熱交換装置および熱管理システム
【課題】気候条件の如何に関わらず常時最も快適な温度環境をドライバーに提供し、かつ、電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリの電気エネルギ消費を削減し、熱エネルギを最大限回収し、熱管理システムを簡素化するとともに、システムをよりコンパクトで安価なものとする熱交換装置を提供する。
【解決手段】第１の熱交換器１０、第２の熱交換器３６および蓄熱手段Ｍを、同じ熱交換装置内に組み合わせることにより、温熱量もしくは冷熱量を放出するか蓄え、且つ、継続使用することを可能とする。蓄熱手段は再補充するため、家庭用電源に接続しなくても、車両走行時または停止時に実施可能である。
【解決手段】第１の熱交換器１０、第２の熱交換器３６および蓄熱手段Ｍを、同じ熱交換装置内に組み合わせることにより、温熱量もしくは冷熱量を放出するか蓄え、且つ、継続使用することを可能とする。蓄熱手段は再補充するため、家庭用電源に接続しなくても、車両走行時または停止時に実施可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の熱管理システムの技術分野に関する。より具体的には、本発明は、換気・暖房、および／または冷房設備のための空調ループを含む熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、自動車には、車室内の空気の温度を調整するために、換気・暖房、および／または冷房設備が備え付けられている。
【０００３】
この設備は、換気・暖房、および／または冷房設備内を通る空気を、車室内に入る前に冷却および除湿する空調ループを含んでいる。この冷却および除湿は、車両の熱機関に連結されたコンプレッサにより循環される冷媒流体が内部を通るエバポレータにより行われる。またこの設備は、換気・暖房、および／または冷房設備内を通る空気を、車室内に入る前に暖める暖房ループも備えている。この暖房は、熱媒流体がその内部を通るラジエータにより行われ、熱媒流体は、車両の熱機関が放出する温熱量を熱交換器へ運ぶ。
【０００４】
このように、車室内空気の温度調整は、車両内部の熱機関の存在に直接関連している。
【０００５】
環境への配慮から、熱機関は電気モータ、またはハイブリッドエンジンに置き換えられる傾向にある。電気モータまたはハイブリッドエンジンは、車室内の空気を適切に暖めるのに十分な温熱量を放出しないため、暖房ループの除去と、空調ループ用電動コンプレッサの使用が求められる。
【０００６】
こうした状況において、電動コンプレッサは、バッテリが供給する電気エネルギを消費し、バッテリ自体は、エンジンを稼動させるため、これに電気エネルギを供給している。そのため、電気自動車またはハイブリッド自動車のエンジン以外の車両構成部品が、バッテリの電気エネルギを使用すると、車両の走行可能距離に直接的な影響を及ぼすことになる。
【０００７】
一方、車室内の空気の暖房は、バッテリの電気エネルギを、熱エネルギへ変換する電気ラジエータにより行われる。しかし、この種のラジエータは、バッテリの電気エネルギを消費するため、車両の走行可能距離が短縮されてしまう。
【０００８】
以上のことから、バッテリの電気エネルギの消費を最小限に抑えることが求められている。
【０００９】
このために、ヒートポンプとして使用可能な空調ループが知られている。これによると、換気・暖房、および／または冷房設備内部に収容され、車室内空気の冷房のために通常使用される空調ループのエバポレータが、車室内空気の暖房に使用される。その種の例は、特許文献１に示されている。この種の空調ループの構造における欠点として、次のことが挙げられる。いわゆる暖房モードの時、すなわちエバポレータがその内部を通る空気を暖める（および内部を循環する流体を凝縮する）のに使用される時に、同一の空調ループに属し、車両の前面に位置する熱交換器は、熱力学的サイクルを補完するために内部を循環する流体を蒸発させる。これにより、前面に位置するこの熱交換器を通った空気の流れは冷却される。したがって、この暖房モードには、前面に位置する熱交換器が凍結する恐れがある。この凍結は、熱交換器内部を循環する流体の温度が、０℃を下回った時に、空気の流れの中に含まれる湿気が熱交換器上に結露するか、または水滴が熱交換器上に付着すると生じる。この凍結により、前記交換器が部分的または全体的にふさがれ、空気の流れが、その内部を通り抜けられなくなってしまう。このため、空調ループの暖房モードにおける効率が失われる。この場合、融氷処置が必要であるが、これには、電気エネルギを消費する適切な器具が必要となり、また車両走行中にこの処置を行うのは非常に困難である。
【００１０】
電気自動車またはハイブリッド自動車においては、１つまたは複数の他の流路と組み合わせた空調ループの使用が知られている。この種の実施形態の一例が特許文献２に記載されている。ループおよび流路のシステムは、車両のバッテリ、車両の電気エンジン、または熱を放出するその他のあらゆる電気および／または電子構成部品など、電気自動車の１つまたは複数の構成部品が放出する熱エネルギの回収を可能とする。しかし、このシステムの最大の欠点は、蓄熱ができないこと、すなわち、いつでも使用可能な冷熱量または温熱量をストックできないということである。特許文献２に記載のシステムにより回収可能なのは、車両の各構成部品からの即時的な熱損失分のみである。したがって、後の使用のためにそれを蓄えておくことはできない。
【００１１】
相変化物質を収容した蓄熱装置の使用は可能である。その場合、相変化物質を含む蓄熱タンクが、潜熱および／または顕熱の形で熱エネルギを供給することにより、車両のバッテリが提供する電気エネルギを使うことなく、車室内の空気を暖めることができる。
【００１２】
「潜熱」とは、物質がその相変化に伴い、温度変化なしで放出する熱、すなわち液体から固体または気体への変化（およびその逆方向の変化）に伴う熱を指す。「顕熱」とは、物質がその温度変化に伴い相変化なしで放出する熱を指す。
【００１３】
車室内空気の暖房に使用される熱エネルギが、相変化物質の潜熱に由来する時、次に示すような問題が生じる。
・車室内への熱エネルギの効果的な供給のためには、高い熱エネルギを蓄えておかなければならない。言い換えれば、潜熱を利用できる状態とするためには、物質の温度が極めて高くなければならない。
・冬季の気候条件下では、熱エネルギを保持するため、蓄熱タンクを完璧に断熱しなければならない。
・タンク内に蓄えられた熱エネルギを使用してしまったら、再び高い熱エネルギを蓄えなおさなければならない。したがって、バッテリが放出する熱、または外部から来る空気の熱のような熱源では、最大蓄熱レベルを満たすのには明らかに不十分である。
・暖房への潜熱の使用は、高い相変化温度を伴うため、蓄えた熱エネルギを、車室内空気の冷房用として使用することができない。
【００１４】
使用される熱エネルギが、相変化物質の顕熱に由来する時、このエネルギは、暖房および冷房の両者に使用することができるが、この場合、次に示すような問題が生じる。
・顕熱の使用により、熱エネルギの蓄えが大幅に減少する。
・冬季および夏季の気候条件下では、熱エネルギを保持するため、蓄熱タンクを完璧に断熱しなければならない。
・タンク内に蓄えられた熱エネルギを使用してしまったら、再び高い熱エネルギを蓄えなおさなければならない。
・暖房用または冷房用の熱エネルギを蓄えるために蓄熱装置を使用する場合、この熱エネルギの使用法を予め決定しておかなければならないが、過渡的な気候条件下（日中／夜間の変わり目、春季および秋季）では、その予測が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】フランス特許第２８０８２４５号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８００９４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、気候条件の如何に関わらず常時最も快適な温度環境をドライバーに提供し、かつ、電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリの電気エネルギ消費を削減することである。これにより、バッテリの電気エネルギの消費は削減され、かつ、走行可能距離は保持されることとなる。また、本発明の他の目的は、熱エネルギを最大限回収し、熱管理システムを簡素化するとともに、このシステムを、よりコンパクトで安価なものとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的は、冷媒流体がその中を通ることのできる第１の熱交換器、および熱媒流体がその中を通ることのできる第２の熱交換器を含む、熱管理システム内に取り付けられる熱交換装置により達成される。この装置は、第１の熱交換器および／または第２の熱交換器と熱交換を行うための蓄熱手段を含む。
【００１８】
この種の熱交換装置には、次に示す利点がある。蓄熱手段があるため、換気・暖房、および／または冷房設備の使用時に、温熱量または冷熱量を、いつでも蓄えておくことができる。この蓄熱により、バッテリ電力の消費削減が可能となる。また、この熱交換装置は、内部を冷媒流体が循環するループと、内部を熱媒流体が循環する流路との間に、熱流束を分散させることも可能にする。「熱流束」とは、熱交換装置内部におけるあらゆる熱交換（温熱量または冷熱量）を指す。こうして、この熱交換装置は、異なる熱流束（熱管理システムの空調ループ、および／または二次的流路）に由来する温熱量または冷熱量を、一定時間ｔの間蓄えておくとともに、後でこれを放出することを可能にする。これらに加えて、第１の熱交換器、第２の熱交換器および蓄熱手段を、同じ熱交換装置内に組み合わせることにより、温熱量もしくは冷熱量を放出するか、または温熱量もしくは冷熱量を蓄えるという目的の如何に関わらず、蓄熱手段を継続使用することが可能となる。この継続使用は、蓄熱手段を再補充するため、家庭用電源に接続しなくても、車両走行時または停止時に実施可能である。
【００１９】
次に、本発明による上記以外の付加的特徴を示す。
・装置は、閉鎖された筺体により画定されている。
・筺体は、第１の熱交換器、第２の熱交換器および蓄熱手段を、装置外部から断熱している。
・第１の熱交換器は、第２の熱交換器と区別されている。
・蓄熱手段は、仕切り区画の内部に収容されている。
・第１の熱交換器および／または第２の熱交換器との熱交換が行えるように、仕切り区画は、装置内部に位置する。
・この装置は、冷媒流体の循環のために、第１の熱交換器と流体接続された第１の入力および第１の出力、ならびに熱媒流体の循環のために、第２の熱交換器と流体接続された第２の入力および第２の出力を含んでいる。
・蓄熱手段は相変化物質である。
・相変化物質としては、暖房モード時の相変化温度が常温以上で、冷房モード時の相変化温度が、常温未満となるものを選択する。
・相変化温度は、−１０〜１０℃である。
・相変化物質は水である。
【００２０】
また本発明は、次の要素を含む自動車の換気・暖房、および／または冷房設備のための熱管理システムも対象としている。
・内部を冷媒流体が循環するループ。
・内部を熱媒流体が循環する主要流路。
・内部を熱媒流体が循環する二次的流路。ループと主要流路は、前記特徴のいずれかによる装置を介して相互に熱交換する。
【００２１】
この種のシステムは、まず第１に、空調ループのコンデンサが前面に位置し、空調ループが「ヒートポンプ」として使用される時のこのコンデンサの着氷という問題を解決するものである。実際、本発明によるこのシステムによると、空調ループのコンデンサは、車両前面に位置しておらず、冷媒と外気との間の熱交換も行っていない。本発明によると、コンデンサ（すなわち第１の熱交換器）は、冷媒と蓄熱手段、および／または二次的流路の熱媒流体との間の熱交換を行う。さらにこのシステムにより、車両走行中または停止中に、車両のバッテリおよびその他の構成部品を受動的に冷却することが可能となる。「受動的に」とは、バッテリ冷却のために、追加の機器の使用を要しないことを指す。またこれとは別の利点として、車両停止時を含む構成部品が生み出した温熱量の放散、ならびに温熱量および冷熱量の再補充を、熱管理システム自らが行うということがある。さらに、この種のシステムにより、温熱量および／または冷熱量が、いつでも使用可能となる。また蓄熱手段により、このシステムは、車両の各構成部品の熱損失量に左右されなくなる。
【００２２】
本発明による上記以外の付加的特徴を次に示す。
・ループは、その内部を通る主要な空気の流れを冷却するためのエバポレータを少なくとも１つ含み、主要流路はエバポレータから来る空気の流れを暖めるためのラジエータを少なくとも１個備え、二次的流路は、少なくとも１つの車両電気構成部品と熱媒流体との間での熱交換を可能とする付属部品を、少なくとも１つ含んでいる。
・装置は、第１の熱交換器をループに、第２の熱交換器を二次的流路に接続するように配置されている。
・ループは、第１の熱交換器の入力に位置する第１の膨張装置、および第１の熱交換器の出力に位置する第２の膨張装置を含んでいる。
・主要流路は、二次的流路から独立している。
本発明のこの他の特徴、詳細および利点は、図１に基いて以下に述べる説明を読むことにより、より明確に理解しうると思う。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す。熱管理システム１は、空調ループ２、主要流路１６および二次的流路２６を備えている。この車両用熱管理システム１は、換気・暖房、および／または冷房設備１００を介して、乗員に快適な温度環境をもたらすと同時に、車両バッテリなど車両構成部品の温度調節を行うようになっている。
【００２５】
内部を冷媒流体が循環する空調ループ２は、コンプレッサ４、冷媒−熱媒間熱交換器６、第１の膨張装置８、第１の熱交換器１０、第２の膨張装置１２およびエバポレータ１４を含んでいる。冷媒流体は、Ｒ１３４ａ、Ｒ７４４（ＣＯ2）またはＲ１２３４ｙｆである。以下の説明において、冷媒流体を「冷媒」と呼ぶ。エバポレータ１４は、車室に入る前に温度調整される主要な空気の流れＦが内部を循環する、換気・暖房、および／または冷房設備１００の内部に位置している。エバポレータ１４は、主要な空気の流れＦの冷却および除湿を可能とする。コンプレッサ４は電動で、車両のバッテリにより電力が供給される。第１および第２の膨張装置８、１２は、電子膨張弁である。ループ２内を冷媒が循環する方向に従って言うと、第１の膨張装置８は第１の熱交換器１０の上流に、第２の膨張装置１２は第１の熱交換器１０の下流にある。言い換えると、第１の膨張装置８は、第１の熱交換器１０の入力に、第２の膨張装置１２は、第１の熱交換器１０の出力に位置する。こうした特有の配置により、冷媒を加熱するため、または冷却するために、第１の熱交換器１０を使用することが可能となる。
【００２６】
主要流路１６は、ポンプ１８、第１の弁２０、ラジエータ２２、空気−熱媒間熱交換器２４および冷媒−熱媒間熱交換器６を含んでいる。ラジエータ２２は、換気・暖房および／または冷房設備１００内部に位置し、主要な空気の流れＦを暖めることができる。空気−熱媒間熱交換器２４は、車両の前面に位置し、そのため、外気の流れＦｅがこれを通過することとなる。熱媒流体（以降、「熱媒」と称する）は主要流路１６内部を循環する。この熱媒は、例えばグリコール含有水などである。第１の弁２０は三方弁であり、熱媒をラジエータ２２方向、または空気−熱媒間熱交換器２４方向へ導くことができる。ラジエータ２２と空気−熱媒間熱交換器２４は、ポンプ１８および冷媒−熱媒間熱交換器６に対して並列に配置されている。
【００２７】
内部をグリコース含有水などの熱媒流体が循環する二次的流路２６は、追加ポンプ２８、第１の付属部品３０、第２の付属部品３２、第２の弁３４、第２の熱交換器３６および外部熱交換器３８を含んでいる。第２の弁３４は、３つの弁を有する弁であり、熱媒を第２の熱交換器３６方向または外部熱交換器３８方向へと導くことができる。
【００２８】
第２の熱交換器３６と外部熱交換器３８は、追加ポンプ２８、ならびに第１および第２の付属部品３０、３２に対して並列に配置されている。
【００２９】
主要流路１６および二次的流路２６は、互いに独立している。より正確には、これら２つの流路は、流体的に独立しており、主要流路１６の内部を循環する熱媒は、二次的流路２６の内部を循環しない。
【００３０】
また、主要流路１６および二次的流路２６は、内部を冷媒が循環するループ２からも流体的に独立している。そのため、熱媒と冷媒は混合することはない。
【００３１】
主要流路１６は、冷媒−熱媒間熱交換器６を介して、ループ２と熱交換を行う。ループ２の冷媒と、主要流路１６の熱媒との間で行われるこの熱交換については後述する。
【００３２】
二次的流路２６は、熱交換装置４０を介して、ループ２と熱交換を行う。この熱交換装置４０は、第１の熱交換器１０、第２の交換器３６および蓄熱手段Ｍを含んでいる。熱交換装置４０の内部、より具体的には、仕切り区画（図示せず）内に収容される蓄熱手段Ｍは、水またはパラフィンなどの相変化物質である。熱管理システム１の機能形態に関する説明の中で後述するが、熱交換装置４０は熱源としても（温熱量の放出）、ヒートシンクとしても（冷熱量の放出）使用可能である。また、熱交換装置は、閉鎖された筐体４２も備えている。これにより、第１の熱交換器１０、第２の熱交換器３６および蓄熱手段Ｍは、この筐体４２の中に収容される。「閉鎖された」とは、熱交換装置内部で行われる熱交換が、外気の流れなど外部要素の影響を受けないことを指す。すなわち、装置外部に対する断熱が、筐体４２により実現されることになる。
【００３３】
熱交換装置４０の２つの熱交換器は、互いに区別されている。第１の熱交換器１０は、ループ２に属し、第２の熱交換器３６は、二次的流路２６に属している。熱交換装置４０は、ループ２および二次的流路２６の両者に接続されている。このため、この装置は、第１の熱交換器１０に流体接続された第１の入力４４および第１の出力４６を含んでいる。また、この装置４０は、第２の熱交換器３６に流体接続された第２の入力４８および第２の出力５０も含んでいる。
【００３４】
熱管理システム１の働きは、車両のバッテリ由来の電気エネルギを大量消費することなく、外部気候条件（冬季または夏季の気候条件）に応じて、乗員に最適な温度環境を提供することができることである。
【００３５】
冬季の気候条件下（外気温５℃以下）においては、熱管理システムは、主要な空気の流れＦを暖めるように機能する。この管理システムは、暖房モードで機能する。暖房モードにおいて、熱交換装置４０は、最適レベルまで温熱量を補充される。温熱量の補充は、車両を家庭用電源に接続することで行われ、これにより、蓄熱手段Ｍが暖められる。蓄熱手段の温度は、例えば９０℃である。
【００３６】
ループ２は「ヒートポンプ」モードに従い実現される。コンプレッサ４をオンにして、冷媒を圧縮する。コンプレッサ４の出力部では、冷媒が高温高圧の状態となる。続いて冷媒は、冷媒−熱媒間熱交換器６内を通り、この中で、冷媒−熱媒間熱交換器６内を循環する主要流路１６の熱媒と、その（暖かい）温熱量を交換する。こうして冷媒は冷却され、熱媒は温熱量を得る。冷媒−熱媒間熱交換器６の出力では、冷媒が第１の膨張装置８に達し、その中で冷媒は、膨張を受けることとなり、その温度と圧力は下がる。第１の膨張装置８の出力では、この時冷媒の温度が熱交換装置４０の蓄熱手段Ｍの温度を下回る。その結果、冷媒は、第１の熱交換器１０内部を循環する時、暖められることになる。次に第２の膨張装置１２が、冷媒の熱力学的サイクルに影響を及ぼさないように開かれる。言い換えると、冷媒は、第２の膨張装置１２内部を通過する時、いかなる膨張も受けない。最後に、冷媒はエバポレータ１４の中を循環し、次いでコンプレッサ４に戻る。冷媒がエバポレータ１４内部を通過する時の温度は、車両外部からくる主要な空気の流れＦの温度に近い。よって、エバポレータ１４内での冷媒と、主要な空気の流れＦとの熱交換は、非常にわずかなものであると考えられる。
【００３７】
変形例において、ループ２は、冷媒がエバポレータ１４の内部を通過しないようにするとともに、第２の膨張装置１２の冷媒を、直接コンプレッサ４へ導くための弁と、これに接続された迂回路を備えている。この変形例では、主要な空気の流れＦを暖めたい時の、エバポレータ内部における冷媒と、主要な空気の流れＦとの間の回避すべき熱交換が、全て回避される。
【００３８】
この実施形態によると、主要流路１６は、冷媒−熱媒間熱交換器６を介して、温熱量を受け取る。この時、この流路は次のように機能している。すなわち、冷媒−熱媒間熱交換器６内部で温熱量を得た熱媒は、ポンプ１８の内部を通り、次いで、熱媒をラジエータ２２へ導く第１の弁２０の内部を通る。この時熱媒により運ばれた温熱量は、ラジエータ２２の中を通る主要な空気の流れＦと交換されて、主要な空気の流れＦを暖める。最後に、温熱量を放出した熱媒は、冷媒−熱媒間熱交換器６へ戻る。
【００３９】
この暖房モードでは、走行中に二次的流路２６も使用される。車両動作中には、バッテリ、推進システム、もしくは駆動システムなどの各種構成部品、または熱を放出する各種電子装置に負荷がかかり、温熱量を発生する。ところで、これらの構成部品を良好に稼動させるとともに、その寿命を長くするためには、発生した温熱量を排出する必要がある。このために、第１の付属部品３０が、各構成部品から発せられる温熱量を熱媒に向けて排出させる。言い換えると、第１の付属部品３０は、放熱器のように作用する。暖房モードの時、各構成部品の発する温熱量は、第１の付属部品３０内部において、熱媒との間で交換され、次いで、熱交換装置４０の第２の熱交換器３６へ導かれる。このようにして、蓄熱手段Ｍには、各構成部品由来の温熱量が補充される。すなわち、流路２６は、追加ポンプ２８、第１の付属部品３０、第２の付属部品３２、第２の弁３４、第２の熱交換器３６、次いで追加ポンプ２８に戻るという経路を辿ることになる。
【００４０】
夏季の気候条件下（外気温３０℃以上）においては、熱管理システムは冷房モードとなる。この種の気候条件下では、熱交換装置４０は、最適レベルまで冷熱量（冷気）を補充される。冷熱量の補充は、家庭用電源に接続することにより実現される。この場合、蓄熱手段の温度は、５℃以下である。
【００４１】
ループ２においては、冷媒は、コンプレッサ４の中で圧縮され、冷媒−熱媒間熱交換器６の内部を通りつつ、温熱量を放出し、第１の膨張を受けながら、第１の膨張装置８を通り、第１の熱交換器１０の中を循環する。蓄熱手段Ｍは、膨大な量の冷熱量を含むため、第１の熱交換器１０の中を通る冷熱量は、冷媒−熱媒間熱交換器６内部での冷却に加えて、さらに冷やされる。こうした追加の冷却により、ループ２の成績係数が向上する。次に、冷媒は、第２の膨張装置１２により膨張され、低圧低温の状態となる。最後に、冷媒はエバポレータ１４内部を通過しつつ暖められ、これにより、主要な空気の流れＦが冷却される。第１および第２の膨張装置８、１２を組み合わせて使用することにより、熱交換装置４０の使用は最小限に抑えられ、ループ２の成績係数は向上する。なぜなら、２つの膨張装置の働きにより、蓄熱手段Ｍの冷熱量をただちに放出することが回避され、これにより、夏季の長時間にわたる車両走行時に熱管理システム１を、より長時間使用することが可能となる。冷媒が連続して２度の膨張を受けるため、熱交換装置４０の冷熱量を大量に消費することなく、その温度を下げることができる。
【００４２】
主要流路１６においては、冷媒からくる温熱量を、冷媒−熱媒間熱交換器６において得た熱媒が、ポンプ１８、第１の弁２０、空気−熱媒間熱交換器２４の中を通り、冷媒−熱媒間熱交換器６に戻る。こうして、熱媒の温熱量は、空気−熱媒間熱交換器２４を通る外気の流れを介して、熱管理システム１から排出される。すなわち、第１の弁２０は、熱媒がラジエータ２２の中を通らないよう作用することになる。
【００４３】
二次的流路２６においては、熱媒は、追加ポンプ２８、第１の付属部品３０、第２の付属部品３２、第２の弁３４、外部熱交換器３８の中を通り、追加ポンプ２８に戻る。すなわち、第２の弁３４は、熱媒が第２の熱交換器３６の方向に向かわないよう作用することになる。外部熱交換器３８は、車両の各構成部品の稼動により、予め第１の付属部品３０を介して温熱量を得ている熱媒を冷却する役割を担う。
【００４４】
外気温が約１０℃、かつ外気の湿度が高い気候条件の時、車両のフロントガラスに曇りが生じないようにするため、主要な空気の流れＦを除湿しつつ、暖める必要がある。この場合、除湿モードを適用する。
【００４５】
このモードにおいて、ループ２および二次的流路２６は、冷房モードと同様に機能する。一方、主要流路１６は、暖房モードと同様に機能する。すなわち、エバポレータ１４は、主要な空気の流れＦを冷却・除湿し、ラジエータ２２は、この主要な空気の流れＦを、これが車室に入る前に暖める。
【００４６】
さらに、熱管理システム１は、車両の各構成部品の冷却モード実行を可能とする。このモードは、車両走行中に、乗員が車室空気の温度調整を行っていないという条件で作動する。すなわちこの時、ループ２および主要流路１６のいずれも使用されておらず、二次的流路２６のみが作動する状態にある。追加ポンプ２８の作用で循環する熱媒は、第１の付属部品３０内部を通り、各構成部品由来の温熱量を得る。熱媒は、内部でいかなる熱交換も生じない第２の付属部品３２を通り、第２の熱交換器３６に達する。熱媒は、熱交換装置４０の蓄熱手段Ｍとの間で熱交換を行い、冷却される。
【００４７】
この構成部品冷却モードは、車両が停止し、家庭用電源に接続されている時にも適用可能である。
【００４８】
熱交換装置４０が、いずれかの機能モードで使用されている時には、蓄熱手段Ｍが使用されている。その結果、温熱量または冷熱量のいずれかが使用され、これらが熱交換装置４０から放出されることとなる。そのため、一定時間使用後は、蓄熱手段Ｍの温熱量または冷熱量を、再度補充しなくてはならない。
【００４９】
熱交換装置４０の冷房能力を回復させるため、すなわち蓄熱手段Ｍに再び冷熱量を補充するには、いくつかの方法がある。第１の方法は、蓄熱手段Ｍに冷熱量を補充することが可能な機器に、熱交換装置４０を接続することである。熱管理システム１から独立したこの機器は、例えばガソリンスタンドや家庭用電源に設置される。
【００５０】
第２の方法は、外気温が蓄熱手段Ｍの温度を下回る時に実行するものである。この場合、外気の流れが冷熱量源とみなされる。この冷房能力回復のために使用されるのは、二次的流路２６のみである。追加ポンプ２８は、空気−熱媒間熱交換器２４を通る外気の流れに由来する冷熱量の交換を行う第２の熱交換器を通して熱媒を循環させる。この方法では、第２の熱交換器３６と空気−熱媒間熱交換器２４をつなぐための追加の弁、およびこれに接続された管が必要となる。
【００５１】
第３の方法は、夏季に実行するものである。この場合、ループ２および主要流路１６は、冷房モードのように機能する。二次的流路２６は作動しない。熱交換装置４０は、内部で冷媒がその冷熱量を蓄熱手段Ｍに渡している第１の熱交換器１０を通じて、冷熱量が補充される。
【００５２】
変形例においては、ループ２は、エバポレータ１４を迂回することが可能な弁と、これに接続された迂回路を備えている。これにより、ループ２の熱力学的サイクルにより生成された冷熱量の全てが、第１の熱交換器１０を介して、蓄熱手段Ｍに運ばれる。
【００５３】
熱交換装置４０の暖房能力を回復させる必要がある時にも、さまざまな方法がある。第１の方法は、蓄熱手段Ｍに温熱量を補充することが可能な機器に、熱交換装置４０を接続することである。熱管理システム１から独立したこの機器は、例えばガソリンスタンドや家庭用電源に設置される。
【００５４】
第２の方法は、外気温が蓄熱手段Ｍの温度を上回る時に実行するものである。この場合、外気の流れが温熱量源とみなされる。この暖房能力回復のために使用されるのは、二次的流路２６のみである。追加ポンプ２８は、空気−熱媒間熱交換器２４を通る外気の流れに由来する温熱量の交換を行う第２の熱交換器を通して、熱媒を循環させる。この方法では、第２の熱交換器３６と空気−熱媒間熱交換器２４をつなぐための、追加の弁、およびこれに接続された管が必要となる。
【００５５】
第３の方法は、第２の付属部品３２を使用するというものである。第２の付属部品３２は、正の温度係数を有する石などの抵抗要素を備えた放熱器を含んでいる。このように二次的流路２６を使用することにより、熱媒が、この流路内において第２の付属部品３２の内部を通りつつ温熱量を得、続いて、この温熱量が、第２の熱交換器３６を介して蓄熱手段Ｍに運ばれることとなる。
【００５６】
第４の方法は、上述のような抵抗要素を、熱交換装置４０内に置くというものである。これにより、熱管理システム１が家庭用電源に接続されると、抵抗要素には電力が供給されて、蓄熱手段Ｍの温度を上げるよう暖める。
【００５７】
第５の方法は、ループ２の使用である。主要流路１６および二次的流路２６は使用しない。圧縮された冷媒は、主要流路１６内の熱媒が循環していないため、温熱量をほとんど放出することなく、冷媒−熱媒間熱交換器６内を通る。よって冷媒の温熱量の大半が、第１の熱交換機１０を介して蓄熱手段Ｍへ運ばれることになる。続いて冷媒は、第２の膨張装置１２内を通り、その後、エバポレータ内で暖められる。この方法は、車両停止時に適用されるものである。
【００５８】
上述全ての実施形態の変形例において、主要流路１６は、熱媒の循環方向から見て、ラジエータ２２の上流に電気暖房装置を備えている。この電気暖房装置は、熱媒による暖房を補完するもので、これにより、ラジエータ２２を通る主要な空気の流れＦが、より良く暖められるようになる。
【００５９】
また別の変形例として、熱管理システム１は、ポンプ、換気・暖房、および／または冷房設備１００内部の主要な空気の流れＦの循環方向から見た上流または下流に位置する二次的熱交換器、ならびに熱交換装置４０内部に位置する熱交換器を含む追加流路を含んでいる。この種の熱管理システムにより、ループ２および／または主要流路１６を使用することなく、主要な空気の流れＦを冷却するか、または暖めるために、蓄熱手段Ｍの冷熱量または温熱量を使用することが可能となる。その結果、バッテリの電力消費が抑えられる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 熱管理システム
２ ループ
４ コンプレッサ
６ 冷媒−熱媒間熱交換器
８ 第１の膨張装置
１０ 第１の熱交換器
１２ 第２の膨張装置
１４ エバポレータ
１６ 主要流路
１８ ポンプ
２０ 第１の弁
２２ ラジエータ
２４ 空気−熱媒間熱交換器
２６ 二次的流路
２８ 追加ポンプ
３０ 第１の付属部品
３２ 第２の付属部品
３４ 第２の弁
３６ 第２の熱交換器
３８ 外部熱交換器
４０ 熱交換装置
４２ 筐体
４４ 第１の入力
４６ 第１の出力
４８ 第２の入力
５０ 第２の出力
１００ 換気・暖房、および／または冷房設備
Ｆ 主要な空気の流れ
Ｆｅ 外気の流れ
Ｍ 蓄熱手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の熱管理システムの技術分野に関する。より具体的には、本発明は、換気・暖房、および／または冷房設備のための空調ループを含む熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、自動車には、車室内の空気の温度を調整するために、換気・暖房、および／または冷房設備が備え付けられている。
【０００３】
この設備は、換気・暖房、および／または冷房設備内を通る空気を、車室内に入る前に冷却および除湿する空調ループを含んでいる。この冷却および除湿は、車両の熱機関に連結されたコンプレッサにより循環される冷媒流体が内部を通るエバポレータにより行われる。またこの設備は、換気・暖房、および／または冷房設備内を通る空気を、車室内に入る前に暖める暖房ループも備えている。この暖房は、熱媒流体がその内部を通るラジエータにより行われ、熱媒流体は、車両の熱機関が放出する温熱量を熱交換器へ運ぶ。
【０００４】
このように、車室内空気の温度調整は、車両内部の熱機関の存在に直接関連している。
【０００５】
環境への配慮から、熱機関は電気モータ、またはハイブリッドエンジンに置き換えられる傾向にある。電気モータまたはハイブリッドエンジンは、車室内の空気を適切に暖めるのに十分な温熱量を放出しないため、暖房ループの除去と、空調ループ用電動コンプレッサの使用が求められる。
【０００６】
こうした状況において、電動コンプレッサは、バッテリが供給する電気エネルギを消費し、バッテリ自体は、エンジンを稼動させるため、これに電気エネルギを供給している。そのため、電気自動車またはハイブリッド自動車のエンジン以外の車両構成部品が、バッテリの電気エネルギを使用すると、車両の走行可能距離に直接的な影響を及ぼすことになる。
【０００７】
一方、車室内の空気の暖房は、バッテリの電気エネルギを、熱エネルギへ変換する電気ラジエータにより行われる。しかし、この種のラジエータは、バッテリの電気エネルギを消費するため、車両の走行可能距離が短縮されてしまう。
【０００８】
以上のことから、バッテリの電気エネルギの消費を最小限に抑えることが求められている。
【０００９】
このために、ヒートポンプとして使用可能な空調ループが知られている。これによると、換気・暖房、および／または冷房設備内部に収容され、車室内空気の冷房のために通常使用される空調ループのエバポレータが、車室内空気の暖房に使用される。その種の例は、特許文献１に示されている。この種の空調ループの構造における欠点として、次のことが挙げられる。いわゆる暖房モードの時、すなわちエバポレータがその内部を通る空気を暖める（および内部を循環する流体を凝縮する）のに使用される時に、同一の空調ループに属し、車両の前面に位置する熱交換器は、熱力学的サイクルを補完するために内部を循環する流体を蒸発させる。これにより、前面に位置するこの熱交換器を通った空気の流れは冷却される。したがって、この暖房モードには、前面に位置する熱交換器が凍結する恐れがある。この凍結は、熱交換器内部を循環する流体の温度が、０℃を下回った時に、空気の流れの中に含まれる湿気が熱交換器上に結露するか、または水滴が熱交換器上に付着すると生じる。この凍結により、前記交換器が部分的または全体的にふさがれ、空気の流れが、その内部を通り抜けられなくなってしまう。このため、空調ループの暖房モードにおける効率が失われる。この場合、融氷処置が必要であるが、これには、電気エネルギを消費する適切な器具が必要となり、また車両走行中にこの処置を行うのは非常に困難である。
【００１０】
電気自動車またはハイブリッド自動車においては、１つまたは複数の他の流路と組み合わせた空調ループの使用が知られている。この種の実施形態の一例が特許文献２に記載されている。ループおよび流路のシステムは、車両のバッテリ、車両の電気エンジン、または熱を放出するその他のあらゆる電気および／または電子構成部品など、電気自動車の１つまたは複数の構成部品が放出する熱エネルギの回収を可能とする。しかし、このシステムの最大の欠点は、蓄熱ができないこと、すなわち、いつでも使用可能な冷熱量または温熱量をストックできないということである。特許文献２に記載のシステムにより回収可能なのは、車両の各構成部品からの即時的な熱損失分のみである。したがって、後の使用のためにそれを蓄えておくことはできない。
【００１１】
相変化物質を収容した蓄熱装置の使用は可能である。その場合、相変化物質を含む蓄熱タンクが、潜熱および／または顕熱の形で熱エネルギを供給することにより、車両のバッテリが提供する電気エネルギを使うことなく、車室内の空気を暖めることができる。
【００１２】
「潜熱」とは、物質がその相変化に伴い、温度変化なしで放出する熱、すなわち液体から固体または気体への変化（およびその逆方向の変化）に伴う熱を指す。「顕熱」とは、物質がその温度変化に伴い相変化なしで放出する熱を指す。
【００１３】
車室内空気の暖房に使用される熱エネルギが、相変化物質の潜熱に由来する時、次に示すような問題が生じる。
・車室内への熱エネルギの効果的な供給のためには、高い熱エネルギを蓄えておかなければならない。言い換えれば、潜熱を利用できる状態とするためには、物質の温度が極めて高くなければならない。
・冬季の気候条件下では、熱エネルギを保持するため、蓄熱タンクを完璧に断熱しなければならない。
・タンク内に蓄えられた熱エネルギを使用してしまったら、再び高い熱エネルギを蓄えなおさなければならない。したがって、バッテリが放出する熱、または外部から来る空気の熱のような熱源では、最大蓄熱レベルを満たすのには明らかに不十分である。
・暖房への潜熱の使用は、高い相変化温度を伴うため、蓄えた熱エネルギを、車室内空気の冷房用として使用することができない。
【００１４】
使用される熱エネルギが、相変化物質の顕熱に由来する時、このエネルギは、暖房および冷房の両者に使用することができるが、この場合、次に示すような問題が生じる。
・顕熱の使用により、熱エネルギの蓄えが大幅に減少する。
・冬季および夏季の気候条件下では、熱エネルギを保持するため、蓄熱タンクを完璧に断熱しなければならない。
・タンク内に蓄えられた熱エネルギを使用してしまったら、再び高い熱エネルギを蓄えなおさなければならない。
・暖房用または冷房用の熱エネルギを蓄えるために蓄熱装置を使用する場合、この熱エネルギの使用法を予め決定しておかなければならないが、過渡的な気候条件下（日中／夜間の変わり目、春季および秋季）では、その予測が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】フランス特許第２８０８２４５号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８００９４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、気候条件の如何に関わらず常時最も快適な温度環境をドライバーに提供し、かつ、電気自動車またはハイブリッド自動車のバッテリの電気エネルギ消費を削減することである。これにより、バッテリの電気エネルギの消費は削減され、かつ、走行可能距離は保持されることとなる。また、本発明の他の目的は、熱エネルギを最大限回収し、熱管理システムを簡素化するとともに、このシステムを、よりコンパクトで安価なものとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的は、冷媒流体がその中を通ることのできる第１の熱交換器、および熱媒流体がその中を通ることのできる第２の熱交換器を含む、熱管理システム内に取り付けられる熱交換装置により達成される。この装置は、第１の熱交換器および／または第２の熱交換器と熱交換を行うための蓄熱手段を含む。
【００１８】
この種の熱交換装置には、次に示す利点がある。蓄熱手段があるため、換気・暖房、および／または冷房設備の使用時に、温熱量または冷熱量を、いつでも蓄えておくことができる。この蓄熱により、バッテリ電力の消費削減が可能となる。また、この熱交換装置は、内部を冷媒流体が循環するループと、内部を熱媒流体が循環する流路との間に、熱流束を分散させることも可能にする。「熱流束」とは、熱交換装置内部におけるあらゆる熱交換（温熱量または冷熱量）を指す。こうして、この熱交換装置は、異なる熱流束（熱管理システムの空調ループ、および／または二次的流路）に由来する温熱量または冷熱量を、一定時間ｔの間蓄えておくとともに、後でこれを放出することを可能にする。これらに加えて、第１の熱交換器、第２の熱交換器および蓄熱手段を、同じ熱交換装置内に組み合わせることにより、温熱量もしくは冷熱量を放出するか、または温熱量もしくは冷熱量を蓄えるという目的の如何に関わらず、蓄熱手段を継続使用することが可能となる。この継続使用は、蓄熱手段を再補充するため、家庭用電源に接続しなくても、車両走行時または停止時に実施可能である。
【００１９】
次に、本発明による上記以外の付加的特徴を示す。
・装置は、閉鎖された筺体により画定されている。
・筺体は、第１の熱交換器、第２の熱交換器および蓄熱手段を、装置外部から断熱している。
・第１の熱交換器は、第２の熱交換器と区別されている。
・蓄熱手段は、仕切り区画の内部に収容されている。
・第１の熱交換器および／または第２の熱交換器との熱交換が行えるように、仕切り区画は、装置内部に位置する。
・この装置は、冷媒流体の循環のために、第１の熱交換器と流体接続された第１の入力および第１の出力、ならびに熱媒流体の循環のために、第２の熱交換器と流体接続された第２の入力および第２の出力を含んでいる。
・蓄熱手段は相変化物質である。
・相変化物質としては、暖房モード時の相変化温度が常温以上で、冷房モード時の相変化温度が、常温未満となるものを選択する。
・相変化温度は、−１０〜１０℃である。
・相変化物質は水である。
【００２０】
また本発明は、次の要素を含む自動車の換気・暖房、および／または冷房設備のための熱管理システムも対象としている。
・内部を冷媒流体が循環するループ。
・内部を熱媒流体が循環する主要流路。
・内部を熱媒流体が循環する二次的流路。ループと主要流路は、前記特徴のいずれかによる装置を介して相互に熱交換する。
【００２１】
この種のシステムは、まず第１に、空調ループのコンデンサが前面に位置し、空調ループが「ヒートポンプ」として使用される時のこのコンデンサの着氷という問題を解決するものである。実際、本発明によるこのシステムによると、空調ループのコンデンサは、車両前面に位置しておらず、冷媒と外気との間の熱交換も行っていない。本発明によると、コンデンサ（すなわち第１の熱交換器）は、冷媒と蓄熱手段、および／または二次的流路の熱媒流体との間の熱交換を行う。さらにこのシステムにより、車両走行中または停止中に、車両のバッテリおよびその他の構成部品を受動的に冷却することが可能となる。「受動的に」とは、バッテリ冷却のために、追加の機器の使用を要しないことを指す。またこれとは別の利点として、車両停止時を含む構成部品が生み出した温熱量の放散、ならびに温熱量および冷熱量の再補充を、熱管理システム自らが行うということがある。さらに、この種のシステムにより、温熱量および／または冷熱量が、いつでも使用可能となる。また蓄熱手段により、このシステムは、車両の各構成部品の熱損失量に左右されなくなる。
【００２２】
本発明による上記以外の付加的特徴を次に示す。
・ループは、その内部を通る主要な空気の流れを冷却するためのエバポレータを少なくとも１つ含み、主要流路はエバポレータから来る空気の流れを暖めるためのラジエータを少なくとも１個備え、二次的流路は、少なくとも１つの車両電気構成部品と熱媒流体との間での熱交換を可能とする付属部品を、少なくとも１つ含んでいる。
・装置は、第１の熱交換器をループに、第２の熱交換器を二次的流路に接続するように配置されている。
・ループは、第１の熱交換器の入力に位置する第１の膨張装置、および第１の熱交換器の出力に位置する第２の膨張装置を含んでいる。
・主要流路は、二次的流路から独立している。
本発明のこの他の特徴、詳細および利点は、図１に基いて以下に述べる説明を読むことにより、より明確に理解しうると思う。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す。熱管理システム１は、空調ループ２、主要流路１６および二次的流路２６を備えている。この車両用熱管理システム１は、換気・暖房、および／または冷房設備１００を介して、乗員に快適な温度環境をもたらすと同時に、車両バッテリなど車両構成部品の温度調節を行うようになっている。
【００２５】
内部を冷媒流体が循環する空調ループ２は、コンプレッサ４、冷媒−熱媒間熱交換器６、第１の膨張装置８、第１の熱交換器１０、第２の膨張装置１２およびエバポレータ１４を含んでいる。冷媒流体は、Ｒ１３４ａ、Ｒ７４４（ＣＯ2）またはＲ１２３４ｙｆである。以下の説明において、冷媒流体を「冷媒」と呼ぶ。エバポレータ１４は、車室に入る前に温度調整される主要な空気の流れＦが内部を循環する、換気・暖房、および／または冷房設備１００の内部に位置している。エバポレータ１４は、主要な空気の流れＦの冷却および除湿を可能とする。コンプレッサ４は電動で、車両のバッテリにより電力が供給される。第１および第２の膨張装置８、１２は、電子膨張弁である。ループ２内を冷媒が循環する方向に従って言うと、第１の膨張装置８は第１の熱交換器１０の上流に、第２の膨張装置１２は第１の熱交換器１０の下流にある。言い換えると、第１の膨張装置８は、第１の熱交換器１０の入力に、第２の膨張装置１２は、第１の熱交換器１０の出力に位置する。こうした特有の配置により、冷媒を加熱するため、または冷却するために、第１の熱交換器１０を使用することが可能となる。
【００２６】
主要流路１６は、ポンプ１８、第１の弁２０、ラジエータ２２、空気−熱媒間熱交換器２４および冷媒−熱媒間熱交換器６を含んでいる。ラジエータ２２は、換気・暖房および／または冷房設備１００内部に位置し、主要な空気の流れＦを暖めることができる。空気−熱媒間熱交換器２４は、車両の前面に位置し、そのため、外気の流れＦｅがこれを通過することとなる。熱媒流体（以降、「熱媒」と称する）は主要流路１６内部を循環する。この熱媒は、例えばグリコール含有水などである。第１の弁２０は三方弁であり、熱媒をラジエータ２２方向、または空気−熱媒間熱交換器２４方向へ導くことができる。ラジエータ２２と空気−熱媒間熱交換器２４は、ポンプ１８および冷媒−熱媒間熱交換器６に対して並列に配置されている。
【００２７】
内部をグリコース含有水などの熱媒流体が循環する二次的流路２６は、追加ポンプ２８、第１の付属部品３０、第２の付属部品３２、第２の弁３４、第２の熱交換器３６および外部熱交換器３８を含んでいる。第２の弁３４は、３つの弁を有する弁であり、熱媒を第２の熱交換器３６方向または外部熱交換器３８方向へと導くことができる。
【００２８】
第２の熱交換器３６と外部熱交換器３８は、追加ポンプ２８、ならびに第１および第２の付属部品３０、３２に対して並列に配置されている。
【００２９】
主要流路１６および二次的流路２６は、互いに独立している。より正確には、これら２つの流路は、流体的に独立しており、主要流路１６の内部を循環する熱媒は、二次的流路２６の内部を循環しない。
【００３０】
また、主要流路１６および二次的流路２６は、内部を冷媒が循環するループ２からも流体的に独立している。そのため、熱媒と冷媒は混合することはない。
【００３１】
主要流路１６は、冷媒−熱媒間熱交換器６を介して、ループ２と熱交換を行う。ループ２の冷媒と、主要流路１６の熱媒との間で行われるこの熱交換については後述する。
【００３２】
二次的流路２６は、熱交換装置４０を介して、ループ２と熱交換を行う。この熱交換装置４０は、第１の熱交換器１０、第２の交換器３６および蓄熱手段Ｍを含んでいる。熱交換装置４０の内部、より具体的には、仕切り区画（図示せず）内に収容される蓄熱手段Ｍは、水またはパラフィンなどの相変化物質である。熱管理システム１の機能形態に関する説明の中で後述するが、熱交換装置４０は熱源としても（温熱量の放出）、ヒートシンクとしても（冷熱量の放出）使用可能である。また、熱交換装置は、閉鎖された筐体４２も備えている。これにより、第１の熱交換器１０、第２の熱交換器３６および蓄熱手段Ｍは、この筐体４２の中に収容される。「閉鎖された」とは、熱交換装置内部で行われる熱交換が、外気の流れなど外部要素の影響を受けないことを指す。すなわち、装置外部に対する断熱が、筐体４２により実現されることになる。
【００３３】
熱交換装置４０の２つの熱交換器は、互いに区別されている。第１の熱交換器１０は、ループ２に属し、第２の熱交換器３６は、二次的流路２６に属している。熱交換装置４０は、ループ２および二次的流路２６の両者に接続されている。このため、この装置は、第１の熱交換器１０に流体接続された第１の入力４４および第１の出力４６を含んでいる。また、この装置４０は、第２の熱交換器３６に流体接続された第２の入力４８および第２の出力５０も含んでいる。
【００３４】
熱管理システム１の働きは、車両のバッテリ由来の電気エネルギを大量消費することなく、外部気候条件（冬季または夏季の気候条件）に応じて、乗員に最適な温度環境を提供することができることである。
【００３５】
冬季の気候条件下（外気温５℃以下）においては、熱管理システムは、主要な空気の流れＦを暖めるように機能する。この管理システムは、暖房モードで機能する。暖房モードにおいて、熱交換装置４０は、最適レベルまで温熱量を補充される。温熱量の補充は、車両を家庭用電源に接続することで行われ、これにより、蓄熱手段Ｍが暖められる。蓄熱手段の温度は、例えば９０℃である。
【００３６】
ループ２は「ヒートポンプ」モードに従い実現される。コンプレッサ４をオンにして、冷媒を圧縮する。コンプレッサ４の出力部では、冷媒が高温高圧の状態となる。続いて冷媒は、冷媒−熱媒間熱交換器６内を通り、この中で、冷媒−熱媒間熱交換器６内を循環する主要流路１６の熱媒と、その（暖かい）温熱量を交換する。こうして冷媒は冷却され、熱媒は温熱量を得る。冷媒−熱媒間熱交換器６の出力では、冷媒が第１の膨張装置８に達し、その中で冷媒は、膨張を受けることとなり、その温度と圧力は下がる。第１の膨張装置８の出力では、この時冷媒の温度が熱交換装置４０の蓄熱手段Ｍの温度を下回る。その結果、冷媒は、第１の熱交換器１０内部を循環する時、暖められることになる。次に第２の膨張装置１２が、冷媒の熱力学的サイクルに影響を及ぼさないように開かれる。言い換えると、冷媒は、第２の膨張装置１２内部を通過する時、いかなる膨張も受けない。最後に、冷媒はエバポレータ１４の中を循環し、次いでコンプレッサ４に戻る。冷媒がエバポレータ１４内部を通過する時の温度は、車両外部からくる主要な空気の流れＦの温度に近い。よって、エバポレータ１４内での冷媒と、主要な空気の流れＦとの熱交換は、非常にわずかなものであると考えられる。
【００３７】
変形例において、ループ２は、冷媒がエバポレータ１４の内部を通過しないようにするとともに、第２の膨張装置１２の冷媒を、直接コンプレッサ４へ導くための弁と、これに接続された迂回路を備えている。この変形例では、主要な空気の流れＦを暖めたい時の、エバポレータ内部における冷媒と、主要な空気の流れＦとの間の回避すべき熱交換が、全て回避される。
【００３８】
この実施形態によると、主要流路１６は、冷媒−熱媒間熱交換器６を介して、温熱量を受け取る。この時、この流路は次のように機能している。すなわち、冷媒−熱媒間熱交換器６内部で温熱量を得た熱媒は、ポンプ１８の内部を通り、次いで、熱媒をラジエータ２２へ導く第１の弁２０の内部を通る。この時熱媒により運ばれた温熱量は、ラジエータ２２の中を通る主要な空気の流れＦと交換されて、主要な空気の流れＦを暖める。最後に、温熱量を放出した熱媒は、冷媒−熱媒間熱交換器６へ戻る。
【００３９】
この暖房モードでは、走行中に二次的流路２６も使用される。車両動作中には、バッテリ、推進システム、もしくは駆動システムなどの各種構成部品、または熱を放出する各種電子装置に負荷がかかり、温熱量を発生する。ところで、これらの構成部品を良好に稼動させるとともに、その寿命を長くするためには、発生した温熱量を排出する必要がある。このために、第１の付属部品３０が、各構成部品から発せられる温熱量を熱媒に向けて排出させる。言い換えると、第１の付属部品３０は、放熱器のように作用する。暖房モードの時、各構成部品の発する温熱量は、第１の付属部品３０内部において、熱媒との間で交換され、次いで、熱交換装置４０の第２の熱交換器３６へ導かれる。このようにして、蓄熱手段Ｍには、各構成部品由来の温熱量が補充される。すなわち、流路２６は、追加ポンプ２８、第１の付属部品３０、第２の付属部品３２、第２の弁３４、第２の熱交換器３６、次いで追加ポンプ２８に戻るという経路を辿ることになる。
【００４０】
夏季の気候条件下（外気温３０℃以上）においては、熱管理システムは冷房モードとなる。この種の気候条件下では、熱交換装置４０は、最適レベルまで冷熱量（冷気）を補充される。冷熱量の補充は、家庭用電源に接続することにより実現される。この場合、蓄熱手段の温度は、５℃以下である。
【００４１】
ループ２においては、冷媒は、コンプレッサ４の中で圧縮され、冷媒−熱媒間熱交換器６の内部を通りつつ、温熱量を放出し、第１の膨張を受けながら、第１の膨張装置８を通り、第１の熱交換器１０の中を循環する。蓄熱手段Ｍは、膨大な量の冷熱量を含むため、第１の熱交換器１０の中を通る冷熱量は、冷媒−熱媒間熱交換器６内部での冷却に加えて、さらに冷やされる。こうした追加の冷却により、ループ２の成績係数が向上する。次に、冷媒は、第２の膨張装置１２により膨張され、低圧低温の状態となる。最後に、冷媒はエバポレータ１４内部を通過しつつ暖められ、これにより、主要な空気の流れＦが冷却される。第１および第２の膨張装置８、１２を組み合わせて使用することにより、熱交換装置４０の使用は最小限に抑えられ、ループ２の成績係数は向上する。なぜなら、２つの膨張装置の働きにより、蓄熱手段Ｍの冷熱量をただちに放出することが回避され、これにより、夏季の長時間にわたる車両走行時に熱管理システム１を、より長時間使用することが可能となる。冷媒が連続して２度の膨張を受けるため、熱交換装置４０の冷熱量を大量に消費することなく、その温度を下げることができる。
【００４２】
主要流路１６においては、冷媒からくる温熱量を、冷媒−熱媒間熱交換器６において得た熱媒が、ポンプ１８、第１の弁２０、空気−熱媒間熱交換器２４の中を通り、冷媒−熱媒間熱交換器６に戻る。こうして、熱媒の温熱量は、空気−熱媒間熱交換器２４を通る外気の流れを介して、熱管理システム１から排出される。すなわち、第１の弁２０は、熱媒がラジエータ２２の中を通らないよう作用することになる。
【００４３】
二次的流路２６においては、熱媒は、追加ポンプ２８、第１の付属部品３０、第２の付属部品３２、第２の弁３４、外部熱交換器３８の中を通り、追加ポンプ２８に戻る。すなわち、第２の弁３４は、熱媒が第２の熱交換器３６の方向に向かわないよう作用することになる。外部熱交換器３８は、車両の各構成部品の稼動により、予め第１の付属部品３０を介して温熱量を得ている熱媒を冷却する役割を担う。
【００４４】
外気温が約１０℃、かつ外気の湿度が高い気候条件の時、車両のフロントガラスに曇りが生じないようにするため、主要な空気の流れＦを除湿しつつ、暖める必要がある。この場合、除湿モードを適用する。
【００４５】
このモードにおいて、ループ２および二次的流路２６は、冷房モードと同様に機能する。一方、主要流路１６は、暖房モードと同様に機能する。すなわち、エバポレータ１４は、主要な空気の流れＦを冷却・除湿し、ラジエータ２２は、この主要な空気の流れＦを、これが車室に入る前に暖める。
【００４６】
さらに、熱管理システム１は、車両の各構成部品の冷却モード実行を可能とする。このモードは、車両走行中に、乗員が車室空気の温度調整を行っていないという条件で作動する。すなわちこの時、ループ２および主要流路１６のいずれも使用されておらず、二次的流路２６のみが作動する状態にある。追加ポンプ２８の作用で循環する熱媒は、第１の付属部品３０内部を通り、各構成部品由来の温熱量を得る。熱媒は、内部でいかなる熱交換も生じない第２の付属部品３２を通り、第２の熱交換器３６に達する。熱媒は、熱交換装置４０の蓄熱手段Ｍとの間で熱交換を行い、冷却される。
【００４７】
この構成部品冷却モードは、車両が停止し、家庭用電源に接続されている時にも適用可能である。
【００４８】
熱交換装置４０が、いずれかの機能モードで使用されている時には、蓄熱手段Ｍが使用されている。その結果、温熱量または冷熱量のいずれかが使用され、これらが熱交換装置４０から放出されることとなる。そのため、一定時間使用後は、蓄熱手段Ｍの温熱量または冷熱量を、再度補充しなくてはならない。
【００４９】
熱交換装置４０の冷房能力を回復させるため、すなわち蓄熱手段Ｍに再び冷熱量を補充するには、いくつかの方法がある。第１の方法は、蓄熱手段Ｍに冷熱量を補充することが可能な機器に、熱交換装置４０を接続することである。熱管理システム１から独立したこの機器は、例えばガソリンスタンドや家庭用電源に設置される。
【００５０】
第２の方法は、外気温が蓄熱手段Ｍの温度を下回る時に実行するものである。この場合、外気の流れが冷熱量源とみなされる。この冷房能力回復のために使用されるのは、二次的流路２６のみである。追加ポンプ２８は、空気−熱媒間熱交換器２４を通る外気の流れに由来する冷熱量の交換を行う第２の熱交換器を通して熱媒を循環させる。この方法では、第２の熱交換器３６と空気−熱媒間熱交換器２４をつなぐための追加の弁、およびこれに接続された管が必要となる。
【００５１】
第３の方法は、夏季に実行するものである。この場合、ループ２および主要流路１６は、冷房モードのように機能する。二次的流路２６は作動しない。熱交換装置４０は、内部で冷媒がその冷熱量を蓄熱手段Ｍに渡している第１の熱交換器１０を通じて、冷熱量が補充される。
【００５２】
変形例においては、ループ２は、エバポレータ１４を迂回することが可能な弁と、これに接続された迂回路を備えている。これにより、ループ２の熱力学的サイクルにより生成された冷熱量の全てが、第１の熱交換器１０を介して、蓄熱手段Ｍに運ばれる。
【００５３】
熱交換装置４０の暖房能力を回復させる必要がある時にも、さまざまな方法がある。第１の方法は、蓄熱手段Ｍに温熱量を補充することが可能な機器に、熱交換装置４０を接続することである。熱管理システム１から独立したこの機器は、例えばガソリンスタンドや家庭用電源に設置される。
【００５４】
第２の方法は、外気温が蓄熱手段Ｍの温度を上回る時に実行するものである。この場合、外気の流れが温熱量源とみなされる。この暖房能力回復のために使用されるのは、二次的流路２６のみである。追加ポンプ２８は、空気−熱媒間熱交換器２４を通る外気の流れに由来する温熱量の交換を行う第２の熱交換器を通して、熱媒を循環させる。この方法では、第２の熱交換器３６と空気−熱媒間熱交換器２４をつなぐための、追加の弁、およびこれに接続された管が必要となる。
【００５５】
第３の方法は、第２の付属部品３２を使用するというものである。第２の付属部品３２は、正の温度係数を有する石などの抵抗要素を備えた放熱器を含んでいる。このように二次的流路２６を使用することにより、熱媒が、この流路内において第２の付属部品３２の内部を通りつつ温熱量を得、続いて、この温熱量が、第２の熱交換器３６を介して蓄熱手段Ｍに運ばれることとなる。
【００５６】
第４の方法は、上述のような抵抗要素を、熱交換装置４０内に置くというものである。これにより、熱管理システム１が家庭用電源に接続されると、抵抗要素には電力が供給されて、蓄熱手段Ｍの温度を上げるよう暖める。
【００５７】
第５の方法は、ループ２の使用である。主要流路１６および二次的流路２６は使用しない。圧縮された冷媒は、主要流路１６内の熱媒が循環していないため、温熱量をほとんど放出することなく、冷媒−熱媒間熱交換器６内を通る。よって冷媒の温熱量の大半が、第１の熱交換機１０を介して蓄熱手段Ｍへ運ばれることになる。続いて冷媒は、第２の膨張装置１２内を通り、その後、エバポレータ内で暖められる。この方法は、車両停止時に適用されるものである。
【００５８】
上述全ての実施形態の変形例において、主要流路１６は、熱媒の循環方向から見て、ラジエータ２２の上流に電気暖房装置を備えている。この電気暖房装置は、熱媒による暖房を補完するもので、これにより、ラジエータ２２を通る主要な空気の流れＦが、より良く暖められるようになる。
【００５９】
また別の変形例として、熱管理システム１は、ポンプ、換気・暖房、および／または冷房設備１００内部の主要な空気の流れＦの循環方向から見た上流または下流に位置する二次的熱交換器、ならびに熱交換装置４０内部に位置する熱交換器を含む追加流路を含んでいる。この種の熱管理システムにより、ループ２および／または主要流路１６を使用することなく、主要な空気の流れＦを冷却するか、または暖めるために、蓄熱手段Ｍの冷熱量または温熱量を使用することが可能となる。その結果、バッテリの電力消費が抑えられる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 熱管理システム
２ ループ
４ コンプレッサ
６ 冷媒−熱媒間熱交換器
８ 第１の膨張装置
１０ 第１の熱交換器
１２ 第２の膨張装置
１４ エバポレータ
１６ 主要流路
１８ ポンプ
２０ 第１の弁
２２ ラジエータ
２４ 空気−熱媒間熱交換器
２６ 二次的流路
２８ 追加ポンプ
３０ 第１の付属部品
３２ 第２の付属部品
３４ 第２の弁
３６ 第２の熱交換器
３８ 外部熱交換器
４０ 熱交換装置
４２ 筐体
４４ 第１の入力
４６ 第１の出力
４８ 第２の入力
５０ 第２の出力
１００ 換気・暖房、および／または冷房設備
Ｆ 主要な空気の流れ
Ｆｅ 外気の流れ
Ｍ 蓄熱手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒流体がその中を通ることのできる第１の熱交換器（１０）、および熱媒流体がその中を通ることのできる第２の熱交換器（３６）を含む熱管理システム（１）内に取り付けられる熱交換装置（４０）であって、
前記第１の熱交換器（１０）および／または前記第２の熱交換器（３６）と熱交換を行うための蓄熱手段（Ｍ）を備えることを特徴とする熱交換装置（４０）。
【請求項２】
閉鎖された筐体（４２）により画定されている、請求項１に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項３】
前記筐体（４２）が、前記第１の熱交換器（１０）、前記第２の熱交換器（３６）および前記蓄熱手段（Ｍ）を、当該装置（４０）の外部から断熱している、請求項２に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項４】
前記第１の熱交換器（１０）は、前記第２の熱交換器（３６）と区別されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項５】
前記蓄熱手段（Ｍ）は、仕切り区画の内部に収容されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項６】
前記第１の熱交換器（１０）、および／または前記第２の熱交換器（３６）との熱交換が行えるように、前記仕切り区画は、装置（４０）の内部に位置している、請求項５に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項７】
前記冷媒流体の循環のために、前記第１の熱交換器（１０）と流体接続された第１の入力および第１の出力、ならびに前記熱媒流体の循環のために、前記第２の熱交換器（３６）と流体接続された第２の入力および第２の出力を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項８】
前記蓄熱手段（Ｍ）は、相変化物質である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項９】
前記相変化物質として、暖房モード時の相変化温度が常温以上で、冷房モード時にの相変化温度が常温未満となるものが選択される、請求項８に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項１０】
前記相変化温度は、−１０〜１０℃である、請求項９に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項１１】
前記相変化物質は水である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項１２】
内部を冷媒流体が循環するループ（２）と、
内部を熱媒流体が循環する主要流路（１６）と、
内部を熱媒流体が循環する二次的流路（２６）とを含み、
前記ループ（２）と前記主要流路（１６）は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置（４０）を介して、相互に熱交換することを特徴とする、自動車の換気・暖房、および／または冷房設備（１００）のための熱管理システム（１）。
【請求項１３】
前記ループ（２）は、その内部を通る主要な空気の流れ（Ｆ）を冷却するためのエバポレータ（１４）を少なくとも１つ含み、前記主要流路（１６）は、前記エバポレータ（１４）からくる空気の流れを暖めるためのラジエータ（２２）を少なくとも１つ含み、前記二次的流路（２６）は、少なくとも１つの車両電気構成部品と熱媒流体との間での熱交換を可能とする付属部品（３０、３２）を少なくとも１つ含む、請求項１２に記載の熱管理システム（１）。
【請求項１４】
前記装置（４０）は、前記第１の熱交換器（１０）を前記ループ（２）に、前記第２の熱交換器（３６）を前記二次的流路（２６）に接続するように配置されている、請求項１２または１３に記載の熱管理システム（１）。
【請求項１５】
前記ループ（２）は、前記第１の熱交換器（１０）の入力に位置する第１の膨張装置（８）、および前記第１の熱交換器（１０）の出力に位置する第２の膨張装置（１２）を含む、請求項１４に記載の熱管理システム（１）。
【請求項１６】
前記主要流路（１６）は、前記二次的流路（２６）から独立している、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の熱管理システム（１）。
【請求項１】
冷媒流体がその中を通ることのできる第１の熱交換器（１０）、および熱媒流体がその中を通ることのできる第２の熱交換器（３６）を含む熱管理システム（１）内に取り付けられる熱交換装置（４０）であって、
前記第１の熱交換器（１０）および／または前記第２の熱交換器（３６）と熱交換を行うための蓄熱手段（Ｍ）を備えることを特徴とする熱交換装置（４０）。
【請求項２】
閉鎖された筐体（４２）により画定されている、請求項１に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項３】
前記筐体（４２）が、前記第１の熱交換器（１０）、前記第２の熱交換器（３６）および前記蓄熱手段（Ｍ）を、当該装置（４０）の外部から断熱している、請求項２に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項４】
前記第１の熱交換器（１０）は、前記第２の熱交換器（３６）と区別されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項５】
前記蓄熱手段（Ｍ）は、仕切り区画の内部に収容されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項６】
前記第１の熱交換器（１０）、および／または前記第２の熱交換器（３６）との熱交換が行えるように、前記仕切り区画は、装置（４０）の内部に位置している、請求項５に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項７】
前記冷媒流体の循環のために、前記第１の熱交換器（１０）と流体接続された第１の入力および第１の出力、ならびに前記熱媒流体の循環のために、前記第２の熱交換器（３６）と流体接続された第２の入力および第２の出力を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項８】
前記蓄熱手段（Ｍ）は、相変化物質である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項９】
前記相変化物質として、暖房モード時の相変化温度が常温以上で、冷房モード時にの相変化温度が常温未満となるものが選択される、請求項８に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項１０】
前記相変化温度は、−１０〜１０℃である、請求項９に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項１１】
前記相変化物質は水である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換装置（４０）。
【請求項１２】
内部を冷媒流体が循環するループ（２）と、
内部を熱媒流体が循環する主要流路（１６）と、
内部を熱媒流体が循環する二次的流路（２６）とを含み、
前記ループ（２）と前記主要流路（１６）は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置（４０）を介して、相互に熱交換することを特徴とする、自動車の換気・暖房、および／または冷房設備（１００）のための熱管理システム（１）。
【請求項１３】
前記ループ（２）は、その内部を通る主要な空気の流れ（Ｆ）を冷却するためのエバポレータ（１４）を少なくとも１つ含み、前記主要流路（１６）は、前記エバポレータ（１４）からくる空気の流れを暖めるためのラジエータ（２２）を少なくとも１つ含み、前記二次的流路（２６）は、少なくとも１つの車両電気構成部品と熱媒流体との間での熱交換を可能とする付属部品（３０、３２）を少なくとも１つ含む、請求項１２に記載の熱管理システム（１）。
【請求項１４】
前記装置（４０）は、前記第１の熱交換器（１０）を前記ループ（２）に、前記第２の熱交換器（３６）を前記二次的流路（２６）に接続するように配置されている、請求項１２または１３に記載の熱管理システム（１）。
【請求項１５】
前記ループ（２）は、前記第１の熱交換器（１０）の入力に位置する第１の膨張装置（８）、および前記第１の熱交換器（１０）の出力に位置する第２の膨張装置（１２）を含む、請求項１４に記載の熱管理システム（１）。
【請求項１６】
前記主要流路（１６）は、前記二次的流路（２６）から独立している、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の熱管理システム（１）。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２８１５６１（Ｐ２０１０−２８１５６１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９６６１（Ｐ２０１０−１２９６６１）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（５０５１１３６３２）ヴァレオ システム テルミク (81)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（５０５１１３６３２）ヴァレオ システム テルミク (81)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]