハウジング部には、２つの流路に対して空気を搬送するための共通の送風機が設けられていることが好ましい。このようにして、第２の流路用の追加の駆動部を省くことができるため、構築に関する利点に加えて費用的な利点もある。
【００２７】
さらに、空気側において、２つのハウジング部を分離又は接続する再加熱用のフラップが設けられていることが有利である。
【００２８】
空気は、各流路の端部において２つの部分質量流に分けられ、そのうちの１つの空気の部分質量流は、客室に導くことができるように設計され、空気の第２の部分質量流は、周囲環境に導くことができるように設計されている。
【００２９】
変形例として、空調装置の小型設計では、２つの空気搬送ハウジング部は、車両内に存在する設置スペースに応じて、客室下方、カウル、エンジン室内又はトランク内に配置することができるように、互いに異なるように設計されて配置されている。
【００３０】
本発明の特に有利な実施形態では、車内の空気の調節のために、及び、駆動バッテリ、パワーエレクトロニクスユニット又は車両の別の構成部品のさらなる冷却のために、冷却器が冷媒回路に配置され、ラインによって冷媒回路に組み込まれる。
【００３１】
自動車の車内の空気を加熱、冷却及び除湿するためのヒートポンプ機能を備えた冷媒回路を運転するための方法であって、冷却運転と加熱運転とを切り替え、及び／又は、凝縮器と蒸発器の排出口における空気側部分質量流を調整することのみによって再加熱運転を実施し、車内に供給される部分質量流は、車内に供給される空気の要求温度に達するように調整されることを特徴としている。
【００３２】
本発明の実施形態によれば、モジュール空調装置を用いて空気を加熱及び冷却し、車内の空気を調節する。このモジュール空調装置は、ラインにより冷却回路に接続されている凝縮器、蒸発器、圧縮機、及び膨張装置を備えている。全ての構成部品は、少なくとも１つの送風機及び２つの新鮮な外気／再循環空気システムを有する、小型の、組立済みのシステムを共同して形成する。前述のシステムの全ての構成部品は、その各々に流路が形成された２つの空気搬送ハウジング部に配置されている。冷媒を搬送するシステムは冷却ユニットから構成され、冷却器とヒートポンプ機能を実施するヒートポンプとを組み合わせた従来のシステムに要求されるような冷媒用の切り替え弁の必要を免れる。車内を加熱及び冷却する所望の処理は、冷却器／ヒートポンプ用の高価な連結回路が無くとも、特殊技術を要する、空気側における気流の切り替えのみを利用して達成される。
【００３３】
先行技術によるシステムとは対照的に、この取り付けの調整設計は、冷媒搬送構成部品でもある冷却ユニットを、ヒートポンプに切り替えが生じないという事実に基づく。代わりに、ヒートポンプ機能は、空気から得られる環境熱、又は車内を暖めるときに冷媒回路を通じて車両から出た廃熱を利用し、気流の空気側における切り替えを利用してのみもたらされる。
【００３４】
したがって、本発明の本質は、冷却器とヒートポンプとを組み合わせたものとして冷媒回路を実装せず、代わりに、付随するフラップを備えたハウジングによってのみ、ヒートポンプの効果を実現することにある。気流の経路を指定することにより、冷却器においてヒートポンプ機能を得ることができる。
【００３５】
したがって、本発明による実施形態は、移動使用のための小型の空調装置である。冷却回路は、冷媒Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ又はＲ７４４用に設計することができ、冷却回路は、電動圧縮機が設けられ、小型の空調装置と完全に一体化されることが好ましい。従って、冷却回路は、周囲環境に関して有利にも動的シールを備えず、それ故、理論的に漏れが無く、車両の組み立て前又は空調装置の納品前に充填することができる。
【００３６】
したがって、本発明の有利な実施形態によれば、予め組み立てることができる小型システムを提案し、１つ又は２つの送風機、並びに２つの新鮮な外気／再循環空気システムを提供する。装置は、客室下方の、カウル、エンジン室内又はトランク内に配置することができる。空調デバイスは、好ましくは２つ又は３つのハウジング部からなり、いずれの場合でも、このうちの２つが、構成部品を通り導かれる空気流路を提供する。２つのハウジング部には、それぞれの流路に空気を搬送するための送風機が設けられているか、又は、変形例として、共通の送風機により２つの流路を提供することができる。ここで、各流路には、周囲環境からの新鮮な外気、車内からの再循環空気、又はこれら両方の混合空気を供給することができる。さらに、各流路の端部において、空気は２つの部分質量流に分けることができる。この処理では、各流路から、部分的な質量流は車内に導かれ、かつ部分的な質量流は周囲環境に導かれ得る。
【００３７】
ここで、２つのハウジング部は、車両に存在する設置スペースに応じて、互いに対して異なるように配置することができる。
【００３８】
第３のハウジング部は、有利な実施形態による場合には、空気がそこを通って流れない全ての冷却回路部品を含む。
【００３９】
ここで、冷却回路は、２つの熱交換器、凝縮器、及び蒸発器のみを備えた基本設計で設計される。さらに、冷却回路は、好ましくは電動圧縮機と、好ましくは電気的に調整可能な膨張装置とを備えている。上記４つの構成部品は、４本のラインにより互いに接続されている。
【００４０】
さらなる有利な実施形態は、駆動バッテリを冷却するため、又は冷媒回路からの熱を吸収するための冷却器と結合した冷却回路の変形例である。この例では、冷却器はさらに、追加の遮断弁又は膨張弁を備えている。
【００４１】
本発明の構造は、冷却運転と加熱運転との切り替え、又は再加熱運転の実施が、凝縮器及び蒸発器の排出口における空気側部分質量流を調整することにより実現される。この処理では、室内に供給される部分質量流は、客室に送られる供給空気に対して要求される温度及び質量流が達成されるように制御される。
【００４２】
本発明による設計は、先行技術による調整方策から著しく逸脱し、乗用車用の空調システムの調整に特に有利である。
【００４３】
本発明の個々の態様を以下に示す。
・加熱と除湿とを同時に実施可能な高効率のヒートポンプシステム。
・周囲温度が低い場合における暖気の迅速な供給。
・再循環空気運転中の加熱の可能性、又は再循環空気の割合を高くすることによる、車内の加熱に必要な電力の低減。
・予め充填された密封冷却回路。
・切り替え弁無しに、膨張弁の数が最小であることに加えて、並行貫流をともなう冷媒部の利用が最低限にする、もしくはさらに、これを取り外すことによる、冷却回路における最低限の複雑性。
・車台の上、トランク内、防火壁の上、又はエンジン室内などの車両内における代替の配置が可能。
【００４４】
先行技術と比較した、本発明の顕著な利点及び特徴は、実質的には以下を含む。
・同程度の機能を有する他の補助加熱システムと比較して低い複雑性。
・少数の「能動的な」構成部品、すなわち、圧縮機及び任意選択的に外部から調整可能な膨張弁であり、この結果、複雑性が低い。追加の構成部品が少数であることは、費用効率の良い実施を保証する。
・車内の除湿と加熱との同時実行。
・再循環空気を用いた運転を可能にすることによる、ヒートポンプに要求される最大加熱力の低減。
・電動圧縮機を使用する場合には、燃焼エンジンとは独立して加熱力を利用可能。
・車両内の代替的な気流を、単純な方法で実施可能。
・「自由に用いることができる」周囲熱を用いることによる、消費燃料の低減。
・電動圧縮機を用いる場合には、密封システムを利用して冷媒の漏れが無い。
・乗客の快適性のための電気又は化石エネルギーの利用量、の低減。
・個々の構成部品の組立及び充填を確実に実行するために、予め充填された取り付けの完全に接続された納品。
・組立のため、又は電動圧縮機を用いる場合の相対移動を補正するためのチューブを必要としない。
・車両製造工場での最適化された車両組立。
・事前に検査したシステムを提供したことによる、品質に関係する問題がより少なく、かつ車両製造工場における再加工がより少ないこと。
【００４５】
本発明の実施形態のさらなる詳細、特徴及び利点は、関連する図面を参照する以下の実施形態の記載から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】車内の空気を調節するためのモジュール車両用空調装置の基本設計における冷却回路の回路配置を示す図である。
【図２】車内の空気を調節するためのモジュール車両用空調装置のバッテリ冷却し、ヒートポンプを運転するための熱源としても使用することができる冷却器を備えた冷却回路の回路配置を示す図である。
【図３】車内の空気を調節するための空気側体積流量を調整及び制御することにより、ヒートポンプ機能を実施するモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【図４】車内の空気を調節するための２つの送風機を備え、ヒートポンプ機能を備えたモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【図５】車内の空気を調節するための１つの送風機を備え、ヒートポンプ機能を備えたモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【図６】車内の空気を調節するための再加熱機能を備え、ヒートポンプ機能を備えたモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、車両用空調装置１用の冷却器の冷媒回路１００の基本的な構造を示す。構成部品は、凝縮器１１、蒸発器１２、好ましくは、電動の圧縮機１３、及び電気的に調整可能な膨張装置１４であり、これらは、接続ライン１５、１６、１７及び１８により互いに接続されている。圧縮機１３は、小型モジュール車両用空調装置１と完全に一体化されている。冷却回路は、周囲環境に関する動的シールを備えず、それ故、理論的に漏れが無く、車両の組み立て前、又は納品前に車両製造工場で冷媒を充填することができる。蒸発器１２は熱を吸収でき、車両への供給空気を冷却する。そして、蒸発器−圧縮機接続ライン１５を通して冷媒蒸気を圧縮機１３に送ることができ、冷媒蒸気は圧縮される。圧縮された冷媒蒸気は、圧縮機−凝縮器接続ライン１６を介して凝縮器１１に導かれる。冷媒蒸気はここで凝縮して熱を放出する。凝縮液は、凝縮器−膨張装置接続線１７を介して膨張装置１４に流れ、ここから膨張状態に戻り、膨張装置−蒸発器接続ライン１８を通って蒸発器１２に送られる。このようにして、要求される温度レベルは、基本設計１内の小型モジュール車両用空調装置、及び車両の客室のための空気の冷却、除湿及び加熱に対応する要件を満たすために利用可能となる。
【００４８】
図２では、回路の熱を吸収するための冷却器２１として追加の蒸発器を備えた設計における、車両用空調装置２用の冷媒回路２００の基本的な構造が示されている。構成部品は、凝縮器１１、蒸発器１２、好ましくは電動の圧縮機１３、及び、好ましくは電気的に調整可能な膨張装置１４に加えて、冷却器２１があり、これらは、接続ライン１６、１７、２２及び２３により互いに接続されている。圧縮機１３は、小型モジュール車両用空調装置１と完全に一体化されることが好ましい。冷却回路は、周囲環境に関する動的シールを備えず、それ故、理論的に漏れが無く、車両内での組み立て前、又は納品前に車両製造工場で冷媒を充填することができる。蒸発器１２は熱を吸収でき、蒸発器−圧縮機−冷却器接続ライン２２を介して冷媒蒸気を圧縮機１３に送ることができ、冷媒蒸気は圧縮される。圧縮された冷媒蒸気は、圧縮機−凝縮器接続ライン１６を介して凝縮器１１に導かれる。冷媒蒸気はここで凝縮して熱を放出する。凝縮液は、凝縮器−膨張装置接続ライン１７を介して膨張装置１４に流れ、膨張状態で、ここから膨張装置−蒸発器−冷却器接続ライン２３を介して、蒸発器１２に並行して、又は交互に冷却器２１に送られる。ここで、冷却器２１には、図示しない追加の遮断弁又は膨張弁を設けなければならない。このようにして、必要な温度レベルは、車両の客室に送る空気の冷却及び加熱に対応する要件のための冷却器２１を有する小型モジュール車両用空調装置２に利用可能であり、車両のバッテリ、パワーエレクトロニクス、又は他の構成部品などの冷却のために利用可能である。ヒートポンプ機能を備えた空気側連結部では、水冷式の駆動部品の廃熱を熱源として用いることが望ましい。
【００４９】
図３では、ヒートポンプ機能を備えた冷媒回路１００を有する本発明によるモジュール車両用空調装置１の実施形態の例を示す。この図は、車両の全体構造におけるモジュール車両用空調装置１の配置、特に、外気と客室１０との関係を示す。図１に説明した従来の冷却回路は、ヒートポンプ機能を備えた冷却器において図３の空気側連結部を利用して実装される。蒸発器側の第１のハウジング部９９では、外気供給流１０８が、図示しない送風機により吸引される。外気は外気供給ダクト１０６を通り、供給気流用調整フラップ１１０を通過後、蒸発器１２に達し、冷却され、供給気流１０４の中で調整フラップ１１４及び１１３を通過した後に、供給空気ダクト１０２を通り客室１０に達する。同様に、凝縮器側の第２のハウジング部９８では、外気供給流１０７が、図示しない送風機により吸引される。外気は外気供給ダクト１０５を通り、供給気流用調整フラップ１０９を通過後、凝縮器１１に達し、温められ、供給空気１０４の中で調整フラップ１１２及び１１３を通過した後に、供給空気ダクト１０２を通り客室１０に達する。
【００５０】
客室１０からの廃気流１０３は、図示しない送風機により送気され、客室から廃気ダクト１０１を通り導かれ、調整フラップ１１２、１１３及び１１４を通過した後に、それらの位置に応じて、完全又は部分的に凝縮器１１に入るか、蒸発器１２に供給される。
【００５１】
冷却運転と加熱運転との切り替え、又は加熱運転の実施は、車両の客室１０のための空気の冷却及び除湿、及びその再加熱のための動作であり、凝縮器１１及び蒸発器１２の排出口における空気側部分質量流を調整することにより行われる。フラップ１１２、１１３及び１１４の位置により部分質量流を調整することにより、室内に不要な部分質量流が導かれ、蒸発器１２又は凝縮器１１を通過させた後、廃気ダクト１１１を通り周囲環境に送ることができる。
【００５２】
図４に、２つの送風機１２０及び１２１を備え、ヒートポンプ機能を備えた、本発明によるモジュール車両用空調装置１の追加的な実施形態を示す。送風機１２０及び１２１は、別々に調整可能であり、他のシステムと比較してよりよい動的性能が可能である。なぜならば、冷気側は蒸発器１２を利用して供給することができ、暖気側は凝縮器１１を用いるため、気流が異なる速度で流れ、それ故、運転条件の変化に対応する迅速な反応が可能だからである。
【００５３】
ハウジングの蒸発器側の送風機１２０は、蒸発器側の第１のハウジング部９９において、蒸発器側の外気流用調整フラップ１２５が開いている場合には、そこを通して、又は、蒸発器側の再循環空気用調整フラップ１２６が開いている場合には、そこを通して、蒸発器側の供給空気ダクト１２２を通して空気を引き込み、蒸発器１２に導く。空気をここで冷却し、冷気流を構成する。
【００５４】
蒸発器１２から出た冷気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、客室に送られる空気の部分質量流１３９とに、要求される比率で分かれ得る。又は、１つの通路にその全部が配分することができる。これはフラップ１３０及び１３３を通って行われる。
【００５５】
空気の部分質量流１３８の冷気は、冷気用廃気ダクト１２８を通じて周囲環境に送られる。
【００５６】
客室に送られる空気の部分質量流１３９の冷気は、フラップ１３３を通って混合区画１１５に供給される。空気の高温及び低温部分質量流１３９用の混合区画が、フラップ１３３及び１３２の後方に形成される。
【００５７】
送風機１２０と同様に、凝縮器側の第２のハウジング部９８における送風機１２１は、凝縮器側の外気流用調整フラップ１２４が開いている場合には、そこを通して、又は、凝縮器側の再循環空気用調整フラップ１２７が開いている場合には、そこを通して、凝縮器側の供給空気ダクト１２３を通して空気を引き込み、凝縮器１１に導く。空気をここで暖めて、暖気流を構成する。
【００５８】
凝縮器１１から出た暖気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、客室に送られる空気の部分質量流１３９とに、要求される比率で分割することができる。又は、１つの通路にその全部が配分されてもよい。これはフラップ１３１及び１３２を通って行われる。
【００５９】
空気の部分質量流１３８の暖気は、暖気用廃気ダクト１２９を通じて周囲環境に達する。
【００６０】
空気の部分質量流１３９の暖気は、暖気用の調整フラップ１３２を通って混合区画１１５に供給される。
【００６１】
混合区画１１５から出た混合空気は、空気ダクト１３４を介して客室の窓の内側のウィンドウデフロスタ、ダクト１３６を通りフットスペース、そして空気ダクト１３５を通り、人１３７の中央への気流として導かれる。個々のダクトへの空気の必要な分配は、要件に従い、図示しない、例えばフラップなどの制御要素を用いて達成される。
【００６２】
処理空気量が室内に必要な量を上回る場合には、これは特定の運転条件下で起こり得るが、過剰空気が廃気ダクト１２８及び１２９を通して周囲環境に導かれる。
【００６３】
図５では、ヒートポンプ機能を備えた、本発明によるモジュール車両用空調装置１のさらなる実施形態の例を示す。図４と比較して、これは、冷気側及び暖気側に共通の送風機１４０を備えた設計を行う。
【００６４】
この設計は、モジュール車両用空調装置１の構成を簡単にするが、運転に適応した調整が必要となる。なぜならば、送風機の２つの側に空気を供給する必要があり、また、客室１０用の空気量及び温度が、調整フラップ１３０、１３１、１３２及び１３３の設定のみに影響される可能性があるからである。流路ごとの空気量は、吸気フラップ１２４、１２５、１２６及び１２７により制御されなければならない。ここで、送風機１４０は２つの部分に分けられる。
【００６５】
車両用空調装置の構成及び機能は、送風機１４０を除いて図４に示すものと同じである。このため、図４に関する記載が参照される。
【００６６】
図６に、ヒートポンプ機能を備えた本発明によるモジュール車両用空調装置１の追加的な実施形態の例を示す。図５による実施形態の例と比較して、調整フラップ２０１を利用して実現可能な追加的な再加熱機能を実施し、蒸発器１２と凝縮器１１との間、又は送風機１４０と凝縮器１１との間の気流を調整することができる。
【００６７】
蒸発器側の第１のハウジング部９９内の送風機１４０は、蒸発器側の外気流用調整フラップ１２５が開いている場合には、そこを通して、又は、蒸発器側の再循環空気用調整フラップ１２６が開いている場合には、そこを通して、蒸発器側の供給空気ダクト１２２を通して空気を引き込み、蒸発器１２に導く。空気をここで冷却する。冷気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、混合区画１１５に送られる空気の部分質量流１３９とに分かれる。必要に応じて、廃冷気用調整フラップ１３０が開放している場合には、冷気は、冷気用廃気ダクト１２８を通じて外側に放出することができる。
【００６８】
これと並行して、凝縮器側の第２のハウジング部９８内の送風機１４０は、凝縮器側の外気流用調整フラップ１２４が開いている場合には、そこを通して、又は、凝縮器側の再循環空気用調整フラップ１２７が開いている場合には、そこを通して、凝縮器側の供給空気ダクト１２３から空気を引き込む。そして、送風機１４０と凝縮器１１と間の気流用調整フラップ２０１が、凝縮器１１又は冷却器２１に流れる方向に開いている場合にはそこに空気を導く。空気はそこで暖められる。暖気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、客室に送られる空気の部分質量流１３９とに分かれる。暖気は、暖気用の調整フラップ１３２を通り混合区画１１５に達する。
【００６９】
図４及び図５による設計と同様に、混合区画１１５から混合空気は、空気ダクト１３４を通り客室の窓の内側のウィンドウデフロスタ、ダクト１３６を通りフットスペース、そして空気ダクト１３５を通り、人１３７への中央の気流として導かれる。個々のダクトへの空気の必要な分配は、要件に従い、図示しないフラップなどの制御要素により達成される。
【００７０】
再加熱運転において、図６に示すように、調整フラップ２０１を開いている蒸発器１２の後に、冷気流が凝縮器１１に導かれ、調整フラップ１３３が部分的又は完全に閉塞する。これにより、その少なくとも一部が混合区画１１５を通り客室に送られる前に、除湿した冷気流が凝縮器１１において再度暖められる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 基本構造内のモジュール車両用空調装置
２ 冷却器を有するモジュール車両用空調装置
１０ 客室
１１ 凝縮器
１２ 蒸発器
１３ 電動圧縮機
１４ 電気的に調整可能な膨張装置
１５ 蒸発器−圧縮機接続ライン
１６ 圧縮機−凝縮器接続ライン
１７ 凝縮器−膨張装置接続ライン
１８ 膨張装置−蒸発器接続ライン
２１ 冷却器
２２ 蒸発器−圧縮機−冷却器接続ライン
２３ 膨張装置−冷却器−蒸発器接続ライン
９８ 凝縮器側の第２のハウジング部
９９ 蒸発器側の第１のハウジング部
１００ 冷媒回路
１０１ 客室からの廃気ダクト
１０２ 客室に至る供給空気ダクト
１０３ 客室からの廃気ダクト
１０４ 客室への供給空気ダクト
１０５ 凝縮器への外気供給ダクト
１０６ 蒸発器への外気供給ダクト
１０７ 凝縮器への外気供給流
１０８ 蒸発器への外気供給流
１０９ 凝縮器への外気供給流用調整フラップ
１１０ 蒸発器への外気供給流用調整フラップ
１１１ 廃気ダクト
１１２ 凝縮器からの供給気流用調整フラップ
１１３ 客室への供給気流用調整フラップ
１１４ 蒸発器への供給気流用調整フラップ
１１５ フラップ１３２及び１３３後方の混合区画
１２０ 蒸発器側の送風機
１２１ 凝縮器側の送風機
１２２ 蒸発器側の供給空気ダクト
１２３ 凝縮器側の供給空気ダクト
１２４ 凝縮器側の外気流用調整フラップ
１２５ 蒸発器側の外気流用調整フラップ
１２６ 蒸発器側の再循環気流用調整フラップ
１２７ 凝縮器側の再循環気流用調整フラップ
１２８ 冷気用廃気ダクト
１２９ 暖気用廃気ダクト
１３０ 廃冷気用調整フラップ
１３１ 廃暖気用調整フラップ
１３２ 客室への暖気の調整フラップ
１３３ 客室への冷気用調整フラップ
１３４ ウィンドウデフロスタ用空気ダクト
１３５ 人の中央への空気ダクト
１３６ フットスペース加熱用空気ダクト
１３７ 人の中央への気流
１３８ 周囲環境内への空気の部分質量流
１３９ 客室への空気の部分質量流
１４０ 共有の送風機
２００ 拡大構造の冷媒回路
２０１ 蒸発器側と凝縮器側との間の気流用調整フラップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、特に、電気自動車及びハイブリッド車の車内の空気を加熱、冷却及び除湿するためのヒートポンプ機能を備えた車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車内に供給する空気を調節するために、空気を冷却するための冷却器、加熱するためのグリコール−空気熱交換器、並びに、グリコール−空気ヒートポンプ及び空気−空気ヒートポンプを備えた車両用空調装置が従来用いられている。
【０００３】
現在の車両空調システムは、種々の独立した構成部品から構成される。これらは、例えば、
・通常、車両の前部に配置されている凝縮器、
・自動車エンジンに接続されており、それにより駆動する圧縮機、
・客室に配置されており、調節した空気を乗客に供給する空調機器、
・冷媒ライン、である。
【０００４】
これらの構成部品は、通常、車両製品に個々に供給されて取り付けられる。製造工場のライン上の構成部品の数に応じて、いくつかの組立ステップが必要となる。さらに、組立の最中に設置する必要がある複数の連結部において、漏れを招く可能性がある。漏れが生じた場合には、高い費用をかけて修正する必要がある。
【０００５】
予め取り付けられたシステムを利用する手法が、特許文献１により周知となっている。ｚ型配置の送風機−熱交換器配置を有する空調システムが提案されている。
【０００６】
さらに、閉鎖型の、予め充填された冷却ループが、特許文献１に記載されている。
【０００７】
先行技術として、加熱運転用に、グリコール−空気ヒートポンプとして空気−グリコール熱交換器を備えた車両用空調装置が、特許文献２及び特許文献３に記載されており、空気−空気ヒートポンプを有する装置が、特許文献４、特許文献５、及び特許文献６に記載されている。
【０００８】
冷却運転用に冷媒Ｒ１３４ａを利用する効率的な冷却ループが存在する。
【０００９】
加熱運転における従来の欠点は、周囲温度が低い、例えば、−１０℃よりも低い場所で、直接噴射を利用するディーゼル及びオットーエンジンなどの効率的な燃焼エンジンを用いる場合に、客室の快適な暖房に要求されるレベルに冷却水温が達しない、という点にある。例えば、ハイブリッド車などを含む将来の開発において、これらの問題がより大きくなることが予期される。このため、効率的な補助加熱設計を用いる必要がある。
【００１０】
さらに、駆動システムを完全電化にする傾向がある。この開発では、駆動バッテリからの効率的なエネルギー変換に起因して、室内の暖房に利用可能な廃熱がさらに減少する。さらに、先行技術の燃料タンクよりも、バッテリが蓄えるエネルギー量は著しく少ない。それ故、将来の電気自動車では、室内の空調設備に必要な電力が、車両の走行距離に相当な影響を及ぼす。
【００１１】
グリコール−空気ヒートポンプを用いる最新技術におけるさらなる欠点は、上記のポンプが、熱源として燃焼エンジンの冷却水を利用することである。この処理では、冷却水から熱を奪う。この結果、燃焼エンジンが、より低温でより長期間動作することになる。これは、排ガスの排出及び燃費に悪影響を及ぼす。
【００１２】
ハイブリッド車における燃焼エンジンの間欠的運転に起因して、作動時間がより長い場合でさえも、十分な冷却水温に達しない。この結果、燃焼エンジンの始動−停止運転は、周囲温度が低いと妨げられる。
【００１３】
空気−空気ヒートポンプは周囲空気から熱を奪う。これにより、ある状況下では、ヒートポンプが作動するときに蒸発器として機能する凝縮器に着氷する可能性がある。ヒートポンプの知的な調整により着氷を回避する場合には、結果として、利用可能なヒートポンプの加熱力が低減する。気体冷却器への着氷が許容範囲にある場合には、空調装置である冷媒回路の簡単な運転により、ヒートポンプが能動的に解凍する。これにより、ヒートポンプの平均有効出力が低減する。
【００１４】
出力を空気に放出するヒートポンプシステムは、多くの場合に、車両に供給する空気の除湿及び加熱を同時に行うことはできない。この結果、自動車の空調設備は、周囲温度が低い場合に、車内から再循環される空気である再循環空気を利用して運転することはできない。除湿機能を備えていない場合には、これは凝縮を原因とする、車両の窓ガラスの内側の蒸気による曇りをもたらすことになる。
【００１５】
出力をエンジン冷却回路に放出する、ヒートポンプシステムに加えて燃料補助加熱器は、多くの場合に、動的性能に欠け、効率が悪くなる。
【００１６】
特許文献７には、ヒートポンプ機能を備えた小型の空調装置が記載されている。しかしながら、この装置では、ヒートポンプ機能の実施は、冷却回路の能動的な切り替えにより行われる。この構成は冷却回路を著しく複雑にするため、それ相応に費用が高くなり、技術的リスクが生じる。
【００１７】
特許文献８には、吸収板と連動する取り付けが記載されている。この装置では、システムは循環的に作動し、隣接して配置された熱交換ユニットが、加熱から冷却、及びその逆に連続的に切り替わる。この装置では、第２の熱交換器は非循環的に作動する。このため、加熱又は冷却を目的として、フラップを、必要に応じて、客室又は周囲環境に空気を導くように循環的に調整することもできる。空気を冷却及び除湿するための再加熱運転、及びその後の再加熱又は連続運転は、明白に実施可能であるとは言えず、再循環空気の部分利用は記載されていない。フラップが循環的に移動するため、この取り付けは技術的に非常に複雑である。
【００１８】
特許文献９には、並行に配置された熱交換器を備え、平行な空気の流れと共に、放出作用及び混合作用を備えた基本構造が開示されている。再加熱機能、又は再循環空気の部分利用の実現性は認められない。空気が室内から第１の熱交換器を通って導き出されることができない場合には、流れ方向は一方向のみであるが、外気は第２の熱交換器に対して流れる。
【００１９】
特許文献１０には、取り付けの構成部品に対する一般的な保持固定具が開示されている。加熱機能、再循環空気の部分利用、又は気流の混合は認められない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０４６６６３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２ ５３ ３５７号明細書
【特許文献３】特開平７−００９８４４号公報
【特許文献４】独国特許第４２ ４４ １３７号明細書
【特許文献５】特開平８−２１６６６７号公報
【特許文献６】特開２００３−２９１６３５号公報
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２００９０２８５２２号明細書
【特許文献８】独国特許出願公開第６０２００５００４６６７号明細書
【特許文献９】独国特許出願公開第１９８２４４６１号明細書
【特許文献１０】国際公開第２００７／０４２４６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ここで、本発明の課題は、低容量の熱源を有する周囲環境でさえも、全ての要求を満たす、加熱機能を備えた空調システムを提供すること、及びそのシステムの運転方法を示すことにある。この熱源とは、例えば、エネルギー効率の良い燃焼エンジン、もしくは燃焼エンジン及び電動機、又は、駆動システムの熱源を備えていない場合、例えば電動自動車等のような駆動システムからなるハイブリッド駆動などに用いられる熱源などのようなものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の課題は、独立クレームの特徴により解決される。本発明の変形例は、従属クレームに示される。
【００２３】
特に、本課題は、空気を加熱及び冷却するためのモジュール車両用空調装置により解決される。この装置は、少なくとも１つの送風機（１４０、１２０、１２１）と、空気流路を設定するためのフラップと、を備えたハウジングと、組み込まれた接続ラインと共に、凝縮器（１１）、蒸発器（１２）、圧縮機（１３）、及び膨張装置（１４）を備えた冷媒回路（１００、２００）と、を有し、ハウジング内には、蒸発器（１２）を通る蒸発器空気流路と凝縮器（１１）を通る凝縮器空気流路とが形成され、各空気流路が、周囲環境からの新鮮な外気、客室からの再循環空気、又はこれら２つの混合物を供給するように形成され、２つの空気流路は、上記車内の加熱又は冷却が上記空気流路の設定によって行われるように、制御可能なフラップを介して互いに連通することを特徴としている。
【００２４】
ハウジングは、２つのハウジング部を備え、各ハウジング部分内には、空気流路が形成されていることが好ましい。特別な実施形態によれば、蒸発器空気流路のためのハウジング部の設計と、凝縮器空気流路ためのそれとは鏡面対称である。
【００２５】
本発明の有利な変形例は、ハウジングは、更に、第３のハウジング部を備え、構成部品を通って導かれる空気用の流路が、２つのハウジング部により形成され、上記第３のハウジング部は、空気が通り抜けない全ての冷却回路部品を収容することにある。
【００２６】
２つのハウジング部には、２つの流路に対して空気を搬送するための共通の送風機が設けられていることが好ましい。このようにして、第２の流路用の追加の駆動部を省くことができるため、構築に関する利点に加えて費用的な利点もある。
【００２７】
さらに、空気側において、２つのハウジング部を分離又は接続する再加熱用のフラップが設けられていることが有利である。
【００２８】
空気は、各流路の端部において２つの部分質量流に分けられ、そのうちの１つの空気の部分質量流は、客室に導くことができるように設計され、空気の第２の部分質量流は、周囲環境に導くことができるように設計されている。
【００２９】
変形例として、空調装置の小型設計では、２つの空気搬送ハウジング部は、車両内に存在する設置スペースに応じて、客室下方、カウル、エンジン室内又はトランク内に配置することができるように、互いに異なるように設計されて配置されている。
【００３０】
本発明の特に有利な実施形態では、車内の空気の調節のために、及び、駆動バッテリ、パワーエレクトロニクスユニット又は車両の別の構成部品のさらなる冷却のために、冷却器が冷媒回路に配置され、ラインによって冷媒回路に組み込まれる。
【００３１】
自動車の車内の空気を加熱、冷却及び除湿するためのヒートポンプ機能を備えた冷媒回路を運転するための方法であって、冷却運転と加熱運転とを切り替え、及び／又は、凝縮器と蒸発器の排出口における空気側部分質量流を調整することのみによって再加熱運転を実施し、車内に供給される部分質量流は、車内に供給される空気の要求温度に達するように調整されることを特徴としている。
【００３２】
本発明の実施形態によれば、モジュール空調装置を用いて空気を加熱及び冷却し、車内の空気を調節する。このモジュール空調装置は、ラインにより冷却回路に接続されている凝縮器、蒸発器、圧縮機、及び膨張装置を備えている。全ての構成部品は、少なくとも１つの送風機及び２つの新鮮な外気／再循環空気システムを有する、小型の、組立済みのシステムを共同して形成する。前述のシステムの全ての構成部品は、その各々に流路が形成された２つの空気搬送ハウジング部に配置されている。冷媒を搬送するシステムは冷却ユニットから構成され、冷却器とヒートポンプ機能を実施するヒートポンプとを組み合わせた従来のシステムに要求されるような冷媒用の切り替え弁の必要を免れる。車内を加熱及び冷却する所望の処理は、冷却器／ヒートポンプ用の高価な連結回路が無くとも、特殊技術を要する、空気側における気流の切り替えのみを利用して達成される。
【００３３】
先行技術によるシステムとは対照的に、この取り付けの調整設計は、冷媒搬送構成部品でもある冷却ユニットを、ヒートポンプに切り替えが生じないという事実に基づく。代わりに、ヒートポンプ機能は、空気から得られる環境熱、又は車内を暖めるときに冷媒回路を通じて車両から出た廃熱を利用し、気流の空気側における切り替えを利用してのみもたらされる。
【００３４】
したがって、本発明の本質は、冷却器とヒートポンプとを組み合わせたものとして冷媒回路を実装せず、代わりに、付随するフラップを備えたハウジングによってのみ、ヒートポンプの効果を実現することにある。気流の経路を指定することにより、冷却器においてヒートポンプ機能を得ることができる。
【００３５】
したがって、本発明による実施形態は、移動使用のための小型の空調装置である。冷却回路は、冷媒Ｒ１３４ａ、Ｒ１２３４ｙｆ又はＲ７４４用に設計することができ、冷却回路は、電動圧縮機が設けられ、小型の空調装置と完全に一体化されることが好ましい。従って、冷却回路は、周囲環境に関して有利にも動的シールを備えず、それ故、理論的に漏れが無く、車両の組み立て前又は空調装置の納品前に充填することができる。
【００３６】
したがって、本発明の有利な実施形態によれば、予め組み立てることができる小型システムを提案し、１つ又は２つの送風機、並びに２つの新鮮な外気／再循環空気システムを提供する。装置は、客室下方の、カウル、エンジン室内又はトランク内に配置することができる。空調デバイスは、好ましくは２つ又は３つのハウジング部からなり、いずれの場合でも、このうちの２つが、構成部品を通り導かれる空気流路を提供する。２つのハウジング部には、それぞれの流路に空気を搬送するための送風機が設けられているか、又は、変形例として、共通の送風機により２つの流路を提供することができる。ここで、各流路には、周囲環境からの新鮮な外気、車内からの再循環空気、又はこれら両方の混合空気を供給することができる。さらに、各流路の端部において、空気は２つの部分質量流に分けることができる。この処理では、各流路から、部分的な質量流は車内に導かれ、かつ部分的な質量流は周囲環境に導かれ得る。
【００３７】
ここで、２つのハウジング部は、車両に存在する設置スペースに応じて、互いに対して異なるように配置することができる。
【００３８】
第３のハウジング部は、有利な実施形態による場合には、空気がそこを通って流れない全ての冷却回路部品を含む。
【００３９】
ここで、冷却回路は、２つの熱交換器、凝縮器、及び蒸発器のみを備えた基本設計で設計される。さらに、冷却回路は、好ましくは電動圧縮機と、好ましくは電気的に調整可能な膨張装置とを備えている。上記４つの構成部品は、４本のラインにより互いに接続されている。
【００４０】
さらなる有利な実施形態は、駆動バッテリを冷却するため、又は冷媒回路からの熱を吸収するための冷却器と結合した冷却回路の変形例である。この例では、冷却器はさらに、追加の遮断弁又は膨張弁を備えている。
【００４１】
本発明の構造は、冷却運転と加熱運転との切り替え、又は再加熱運転の実施が、凝縮器及び蒸発器の排出口における空気側部分質量流を調整することにより実現される。この処理では、室内に供給される部分質量流は、客室に送られる供給空気に対して要求される温度及び質量流が達成されるように制御される。
【００４２】
本発明による設計は、先行技術による調整方策から著しく逸脱し、乗用車用の空調システムの調整に特に有利である。
【００４３】
本発明の個々の態様を以下に示す。
・加熱と除湿とを同時に実施可能な高効率のヒートポンプシステム。
・周囲温度が低い場合における暖気の迅速な供給。
・再循環空気運転中の加熱の可能性、又は再循環空気の割合を高くすることによる、車内の加熱に必要な電力の低減。
・予め充填された密封冷却回路。
・切り替え弁無しに、膨張弁の数が最小であることに加えて、並行貫流をともなう冷媒部の利用が最低限にする、もしくはさらに、これを取り外すことによる、冷却回路における最低限の複雑性。
・車台の上、トランク内、防火壁の上、又はエンジン室内などの車両内における代替の配置が可能。
【００４４】
先行技術と比較した、本発明の顕著な利点及び特徴は、実質的には以下を含む。
・同程度の機能を有する他の補助加熱システムと比較して低い複雑性。
・少数の「能動的な」構成部品、すなわち、圧縮機及び任意選択的に外部から調整可能な膨張弁であり、この結果、複雑性が低い。追加の構成部品が少数であることは、費用効率の良い実施を保証する。
・車内の除湿と加熱との同時実行。
・再循環空気を用いた運転を可能にすることによる、ヒートポンプに要求される最大加熱力の低減。
・電動圧縮機を使用する場合には、燃焼エンジンとは独立して加熱力を利用可能。
・車両内の代替的な気流を、単純な方法で実施可能。
・「自由に用いることができる」周囲熱を用いることによる、消費燃料の低減。
・電動圧縮機を用いる場合には、密封システムを利用して冷媒の漏れが無い。
・乗客の快適性のための電気又は化石エネルギーの利用量、の低減。
・個々の構成部品の組立及び充填を確実に実行するために、予め充填された取り付けの完全に接続された納品。
・組立のため、又は電動圧縮機を用いる場合の相対移動を補正するためのチューブを必要としない。
・車両製造工場での最適化された車両組立。
・事前に検査したシステムを提供したことによる、品質に関係する問題がより少なく、かつ車両製造工場における再加工がより少ないこと。
【００４５】
本発明の実施形態のさらなる詳細、特徴及び利点は、関連する図面を参照する以下の実施形態の記載から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】車内の空気を調節するためのモジュール車両用空調装置の基本設計における冷却回路の回路配置を示す図である。
【図２】車内の空気を調節するためのモジュール車両用空調装置のバッテリ冷却し、ヒートポンプを運転するための熱源としても使用することができる冷却器を備えた冷却回路の回路配置を示す図である。
【図３】車内の空気を調節するための空気側体積流量を調整及び制御することにより、ヒートポンプ機能を実施するモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【図４】車内の空気を調節するための２つの送風機を備え、ヒートポンプ機能を備えたモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【図５】車内の空気を調節するための１つの送風機を備え、ヒートポンプ機能を備えたモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【図６】車内の空気を調節するための再加熱機能を備え、ヒートポンプ機能を備えたモジュール車両用空調装置の実施形態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、車両用空調装置１用の冷却器の冷媒回路１００の基本的な構造を示す。構成部品は、凝縮器１１、蒸発器１２、好ましくは、電動の圧縮機１３、及び電気的に調整可能な膨張装置１４であり、これらは、接続ライン１５、１６、１７及び１８により互いに接続されている。圧縮機１３は、小型モジュール車両用空調装置１と完全に一体化されている。冷却回路は、周囲環境に関する動的シールを備えず、それ故、理論的に漏れが無く、車両の組み立て前、又は納品前に車両製造工場で冷媒を充填することができる。蒸発器１２は熱を吸収でき、車両への供給空気を冷却する。そして、蒸発器−圧縮機接続ライン１５を通して冷媒蒸気を圧縮機１３に送ることができ、冷媒蒸気は圧縮される。圧縮された冷媒蒸気は、圧縮機−凝縮器接続ライン１６を介して凝縮器１１に導かれる。冷媒蒸気はここで凝縮して熱を放出する。凝縮液は、凝縮器−膨張装置接続線１７を介して膨張装置１４に流れ、ここから膨張状態に戻り、膨張装置−蒸発器接続ライン１８を通って蒸発器１２に送られる。このようにして、要求される温度レベルは、基本設計１内の小型モジュール車両用空調装置、及び車両の客室のための空気の冷却、除湿及び加熱に対応する要件を満たすために利用可能となる。
【００４８】
図２では、回路の熱を吸収するための冷却器２１として追加の蒸発器を備えた設計における、車両用空調装置２用の冷媒回路２００の基本的な構造が示されている。構成部品は、凝縮器１１、蒸発器１２、好ましくは電動の圧縮機１３、及び、好ましくは電気的に調整可能な膨張装置１４に加えて、冷却器２１があり、これらは、接続ライン１６、１７、２２及び２３により互いに接続されている。圧縮機１３は、小型モジュール車両用空調装置１と完全に一体化されることが好ましい。冷却回路は、周囲環境に関する動的シールを備えず、それ故、理論的に漏れが無く、車両内での組み立て前、又は納品前に車両製造工場で冷媒を充填することができる。蒸発器１２は熱を吸収でき、蒸発器−圧縮機−冷却器接続ライン２２を介して冷媒蒸気を圧縮機１３に送ることができ、冷媒蒸気は圧縮される。圧縮された冷媒蒸気は、圧縮機−凝縮器接続ライン１６を介して凝縮器１１に導かれる。冷媒蒸気はここで凝縮して熱を放出する。凝縮液は、凝縮器−膨張装置接続ライン１７を介して膨張装置１４に流れ、膨張状態で、ここから膨張装置−蒸発器−冷却器接続ライン２３を介して、蒸発器１２に並行して、又は交互に冷却器２１に送られる。ここで、冷却器２１には、図示しない追加の遮断弁又は膨張弁を設けなければならない。このようにして、必要な温度レベルは、車両の客室に送る空気の冷却及び加熱に対応する要件のための冷却器２１を有する小型モジュール車両用空調装置２に利用可能であり、車両のバッテリ、パワーエレクトロニクス、又は他の構成部品などの冷却のために利用可能である。ヒートポンプ機能を備えた空気側連結部では、水冷式の駆動部品の廃熱を熱源として用いることが望ましい。
【００４９】
図３では、ヒートポンプ機能を備えた冷媒回路１００を有する本発明によるモジュール車両用空調装置１の実施形態の例を示す。この図は、車両の全体構造におけるモジュール車両用空調装置１の配置、特に、外気と客室１０との関係を示す。図１に説明した従来の冷却回路は、ヒートポンプ機能を備えた冷却器において図３の空気側連結部を利用して実装される。蒸発器側の第１のハウジング部９９では、外気供給流１０８が、図示しない送風機により吸引される。外気は外気供給ダクト１０６を通り、供給気流用調整フラップ１１０を通過後、蒸発器１２に達し、冷却され、供給気流１０４の中で調整フラップ１１４及び１１３を通過した後に、供給空気ダクト１０２を通り客室１０に達する。同様に、凝縮器側の第２のハウジング部９８では、外気供給流１０７が、図示しない送風機により吸引される。外気は外気供給ダクト１０５を通り、供給気流用調整フラップ１０９を通過後、凝縮器１１に達し、温められ、供給空気１０４の中で調整フラップ１１２及び１１３を通過した後に、供給空気ダクト１０２を通り客室１０に達する。
【００５０】
客室１０からの廃気流１０３は、図示しない送風機により送気され、客室から廃気ダクト１０１を通り導かれ、調整フラップ１１２、１１３及び１１４を通過した後に、それらの位置に応じて、完全又は部分的に凝縮器１１に入るか、蒸発器１２に供給される。
【００５１】
冷却運転と加熱運転との切り替え、又は加熱運転の実施は、車両の客室１０のための空気の冷却及び除湿、及びその再加熱のための動作であり、凝縮器１１及び蒸発器１２の排出口における空気側部分質量流を調整することにより行われる。フラップ１１２、１１３及び１１４の位置により部分質量流を調整することにより、室内に不要な部分質量流が導かれ、蒸発器１２又は凝縮器１１を通過させた後、廃気ダクト１１１を通り周囲環境に送ることができる。
【００５２】
図４に、２つの送風機１２０及び１２１を備え、ヒートポンプ機能を備えた、本発明によるモジュール車両用空調装置１の追加的な実施形態を示す。送風機１２０及び１２１は、別々に調整可能であり、他のシステムと比較してよりよい動的性能が可能である。なぜならば、冷気側は蒸発器１２を利用して供給することができ、暖気側は凝縮器１１を用いるため、気流が異なる速度で流れ、それ故、運転条件の変化に対応する迅速な反応が可能だからである。
【００５３】
ハウジングの蒸発器側の送風機１２０は、蒸発器側の第１のハウジング部９９において、蒸発器側の外気流用調整フラップ１２５が開いている場合には、そこを通して、又は、蒸発器側の再循環空気用調整フラップ１２６が開いている場合には、そこを通して、蒸発器側の供給空気ダクト１２２を通して空気を引き込み、蒸発器１２に導く。空気をここで冷却し、冷気流を構成する。
【００５４】
蒸発器１２から出た冷気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、客室に送られる空気の部分質量流１３９とに、要求される比率で分かれ得る。又は、１つの通路にその全部が配分することができる。これはフラップ１３０及び１３３を通って行われる。
【００５５】
空気の部分質量流１３８の冷気は、冷気用廃気ダクト１２８を通じて周囲環境に送られる。
【００５６】
客室に送られる空気の部分質量流１３９の冷気は、フラップ１３３を通って混合区画１１５に供給される。空気の高温及び低温部分質量流１３９用の混合区画が、フラップ１３３及び１３２の後方に形成される。
【００５７】
送風機１２０と同様に、凝縮器側の第２のハウジング部９８における送風機１２１は、凝縮器側の外気流用調整フラップ１２４が開いている場合には、そこを通して、又は、凝縮器側の再循環空気用調整フラップ１２７が開いている場合には、そこを通して、凝縮器側の供給空気ダクト１２３を通して空気を引き込み、凝縮器１１に導く。空気をここで暖めて、暖気流を構成する。
【００５８】
凝縮器１１から出た暖気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、客室に送られる空気の部分質量流１３９とに、要求される比率で分割することができる。又は、１つの通路にその全部が配分されてもよい。これはフラップ１３１及び１３２を通って行われる。
【００５９】
空気の部分質量流１３８の暖気は、暖気用廃気ダクト１２９を通じて周囲環境に達する。
【００６０】
空気の部分質量流１３９の暖気は、暖気用の調整フラップ１３２を通って混合区画１１５に供給される。
【００６１】
混合区画１１５から出た混合空気は、空気ダクト１３４を介して客室の窓の内側のウィンドウデフロスタ、ダクト１３６を通りフットスペース、そして空気ダクト１３５を通り、人１３７の中央への気流として導かれる。個々のダクトへの空気の必要な分配は、要件に従い、図示しない、例えばフラップなどの制御要素を用いて達成される。
【００６２】
処理空気量が室内に必要な量を上回る場合には、これは特定の運転条件下で起こり得るが、過剰空気が廃気ダクト１２８及び１２９を通して周囲環境に導かれる。
【００６３】
図５では、ヒートポンプ機能を備えた、本発明によるモジュール車両用空調装置１のさらなる実施形態の例を示す。図４と比較して、これは、冷気側及び暖気側に共通の送風機１４０を備えた設計を行う。
【００６４】
この設計は、モジュール車両用空調装置１の構成を簡単にするが、運転に適応した調整が必要となる。なぜならば、送風機の２つの側に空気を供給する必要があり、また、客室１０用の空気量及び温度が、調整フラップ１３０、１３１、１３２及び１３３の設定のみに影響される可能性があるからである。流路ごとの空気量は、吸気フラップ１２４、１２５、１２６及び１２７により制御されなければならない。ここで、送風機１４０は２つの部分に分けられる。
【００６５】
車両用空調装置の構成及び機能は、送風機１４０を除いて図４に示すものと同じである。このため、図４に関する記載が参照される。
【００６６】
図６に、ヒートポンプ機能を備えた本発明によるモジュール車両用空調装置１の追加的な実施形態の例を示す。図５による実施形態の例と比較して、調整フラップ２０１を利用して実現可能な追加的な再加熱機能を実施し、蒸発器１２と凝縮器１１との間、又は送風機１４０と凝縮器１１との間の気流を調整することができる。
【００６７】
蒸発器側の第１のハウジング部９９内の送風機１４０は、蒸発器側の外気流用調整フラップ１２５が開いている場合には、そこを通して、又は、蒸発器側の再循環空気用調整フラップ１２６が開いている場合には、そこを通して、蒸発器側の供給空気ダクト１２２を通して空気を引き込み、蒸発器１２に導く。空気をここで冷却する。冷気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、混合区画１１５に送られる空気の部分質量流１３９とに分かれる。必要に応じて、廃冷気用調整フラップ１３０が開放している場合には、冷気は、冷気用廃気ダクト１２８を通じて外側に放出することができる。
【００６８】
これと並行して、凝縮器側の第２のハウジング部９８内の送風機１４０は、凝縮器側の外気流用調整フラップ１２４が開いている場合には、そこを通して、又は、凝縮器側の再循環空気用調整フラップ１２７が開いている場合には、そこを通して、凝縮器側の供給空気ダクト１２３から空気を引き込む。そして、送風機１４０と凝縮器１１と間の気流用調整フラップ２０１が、凝縮器１１又は冷却器２１に流れる方向に開いている場合にはそこに空気を導く。空気はそこで暖められる。暖気流は、周囲環境に送られる空気の部分質量流１３８と、客室に送られる空気の部分質量流１３９とに分かれる。暖気は、暖気用の調整フラップ１３２を通り混合区画１１５に達する。
【００６９】
図４及び図５による設計と同様に、混合区画１１５から混合空気は、空気ダクト１３４を通り客室の窓の内側のウィンドウデフロスタ、ダクト１３６を通りフットスペース、そして空気ダクト１３５を通り、人１３７への中央の気流として導かれる。個々のダクトへの空気の必要な分配は、要件に従い、図示しないフラップなどの制御要素により達成される。
【００７０】
再加熱運転において、図６に示すように、調整フラップ２０１を開いている蒸発器１２の後に、冷気流が凝縮器１１に導かれ、調整フラップ１３３が部分的又は完全に閉塞する。これにより、その少なくとも一部が混合区画１１５を通り客室に送られる前に、除湿した冷気流が凝縮器１１において再度暖められる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 基本構造内のモジュール車両用空調装置
２ 冷却器を有するモジュール車両用空調装置
１０ 客室
１１ 凝縮器
１２ 蒸発器
１３ 電動圧縮機
１４ 電気的に調整可能な膨張装置
１５ 蒸発器−圧縮機接続ライン
１６ 圧縮機−凝縮器接続ライン
１７ 凝縮器−膨張装置接続ライン
１８ 膨張装置−蒸発器接続ライン
２１ 冷却器
２２ 蒸発器−圧縮機−冷却器接続ライン
２３ 膨張装置−冷却器−蒸発器接続ライン
９８ 凝縮器側の第２のハウジング部
９９ 蒸発器側の第１のハウジング部
１００ 冷媒回路
１０１ 客室からの廃気ダクト
１０２ 客室に至る供給空気ダクト
１０３ 客室からの廃気ダクト
１０４ 客室への供給空気ダクト
１０５ 凝縮器への外気供給ダクト
１０６ 蒸発器への外気供給ダクト
１０７ 凝縮器への外気供給流
１０８ 蒸発器への外気供給流
１０９ 凝縮器への外気供給流用調整フラップ
１１０ 蒸発器への外気供給流用調整フラップ
１１１ 廃気ダクト
１１２ 凝縮器からの供給気流用調整フラップ
１１３ 客室への供給気流用調整フラップ
１１４ 蒸発器への供給気流用調整フラップ
１１５ フラップ１３２及び１３３後方の混合区画
１２０ 蒸発器側の送風機
１２１ 凝縮器側の送風機
１２２ 蒸発器側の供給空気ダクト
１２３ 凝縮器側の供給空気ダクト
１２４ 凝縮器側の外気流用調整フラップ
１２５ 蒸発器側の外気流用調整フラップ
１２６ 蒸発器側の再循環気流用調整フラップ
１２７ 凝縮器側の再循環気流用調整フラップ
１２８ 冷気用廃気ダクト
１２９ 暖気用廃気ダクト
１３０ 廃冷気用調整フラップ
１３１ 廃暖気用調整フラップ
１３２ 客室への暖気の調整フラップ
１３３ 客室への冷気用調整フラップ
１３４ ウィンドウデフロスタ用空気ダクト
１３５ 人の中央への空気ダクト
１３６ フットスペース加熱用空気ダクト
１３７ 人の中央への気流
１３８ 周囲環境内への空気の部分質量流
１３９ 客室への空気の部分質量流
１４０ 共有の送風機
２００ 拡大構造の冷媒回路
２０１ 蒸発器側と凝縮器側との間の気流用調整フラップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を加熱及び冷却するためのモジュール車両用空調装置（１）であって、
少なくとも１つの送風機（１４０、１２０、１２１）と、空気流路を設定するためのフラップと、を備えたハウジングと、
組み込まれた接続ラインと共に、凝縮器（１１）、蒸発器（１２）、圧縮機（１３）、及び膨張装置（１４）を備えた冷媒回路（１００、２００）と、を有し、
上記ハウジング内には、上記蒸発器（１２）を通る蒸発器空気流路と上記凝縮器（１１）を通る凝縮器空気流路とが形成され、各空気流路が、周囲環境からの新鮮な外気、客室からの再循環空気、又はこれら２つの混合物を供給するように形成され、
２つの空気流路は、上記車内の加熱又は冷却が上記空気流路の設定によって行われるように、制御可能なフラップを介して互いに連通することを特徴とするモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項２】
上記ハウジングは、２つのハウジング部（９８、９９）を備え、各ハウジング部分内には、空気流路が形成されている請求項１に記載のモジュール車両用空調装置。
【請求項３】
上記ハウジングは、更に、第３のハウジング部を備え、構成部品を通って導かれる空気用の流路が、２つのハウジング部（９８、９９）により形成され、上記第３のハウジング部は、空気が通り抜けない全ての冷却回路部品を収容する請求項１又は２に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項４】
上記２つのハウジング部（９８）及び（９９）には、２つの流路に対して空気を搬送するための共通の送風機（１４０）が設けられている請求項１乃至３の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項５】
空気側において、上記２つのハウジング部（９８）及び（９９）を分離又は接続する再加熱用のフラップ（２０１）が設けられている請求項１乃至４の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項６】
空気は、各流路の端部において２つの部分質量流に分けられ、そのうちの１つの空気の部分質量流（１３９）は、客室（１０）に導くことができるように設計され、空気の第２の部分質量流（１３８）は、周囲環境に導くことができるように設計されている請求項１乃至５の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項７】
２つの空気搬送ハウジング部（９８）及び（９９）は、車両内に存在する設置スペースに応じて、客室（１０）下方、カウル、エンジン室内又はトランク内に配置することができるように、互いに異なるように設計されて配置されている請求項１乃至６の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項８】
車内の空気の調節のために、及び、駆動バッテリ、パワーエレクトロニクスユニット又は車両の別の構成部品のさらなる冷却のために、冷却器（２１）が冷媒回路（２００）に配置され、ライン（２２、１６、１７、２３）によって冷媒回路（２００）に組み込まれる請求項１乃至７の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項９】
冷却回路（１００）は、電動圧縮機（１３）と、電気的に調整可能な膨張装置１４と、を備え、上記ハウジング内に一体化されている請求項１乃至８の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置。
【請求項１０】
自動車の車内（１０）の空気を加熱、冷却及び除湿するためのヒートポンプ機能を備えた冷媒回路（１００、２００）を運転するための方法であって、
冷却運転と加熱運転とを切り替え、及び／又は、凝縮器と蒸発器の排出口における空気側部分質量流を調整することのみによって再加熱運転を実施し、
車内に供給される部分質量流は、客室に供給される空気の要求温度に達するように調整されることを特徴とする方法。
【請求項１】
空気を加熱及び冷却するためのモジュール車両用空調装置（１）であって、
少なくとも１つの送風機（１４０、１２０、１２１）と、空気流路を設定するためのフラップと、を備えたハウジングと、
組み込まれた接続ラインと共に、凝縮器（１１）、蒸発器（１２）、圧縮機（１３）、及び膨張装置（１４）を備えた冷媒回路（１００、２００）と、を有し、
上記ハウジング内には、上記蒸発器（１２）を通る蒸発器空気流路と上記凝縮器（１１）を通る凝縮器空気流路とが形成され、各空気流路が、周囲環境からの新鮮な外気、客室からの再循環空気、又はこれら２つの混合物を供給するように形成され、
２つの空気流路は、上記車内の加熱又は冷却が上記空気流路の設定によって行われるように、制御可能なフラップを介して互いに連通することを特徴とするモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項２】
上記ハウジングは、２つのハウジング部（９８、９９）を備え、各ハウジング部分内には、空気流路が形成されている請求項１に記載のモジュール車両用空調装置。
【請求項３】
上記ハウジングは、更に、第３のハウジング部を備え、構成部品を通って導かれる空気用の流路が、２つのハウジング部（９８、９９）により形成され、上記第３のハウジング部は、空気が通り抜けない全ての冷却回路部品を収容する請求項１又は２に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項４】
上記２つのハウジング部（９８）及び（９９）には、２つの流路に対して空気を搬送するための共通の送風機（１４０）が設けられている請求項１乃至３の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項５】
空気側において、上記２つのハウジング部（９８）及び（９９）を分離又は接続する再加熱用のフラップ（２０１）が設けられている請求項１乃至４の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項６】
空気は、各流路の端部において２つの部分質量流に分けられ、そのうちの１つの空気の部分質量流（１３９）は、客室（１０）に導くことができるように設計され、空気の第２の部分質量流（１３８）は、周囲環境に導くことができるように設計されている請求項１乃至５の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項７】
２つの空気搬送ハウジング部（９８）及び（９９）は、車両内に存在する設置スペースに応じて、客室（１０）下方、カウル、エンジン室内又はトランク内に配置することができるように、互いに異なるように設計されて配置されている請求項１乃至６の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項８】
車内の空気の調節のために、及び、駆動バッテリ、パワーエレクトロニクスユニット又は車両の別の構成部品のさらなる冷却のために、冷却器（２１）が冷媒回路（２００）に配置され、ライン（２２、１６、１７、２３）によって冷媒回路（２００）に組み込まれる請求項１乃至７の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置（１）。
【請求項９】
冷却回路（１００）は、電動圧縮機（１３）と、電気的に調整可能な膨張装置１４と、を備え、上記ハウジング内に一体化されている請求項１乃至８の何れか１項に記載のモジュール車両用空調装置。
【請求項１０】
自動車の車内（１０）の空気を加熱、冷却及び除湿するためのヒートポンプ機能を備えた冷媒回路（１００、２００）を運転するための方法であって、
冷却運転と加熱運転とを切り替え、及び／又は、凝縮器と蒸発器の排出口における空気側部分質量流を調整することのみによって再加熱運転を実施し、
車内に供給される部分質量流は、客室に供給される空気の要求温度に達するように調整されることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６３７６６（Ｐ２０１３−６３７６６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１８８０３２（Ｐ２０１２−１８８０３２）
【出願日】平成２４年８月１０日（２０１２．８．１０）
【出願人】（５０５４５０７５５）ビステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレイテッド (140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８８０３２（Ｐ２０１２−１８８０３２）
【出願日】平成２４年８月１０日（２０１２．８．１０）
【出願人】（５０５４５０７５５）ビステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレイテッド (140)
【Ｆターム（参考）】
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