(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却ユニット及びヒートポンプモードの組み合わせ運転用、並びに、再加熱モード用に構成される、自動車の乗員室の空気調和装置の冷媒回路（１、１’）であって、
圧縮機（４、４’）と、
冷媒と周囲との間で熱伝達するための第１の熱交換器（５、５’）と、
第１の膨張器（６、６’）と、
前記乗員室の調和されるべき空気から前記冷媒に熱供給するための第２の熱交換器（２、２’）と、
前記冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための第３の熱交換器（１２、１２’）と、
前記冷媒の流れ方向に向かって前記第３の熱交換器の下流側に接続される第２の膨張器（１３、１３’）と、を有し、
可変の流路断面を備えた第３の膨張器（１７、１９）が、冷媒回路（１，１’）に形成され、完全に開いた状態で、圧力損失のない前記冷媒の貫流が保証され、
前記第３の膨張器（１７、１９）は、前記流路断面の低減と共に、冷媒から前記乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための前記第３の熱交換器（１２、１２’）内の圧力レベルが、前記冷媒と周囲との間の熱伝達のための前記第１の熱交換器（５、５’）内の圧力レベルを越えて調整可能であるように構成され、且つ前記冷媒回路（１、１’）に配置され、
冷媒の流れ方向に前記圧縮機（４）の後に、分岐点（９）が形成され、前記分岐点において、冷媒質量流が、前記再加熱モードの運転中に、前記冷媒から前記乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための前記第３の熱交換器（１２）を通した部分質量流と、前記冷媒と周囲との間の熱伝達のための前記第１の熱交換器（５）を通した部分質量流とに分流可能であり、前記第３の膨張器（１７）は、前記分岐点（９）と前記第１の熱交換器（５）との間に配置され、
一次回路及び二次ラインが形成され、
前記圧縮機（４）、前記第１の熱交換器（５）、前記第１の膨張器（６）並びに前記第２の熱交換器（２）が前記一次回路に配置され、
前記二次ラインが２つの流路（７、８）から形成され、
前記第１の流路（７）が、前記圧縮機（４）と前記第１の熱交換器（５）との間に配置された分岐点（９）から、前記第２の熱交換器（２）と前記圧縮機（４）との間に配置された出口点（１０）まで延び、前記第３の熱交換器（１２）及び前記第２の膨張器（１３）を備え、
前記第２の流路（８）が、前記圧縮機（４）と前記第１の熱交換器（５）との間に配置された分岐点（１４）から、前記第２の熱交換器（２）と前記圧縮機（４）との間に配置された出口点（１５）まで延び、
前記冷媒の質量流が、前記再加熱モードの運転中に、前記一次回路と前記第１の流路（７）とに分流され、
前記第３の膨張器（１７）は、前記第１の流路（７）の前記分岐点（９）と、前記第２の流路（８）の前記分岐点（１４）との間に配置されることを特徴とする冷媒回路（１、１’）。
【請求項２】
前記第１の熱交換器（５、５’）及び前記第２の熱交換器（２、２’）のそれぞれは、双方向に貫流可能であり、
前記第１の膨張器（６、６’）は、前記冷媒を反対方向に装填可能な流路により形成される請求項１記載の冷媒回路（１、１’）。
【請求項３】
前記冷媒から前記乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための前記第３の熱交換器（１２’）及び前記冷媒と周囲との間で熱伝達するための第１の熱交換器（５’）が、接続ラインを介して互いに直接的に接続され、前記第３の膨張器（１９）は、前記接続ラインの内部に配置される請求項１又は２に記載の冷媒回路（１’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の乗員室の空気を調和させるための空気調和装置の冷媒回路に関する。冷却ユニット及びヒートポンプモードにおける組み合わせ運転のために、並びに再加熱モードのために形成された冷媒回路は、圧縮機と、冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器と、第１の膨張器並びに乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための熱交換器と、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器と、を有する。
さらに、本発明は、空気調和装置の冷媒回路を運転するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術から公知の自動車の場合、乗員室用の送風を加温するために、エンジンの排熱が利用される。排熱は、エンジン冷却液回路で循環される冷却液によって空気調和装置に搬送され、そこで、加熱用熱交換器を介して乗員室に流入する空気に伝達される。熱出力を車両駆動装置の効率的な内燃機関の冷却液回路から抽出する冷却液−空気−熱交換器を有する公知の設備は、周囲温度が低い場合、乗員室の総熱需要を満たすために乗員室の快適な加熱のために必要なレベルをもはや達成しない。同様のことがハイブリッド駆動を有する車両又はもっぱら電気的に駆動される車両の設備に当てはまる。
【０００３】
乗員室の総熱需要をエンジン冷却液回路からの熱によって満たすことができない場合、電気抵抗加熱（ＰＴＣ）又は燃料加熱装置のような補助加熱措置が必要である。乗員室用の空気を加熱するためのより効率的な手段は、熱源として空気を有するヒートポンプであり、この熱源では、冷媒回路が唯一の加熱及び補助加熱措置の両方として使用される。
【０００４】
冷却ユニット及びヒートポンプモードの組み合わせのために、結果としても加熱モードのためにも形成される従来技術に含まれる空気−空気−ヒートポンプは、周囲空気から熱を取り入れる。出力は冷媒と空気との間で伝達される。
乗員室に供給されるべき空気を同時に除湿し且つ加熱することができないヒートポンプシステムは、一方で、周囲温度が低い場合に、内気循環、すなわち、乗員室から再循環する空気で運転することができない。不十分な除湿機能のため、残る空気湿度並びに乗員から蒸気の形態で放出される水は、ガラス窓の曇りをもたらすであろう。他方で、温暖な気候及び約０℃〜約２０℃の範囲の周囲温度の地域では、乗員室の送風の除湿を目的とする蒸発器を運転する要求が空調システムに対してしばしば存在する。
【０００５】
従来の空気調和装置では、２０℃の上方の周囲温度において、温度快適性に達した後に、乗員室に供給されるべき空気は２℃〜１０℃に冷却され、十分に除湿される。しかし、低い周囲温度のため、冷却され且つ除湿された空気は乗員室に直接供給することができない。内燃機関を有する車両では、次に、空気が内燃機関の排熱を利用して所望の循環内気温度に再加熱される。温度快適性には、約２０℃〜２５℃の乗員室の基準温度が含まれる。
【０００６】
いわゆる「リヒート（再加熱）」、もしくは再加熱モードでは、乗員室に供給されるべき空気が従って冷却され、除湿され、次に僅かに再び加熱される。この運転モードでは、必要な再加熱出力は、空気を冷却且つ除湿するために必要な冷却出力よりも小さい。
【０００７】
特許文献１（独国特許出願公開第１０２００６０２６３５９号明細書）には、冷却ユニット及びヒートポンプモードの組み合わせ運転用の冷媒回路を有する空気調和装置が記載されている。開示されたヒートポンプシステムは、一次回路と、様々なる部分に分割された二次通路とから構成され、一次回路は、圧縮機、２つの熱交換器及びスロットル機構のような従来の圧縮冷凍機械から公知の構成要素を含む。二次通路は、ヒートポンプ凝縮器として運転される追加の熱交換器を備える。空気調和装置では、ヒートポンプ運転のみで後冷却が可能である。さらに、二次通路の追加の熱交換器において空気に放出される熱出力は、蒸発器として形成された一次回路の熱交換器に収容された冷却出力よりも常に大きい。上述の再加熱モードの運転は、従って不可能である。
【０００８】
従来技術から、ただし、再加熱モードのこの運転のために構成されるヒートポンプシステムも公知である。
【０００９】
特許文献２（独国特許出願公開第１０２０１１１０９０５５号明細書）から、ヒートポンプ並びに冷却ユニットモードで動作可能な冷媒回路を有する車両用の空気調和装置が公知である。この場合、冷媒回路は、圧縮機と、冷却ユニットモードで凝縮器として装填される外部熱交換器及び内部熱交換器とを備える。蒸発器として運転される内部熱交換器には、内部熱凝縮器が付設される。空気調和装置は、さらに、内部熱交換器と内部熱凝縮器とに熱的に結合可能な空気質量流を生成するための装置と、内部熱凝縮器の貫流が、熱的に結合された空気質量流の部分空気質量流により配量可能である配量装置とを含む。ヒートポンプ凝縮器として連続的に貫流される内部熱凝縮器は、従って、蒸発器として形成された内部熱交換器と空気側で結合される。ヒートポンプ凝縮器を介して部分空気質量流を変更することによって、再加熱モードの熱出力が調節される。
【００１０】
この場合、再加熱モードの運転の際に、ヒートポンプ凝縮器内の冷媒の圧力は、外部熱交換器内の圧力を相当越えて調整することができず、従って、乗員室用の送風は周囲空気の温度を相当越えて加温することができない。外部熱交換器内の圧力は、実質的に周囲空気の温度によって決定される。周囲空気の温度上昇と共に、システムによって提供可能な熱出力が上昇するが、当然、周囲空気の温度上昇の際に、乗員室の温度快適性のために要求される熱出力も小さくなる。従って、システムは、再加熱モードの運転の際に、周囲空気の高温の際に十分な熱出力を提供するが、周囲空気のより低い温度、例えば２０℃以下の温度では、熱出力の不足を有する。必要な熱出力を生成するために、システムは純粋なヒートポンプモードで作動されなければならない。ただし、この運転モードでは、乗員室用の送風の十分な除湿を実現することができない。冷媒回路は、ヒートポンプモードと冷却ユニットモードとの間で切り替わる。
【００１１】
特許文献３（独国特許出願公開第１０２００９０２８５２２号明細書）では、ヒートポンプシステムとして形成された冷媒回路が記載されている。冷媒回路は、特許文献１（独国特許出願公開第１０２００６０２６３５９号明細書）からの冷媒回路の発展形態として、同様に一次回路と、ヒートポンプ凝縮器を有する二次分岐とを備える。全体の冷媒質量流を、蒸発器で冷却出力が伝達される一次回路を通した第１の部分質量流と、ヒートポンプ凝縮器で熱出力が伝達される二次通路を通した第２の部分質量流とに分流させることによって、熱出力の調節を伴う再加熱モードの運転が冷却出力とは無関係に可能になる。
しかし、ヒートポンプ凝縮器内の冷媒の圧力レベルは、冷媒回路のこの実施形態においても、周囲温度と無関係に調節できず、一次回路の凝縮器内の圧力レベルを相当越えて調整できない。再加熱モードの運転の際に十分な熱出力を提供できるが、ただし、周囲空気の温度の２０℃未満の温度レベルは、快適な乗員室空調には十分でない。このために必要な熱出力を達成するために、空気調和装置は、純粋なヒートポンプモードで運転されなければならず、乗員室用の送風の十分な除湿を再び保証することはできない。冷媒回路は、特許文献２（独国特許出願公開第１０２０１１１０９０５５号明細書）からの空気調和装置の場合のように、ヒートポンプモードと冷却ユニットモードとの間で切り替わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０２６３５９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１１０９０５５号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００９０２８５２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、要求される冷却出力及び周囲空気の温度レベルとは無関係に、乗員室に供給されるべき空気が最高５０℃〜６０℃の範囲の高い温度レベルに加熱可能であるように、様々な運転モード、特に再加熱モード用の冷媒回路を有する空気調和装置を発展形成させることである。この場合、ＰＴＣ加熱のような追加の外部の高価なエネルギ熱源は省略すべきである。
さらに、本発明の基本的な課題は、特に再加熱運転において、効率的な運転が可能であり、且つ要求される冷却出力及び周囲空気の温度レベルとは無関係に、乗員室に供給されるべき空気が周囲空気の温度レベルの上方の温度レベルに加温可能である、冷媒回路を運転するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の課題は、冷却ユニット及びヒートポンプモードの組み合わせ運転のために、並びに再加熱モードのために形成された自動車の乗員室の空気を調和させるための空気調和装置の冷媒回路によって解決される。本発明の冷媒回路は、圧縮機と、冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器と、第１の膨張器並びに乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための熱交換器と、を有する。さらに、冷媒回路は、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器と、冷媒の流れ方向に冷媒に隣接する第２の膨張器とにより形成される。
【００１５】
本発明の概念によれば、冷媒回路は、可変の流路断面を有する第３の膨張器を備える。第３の膨張器は、完全に開いた膨張器の状態で、ほぼ圧力損失のない冷媒の貫流が保証され、且つ流路断面の低減と共に、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器内の圧力レベルが、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器内の圧力レベルを越えて調整可能であるように構成され且つ冷媒回路に配置される。ほぼ圧力損失のない貫流のために、膨張器の流路断面は、実質的に、膨張器に配置された冷媒回路の接続管の流路断面に対応する。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によれば、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器及び乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための熱交換器は、それぞれ双方向に貫流可能に形成される。さらに、第１の膨張器は、冷媒を反対方向に装填可能な流路を備えることが有利である。第１の膨張器は、２つの正反対の流れ方向に双方向に貫流可能である。
【００１７】
本発明の第１の変形実施形態によれば、冷媒の流れ方向に圧縮機の後に、分岐点が形成され、この分岐点において、冷媒質量流が、再加熱モードの運転中、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器を通した部分質量流と、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器を通した部分質量流とに分流可能である。この場合、第３の膨張器は、冷媒と周囲との間の熱伝達のために分岐点と熱交換器との間に配置されることが有利である。
【００１８】
以下において、再加熱モードで、予め冷却された及び／又は除湿された空気の後加温に使用される、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器は、再加熱器としても示され、また再加熱モードで冷媒を凝縮するために運転される、冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器は、凝縮器／ガス冷却器としても示される。
【００１９】
冷媒回路は一次回路及び二次ラインを備えることが、特に有利である。圧縮機、冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器、第１の膨張器並びに乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための熱交換器は、一次回路に配置される。
二次ラインは２つの流路から形成されることが好ましい。第１の流路は、圧縮機と、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器との間に配置された分岐点から、乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための熱交換器と圧縮機との間に配置された出口点まで延びる。第１の流路は、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器並びに第２の膨張器を備えることが有利である。第２の流路は、圧縮機と、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器との間に配置された分岐点から、乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための熱交換器と圧縮機との間に配置された出口点まで延びる。
【００２０】
冷媒の質量流は、再加熱モードの運転中、一次回路と第１の流路とに分流可能であることが有利である。第３の膨張器は、一次回路の内部の第１の流路の分岐点と二次ラインの第２の流路の分岐点との間に配置されることが好ましい。
【００２１】
さらに、一次回路は、二次ラインの流路の出口点の間に、好ましくは遮断弁又は切替弁として形成された弁を備える。
【００２２】
本発明の第２の変形実施形態によれば、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器及び冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器は、接続ラインを介して互いに直接接続される。第３の膨張器は、接続ラインの内部に配置される。冷媒回路内で循環する全体の冷媒質量流は、両方の熱交換器を通して連続して流れる。本発明の第１の変形実施形態と比較して、冷媒質量流は、再加熱モードの運転中、第１の熱交換器によって部分質量流に、また第２の熱交換器によって部分質量流に分流されない。熱出力は、異なる圧力レベル又は温度レベルによって設定される。
【００２３】
さらに、本発明の課題は、圧縮機及び冷媒の流れ方向に圧縮機の後に配置された分岐点と、冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器と、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器と、を有する、自動車の乗員室の空気を調和させるための空気調和装置の本発明による冷媒回路によって解決される。冷媒回路は、冷却ユニット及びヒートポンプモードにおける空気調和装置の組み合わせ運転のために、並びに再加熱モードのために形成される。冷媒質量流は、再加熱モードの運転中、再加熱器を通した部分質量流と、凝縮器／ガス冷却器を通した部分質量流とに分流可能である。
【００２４】
本発明の概念によれば、分岐点と、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器との間の冷媒回路の内部に、可変の流路断面を有する膨張器が配置される。膨張器は、完全に開いた膨張器の状態で、圧力損失のない冷媒の貫流が保証され、且つ流路断面の低減と共に、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器内の圧力レベルが、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器内の圧力レベルを越えて調整可能であるように形成される。再加熱モードの冷媒回路が運転しているときに、再加熱器内の冷媒の圧力レベルは、従って、凝縮器／ガス冷却器内の圧力レベルよりも高い。
【００２５】
圧縮機と、冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器と、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器と、膨張器とを有する、冷却ユニット及びヒートポンプモード並びに再加熱モードにおける組み合わせ運転のために形成された自動車の乗員室の空気を調和させるための空気調和装置の冷媒回路を運転するための本発明による方法は、再加熱モードの運転中、次の工程、すなわち、
冷媒質量流を、再加熱器を通した部分質量流と、凝縮器／ガス冷却器を通した部分質量流とに分流させるステップと、
膨張器の流路断面を低減するステップと、膨張器を貫流する際に凝縮器／ガス冷却器を通した部分質量流を減圧するステップと、並びに再加熱器を通した部分質量流の圧力レベルを同時に高めるステップとを含む。
本発明によれば、再加熱器内の冷媒の圧力レベルは、凝縮器／ガス冷却器内の冷媒の圧力レベルを越えて高められ、すなわち、再加熱器内の冷媒の圧力レベルは、凝縮器／ガス冷却器内の圧力レベルよりも高い。従って、再加熱器内の冷媒の温度は、凝縮器／ガス冷却器内の冷媒の温度と無関係に調節され、この結果、乗員室に供給されるべき空気は、周囲空気の温度の上方の温度に加温される。
【００２６】
圧縮機と、冷媒と周囲との間で熱伝達するための熱交換器と、冷媒から乗員室用の調和されるべき空気に熱伝達するための熱交換器と、膨張器とを有する、冷却ユニット及びヒートポンプモード並びに再加熱モードにおける組み合わせ運転のために形成された自動車の乗員室の空気を調和させるための空気調和装置の冷媒回路を運転するための本発明による別の方法は、再加熱モードの運転中、次のステップ、すなわち、
膨張器の流路断面を低減するステップと、膨張器を貫流する際に再加熱器内のより高い圧力レベルから凝縮器／ガス冷却器内のより低い圧力レベルに冷媒質量流を減圧するステップと、
凝縮器／ガス冷却器内の冷媒の温度と無関係に再加熱器内の冷媒の温度を調節し、この結果、乗員室に供給されるべき空気が周囲空気の温度の上方の温度に加温されるステップとを含む。
冷媒は、膨張器を貫流する際に凝縮器／ガス冷却器に達する前に減圧され、同時に、再加熱器内の冷媒の圧力レベルを高める。したがって、再加熱器内の冷媒の圧力レベルは、凝縮器／ガス冷却器内の冷媒の圧力レベルの上方にある。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、冷媒は、冷却ユニット及び再加熱モードの運転の際に、ヒートポンプモードの運転に比べて、反対方向に流れ、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器を通過する。
【００２８】
本発明の有利な実施形態によれば、冷媒回路は、乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための伝熱媒体、並びにこの熱伝達要素と、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器との間に配置された膨張器を備え、この実施形態によれば、膨張器並びに乗員室の調和されるべき空気から冷媒に熱供給するための伝熱媒体は、冷却ユニット及び再加熱モードの運転の際に、ヒートポンプモードの運転における冷媒の流れ方向と反対方向に貫流される。
【００２９】
本発明の特別な利点は、再加熱モードの運転の際に、再加熱器内の冷媒の圧力が、冷媒と周囲との間の熱伝達のための熱交換器としての凝縮器／ガス冷却器内の圧力レベルを相当越えて調整され、従って、乗員室用の送風を実質的に周囲空気の温度を越えて加温することができることにある。冷媒回路により、周囲空気の高い温度及び例えば２０℃以下の低い温度の場合に、再加熱モードの運転の際に、十分な熱出力を提供することができる。さらに、この運転モードで、乗員室用の送風の十分な除湿を保証することができる。
【００３０】
従来技術に対する空気調和装置の冷媒回路の別の利点は、以下のように要約することができる。
低温の周囲温度、及びハイブリッド車両に使用する際にエンジン冷却回路の冷却水が低温の場合に暖かい空気の迅速な提供、
乗員室を加熱するために必要な出力の低減及び換気の内気循環運転における可能な加熱、
比較可能な機能性を有する他の補助加熱システムに対して優れた動力学及び低い複雑さ、
再加熱器の熱出力が蒸発器内の冷却出力よりも低い再加熱運転。
【００３１】
本発明のさらなる詳細、特徴及び利点は、対応する図面を参照して実施例の以下の説明から明らかになる。図には、冷却ユニット、ヒートポンプ又は再加熱運転における空気調和装置の冷媒回路がそれぞれ示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一次回路と、この一次回路の高圧側に膨張器を備えた二次通路と、を有する冷媒回路の図面である。
【図２】再加熱モード運転でそれぞれ凝縮器／ガス冷却器として運転される２つの熱交換器の間の接続ラインに膨張器を有する冷媒回路の図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に、一次回路及び二次ラインを有する車両の空気調和装置の冷媒回路１が示されている。冷却ユニットモードの運転中、冷媒は、蒸発器として運転される熱交換器２と、収集器３と、圧縮機４と、凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器５と、双方向に貫流可能な膨張弁として形成された膨張器６とを通して、連続して流れ方向に一次回路を通して流れる。ここで、冷媒の流れ方向は破線付きの矢印によって示されている。
乗員室に供給されるべき空気を冷却するために循環する冷媒は、圧縮機４で圧縮され、熱交換器５に導かれる。熱交換器５では、冷媒は熱を周囲空気に放出する。次に、冷媒は、膨張器６を貫流する際に蒸発器で支配する圧力レベルに膨張される。この際に生成される２相混合物は、熱交換器２で蒸発され、乗員室に供給されるべき空気は、所望の温度に冷却される。熱交換器２から流出した後、冷媒は収集器３に導かれ、この集合器で、不完全な蒸発の場合になお存在する冷媒液体が分離され、貯蔵される。冷媒は、圧縮機４によって収集器３から吸入され、再び圧縮される。
【００３４】
例えば、冷媒Ｒ１３４ａによる未臨界運転で、又は二酸化炭素による特定の周囲条件下で冷媒の液化が行われると、熱交換器５は凝縮器として呼ばれる。熱伝達の一部は、一定の温度で行われる。熱交換器５における超臨界運転時又は超臨界熱放出中に、冷媒の温度は常に低下する。この場合、熱交換器５は、ガス冷却器とも呼ばれる。超臨界運転では、特定の周囲条件下又は冷媒による車両の空気調和装置１の運転モード下で二酸化炭素が発生する可能性がある。
【００３５】
ヒートポンプモードの運転の際に、冷媒は、一次回路、並びに、２つの流路７、８から形成された二次ラインを流れる。
第１の流路７は、分岐点９から一次回路の分岐点１０まで延びる。分岐点９は、冷媒の流れ方向に圧縮機４の下流、すなわち、圧縮機４の出口に位置し、出口点１０は、冷却ユニットモードの運転の際に、冷媒の流れ方向に熱交換器２の下流、すなわち、熱交換器２の出口に位置している。第１の流路７は、冷媒の流れ方向に分岐点９の下流に、弁１１と、凝縮器／ガス冷却器として形成された熱交換器１２と、膨張器１３とを備えている。
第２の流路８は、分岐点１４から一次回路の出口点１５まで延びる。分岐点１４は、冷却ユニットモードの運転の際に、冷媒の流れ方向に熱交換器５の上流、すなわち熱交換器５の入口に、また、出口点１５は、収集器３の上流、すなわち、収集器３の入口に位置している。第２の流路８は、弁１６を備えている。
【００３６】
冷媒回路１の二次通路の分岐点９、１４と出口点１０、１５との間で、弁１７、１８がそれぞれ配置されている。弁１１、１７は分岐点９を備えた弁装置として、弁１６、１８は出口点１５を備えた弁装置として形成される。
【００３７】
ヒートポンプモードでは、弁１１、１６、１７、１８は、圧縮機４の下流の冷媒質量流が流路７を通り、熱交換器１２を経て、凝縮器／ガス冷却器として運転されるように制御される。冷却ユニットモードの運転の際には、弁１１、１６が閉鎖されると共に、弁１７、１８が開放されるが、ヒートポンプモードの運転の際には、弁１１、１６が開放され、弁１７、１８が閉鎖される。実線の矢印は、ヒートポンプモードの運転時の冷媒の流れ方向を示している。
【００３８】
熱交換器１２では、熱が、冷媒から、乗員室に供給されるべき空気に伝達される。凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器１２は、再加熱器とも呼ばれる。次に、膨張弁として形成された膨張器１３内の冷媒が、高圧レベルから、熱交換器１２の熱放出の際のレベルと熱交換器５の熱吸収の際のレベルとの間の中圧レベルに膨張される。中圧レベルの補助により、冷媒側の温度レベルが、蒸発器として運転される熱交換器２で調節される。熱交換器２では、冷媒が部分的に蒸発し、乗員室に供給されるべき空気が冷却されると共に除湿される。蒸発器の前の空気温度が０℃よりも高いことが保証されると、熱伝達面の氷結なしに、熱交換器２を流れる空気を除湿することができ、凝縮器／ガス冷却器１２内の乾燥した空気は、乗員室の加熱のために必要な温度レベルに加温又は加熱される。熱交換器２で部分的に蒸発された冷媒は、双方向に貫流可能に形成された膨張器６で、周囲温度に対応する２相領域内への圧力レベルに減圧される。双方向に貫流可能な膨張器６は、冷却ユニットモードの運転に関して反対方向に貫流される。熱交換器５では、冷媒によって熱が周囲から吸収され、冷媒がさらに蒸発する。分岐点１４に達した後、冷媒は、二次通路の流路８を流れ、弁１６を通過して、収集器３に流入する。冷媒回路１が閉じられる。
【００３９】
熱源としての周囲空気に加えて、さらに、乗員室の空気の潜熱を利用することができる。内気循環の除湿の際、特に、空気流の冷却又は温度変化の際には、除去された熱は、相当な割合として熱交換器１２で空気流に再び供給される。空気湿分を凝縮するための除湿の際に除去され、空気流の温度変化をもたらさない熱の潜在部分は、再び空気流に供給する必要はない。この循環内気から除去された熱の部分の再加熱がないので、潜熱は、冷媒回路１に供給される追加の熱となる。
【００４０】
冷媒回路１の再加熱モードの運転は、点線の矢印によって示される。ここで、弁１１、１７が開放した状態で、膨張器１３は、熱交換器１２で、熱交換器２の冷却出力よりも小さい熱出力を提供できるように調節される。従って、凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器１２における熱出力は、蒸発器として運転される熱交換器２の冷却出力とは無関係に調節可能である。弁１８は同様に開放される一方、弁１６は閉鎖される。
【００４１】
冷媒の流れ方向に圧縮機４の下流に配置された弁装置の弁１７は、調節可能な膨張器として、特に外部調節可能な膨張弁として形成される。完全に開放した弁１７は、接続管の内径に相当する最大の開口直径により、冷却ユニットモードの冷媒回路１の運転の際には、ほぼ圧力損失のない冷媒の貫流を可能にする。
【００４２】
再加熱モードの冷媒回路１の運転の際には、弁１７は、凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器１２において、凝縮器／ガス冷却器で運転される熱交換器５よりも高い圧力レベルが発生するように調節される。この場合、膨張弁として形成された膨張器１７の流路断面は減少する。乗員室に供給されるべき空気を再加熱又は加温するための熱交換器１２内の圧力及び温度レベルは、熱交換器５の周囲を流れる周囲の空気の温度とは無関係に調整することができる。
熱交換器５内の冷媒の圧力レベルは、装填、貫流、並びに構造に加えて、実質的に周囲空気の温度によって決定される。膨張弁として形成された膨張器１７内の流路断面を減少させることによって、熱交換器５内の冷媒の圧力レベルが低減される。しかし、この圧力レベルは周囲の外部条件に関係するので、膨張器１７の流路断面の低減により、冷媒の流れ方向の膨張器１７の上流で冷媒の圧力が高められる。
【００４３】
開放した状態で、二次通路の第１の流路７の貫流を可能にする弁１１は、切替弁又は遮断弁として形成される。
弁１１が開放されたとき、膨張器１７の流路断面の低減により、熱交換器１２内の圧力レベルが調節される。
【００４４】
弁１７は、再加熱モードの運転の際に、冷媒の部分質量流によって、乗員室に供給されるべき空気を再加熱するための熱交換器１２を介して貫流されないが、弁１７の流路断面を調整することにより、熱交換器１２の内部の圧力レベルと温度レベルを調節する。熱交換器１２の内部の温度レベルの変更及び適合により、乗員室用の送風の温度が周囲空気の温度とは無関係に調整される。
【００４５】
図２は、特に二次ラインの構成において、図１の冷媒回路１とは異なる車両空気調和装置の冷媒回路１’を示している。
冷却ユニットモード及び再加熱モードで運転する際に、冷媒は、圧縮機４’を出発点として、熱交換器１２’と、弁１９と、凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器５’と、双方向に貫流可能な膨張弁として形成された膨張器６’と、３方向弁２０を介して収集器３’内に連続して流れ方向に流れる。冷媒の流れ方向は破線の矢印によって示されている。
【００４６】
冷媒回路１’が冷却ユニットモードで運転しているときに、乗員室に供給される空気を冷却するために循環する冷媒は、圧縮機４’で圧縮され、熱交換器１２’に導かれる。乗員室用の送風のための流路に配置された熱交換器１２’には、空気は装填されず、熱は伝達されない。
外部調節可能な膨張器として形成され、特に膨張弁として形成された、完全に開放された弁１９は、接続ラインの内径に相当する最大の開口直径により、ほぼ圧力損失のない冷媒の貫流を可能にする。次に、冷媒は、ガス冷却器／凝縮器として運転される熱交換器５’を貫流する際に、熱を周囲空気に放出し、除熱され、凝縮される。冷媒は、熱交換器２’で熱を吸収する。乗員室に供給される空気は、冷却され、除湿される。
【００４７】
冷媒回路１’が再加熱モードで運転しているときに、圧縮機４’で圧縮された冷媒が同様に熱交換器１２’に導かれる。凝縮器／ガス冷却器１２’において、冷媒からの熱が、乗員室に供給される空気に伝達される。空気は加温される。熱交換器１２’は、再加熱器としても示される。
膨張器１９は、熱交換器１２’で、凝縮器／ガス冷却器５として運転される熱交換器５’における圧力よりも高い圧力レベルになるように調節される。膨張器１９の流路断面の低減によって、乗員室に供給されるべき空気を再加熱又は加温するための熱交換器１２’内の圧力及び温度レベルが、熱交換器５’の周囲を流れる周囲の空気の温度とは無関係に高められる。
熱交換器５’内の冷媒の圧力レベルは、装填、貫流、並びに、構造によって決定されるが、本質的には、周囲空気の温度によって決定される。膨張弁として形成された膨張器１９の流路断面を低減させることにより、熱交換器５’内の冷媒の圧力レベルが低減される。しかし、この圧力レベルは周囲の外部条件に関係するので、膨張器１９の流路断面の低減により、冷媒の圧力が、冷媒の流れ方向の膨張器１９の上流且つ熱伝達１２’内で高められるか又は調節される。
圧力が調整される冷媒質量流が弁１９を流れる。膨張装置は、それぞれ凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器１２’と熱交換器５’との間の接続ラインの内部に配置される。
熱交換器１２’の内部の温度レベルの変更及び適合により、乗員室用の送風の温度が周囲空気の温度とは無関係に調整される。
【００４８】
凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器５’から流出した後、冷媒は、蒸発器２’で支配する圧力レベルに減圧するために、冷却ユニットモード及び再加熱モードの双方で運転しているに膨張器６’を通過する。この際に生成される２相混合物は、熱交換器２’で蒸発され、乗員室に供給されるべき空気は、所望の温度に冷却され、除湿される。熱交換器２’から流れ出た後に、冷媒は、３方向弁２０を通して収集器３’に導かれ、この集合器で、不完全な蒸発のために、なおも存在する冷媒液体が分離され、貯蔵される。冷媒は、圧縮機４’によって収集器３’から吸入される。冷媒回路１’が閉じられる。
【００４９】
ヒートポンプモードで運転しているときに、冷媒は、図１と同様に冷媒回路１’内で循環する。冷媒は、熱交換器１２’の出口の分岐点２１から出口点１０’まで延びる接続ラインを流れる。出口点１０’は、冷却ユニットモードで冷媒の流れ方向に、熱交換器２’の出口に配置される。接続ラインは、膨張弁として形成された膨張器１３’を備える。弁１９が閉じられる。実線の矢印は、ヒートポンプモードの運転時の冷媒の流れ方向を示されている。
【００５０】
熱交換器１２’では、圧縮機４’によって圧縮された冷媒の熱が、乗員室に供給されるべき空気に伝達される。次に、膨張弁１３’内の冷媒が、高圧レベルから、熱交換器１２’の熱放出の際のレベルと熱交換器５’の熱吸収の際のレベルとの間の中圧レベルに膨張する。従って、中圧レベルの補助により、蒸発器２’内の冷媒側の温度レベルが調節される。この場合、熱交換器１２’で、熱交換器２’の冷却出力よりも小さい熱出力が提供可能である。従って、凝縮器／ガス冷却器として運転される熱交換器１２’における熱出力は、蒸発器として運転される熱交換器２’の冷却出力とは無関係に調節可能である。
熱交換器２’では、冷媒が部分的に蒸発し、乗員室に供給されるべき空気が冷却され、除湿される。乾燥した空気は、凝縮器／ガス冷却器１２’において、乗員室の加熱のために必要な温度レベルに再び加温される。
熱交換器２’で部分的に蒸発した冷媒は、双方向に貫流可能に形成された膨張器６’で、周囲温度に対応する２相領域内への圧力レベルに減圧される。双方向に貫流可能な膨張器６’は、冷却ユニットモードの運転に対して反対方向に貫流される。熱交換器５’では、冷媒によって熱が周囲から吸収され、冷媒がさらに蒸発する。熱交換器５’から流出した後、冷媒は、３方向弁２０を介して収集器３’に導かれ、圧縮機４’によって吸入される。冷媒回路１’が閉じられる。
【符号の説明】
【００５１】
１、１’  冷媒回路
２、２’  熱交換器、蒸発器
３、３’  収集器
４、４’  圧縮機
５、５’  熱交換器
６、６’  膨張器
７  二次ラインの第１の流路
８  二次ラインの第２の流路
９  分岐点
１０、１０’  出口点
１１  弁
１２、１２’  熱交換器、凝縮器／ガス冷却器
１３、１３’  膨張器
１４  分岐点
１５  出口点
１６  弁
１７  弁、膨張器
１８  弁
１９  弁、膨張器
２０  ３方向弁
２１  分岐点
【図１】
0005646681.tif 000002
【図２】
0005646681.tif 000003