(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器（３）の内部で循環する冷媒を冷却しうる熱交換器（３）であって、この熱交換器（３）は、熱交換器（３）の内部の冷媒の温度Ｔが、相変化材料（１０）の閾値温度Ｔｆより高くなったときに冷媒を冷却しうる、少なくとも１つの相変化材料（１０）を含み、
前記熱交換器（３）は、前記熱交換器（３）の内部で冷媒の入力（１１）に接続されている第１のゾーン（１３）と、前記熱交換器（３）の外部で冷媒の出力（１２）に接続されている第２のゾーン（１４）とを有し、前記第２のゾーン（１４）は、相変化材料（１０）を備えていることを特徴とする熱交換器（３）。
【請求項２】
前記第１のゾーン（１３）は、前記熱交換器（３）を通る外気流（４）と冷媒との間で、第１の熱交換ゾーンを構成していることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（３）。
【請求項３】
前記第２のゾーン（１４）は、一方では、冷媒と相変化材料（１０）との間で、他方では、この相変化材料（１０）と外気流（４）との間で、第２の熱交換ゾーンを構成していることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（３）。
【請求項４】
前記第２のゾーン（１４）は、内部で冷媒が循環する少なくとも１つの第１の管（３０）を有し、相変化材料（１０）が、第１の管（３０）と第２の管（１５）とにより画定される容積（１６）内に保持され、外気流（４）が、前記第２の管（１５）の周囲を循環するようになっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器（３）。
【請求項５】
第２のゾーン（１４）の正面Ｓ２の大きさは、第１のゾーン（１３）の正面Ｓ１の大きさの０．１倍〜０．５倍であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器（３）。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器（３）を含むことを特徴とする、自動車の空調ループ（１）。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器（３）と、前記熱交換器（３）を通る外気流（４）の通過の閉塞手段（１９、１９’）とを含む、冷却アセンブリ（２２）。
【請求項８】
前記閉塞手段（１９、１９’）は、第１のゾーン（１３）に割り当てられた少なくとも１つの第１のフラップ（１９）と、第２のゾーン（１４）に割り当てられた第２のフラップ（１９’）とから構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の冷却アセンブリ（２２）。
【請求項９】
請求項８に記載の冷却アセンブリ（２２）を構成する少なくとも２個のフラップ（１９、１９’）の使用方法であって、
−前記熱交換器（３）の上流で取り入れた外気流（４）の入力温度Ｔｅを測定し、この温度を、相変化材料（１０）の閾値温度Ｔｆと比較することからなる第１のステップと、
−*）外気流（４）の測定された入力温度Ｔｅが、閾値温度Ｔｆより高い場合、前記熱交換器（３）を通る外気流（４）の通過を禁止する閉鎖位置に、前記フラップ（１９、１９’）を配置することからなるか、あるいは、
*）外気流（４）の測定された入力温度Ｔｅが閾値温度Ｔｆ以下である場合、前記熱交換器（３）を通る外気流（４）の通過を許可する開放位置に、前記フラップ（１９、１９’）を配置することからなる第２のステップとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として自動車の換気、暖房、および／または空調設備の分野に関する。本発明は、熱交換器の内部で循環する冷媒を冷却可能な熱交換器に関し、この熱交換器は、上記の設備に関与する空調ループを構成している。本発明は、また、このような熱交換器を含む冷却アセンブリを目的としている。本発明は、さらに、このようなアセンブリを構成する通気調節フラップの使用方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、一般に、自動車の乗員室の内部における空気の空気熱力学的なパラメータを修正するために、換気、暖房、および／または空調設備を備えている。このような修正は、空気流を乗員室の内部に生じさせることによって行われる。
【０００３】
主要空気流を冷却するために、上記設備は、亜臨界冷媒Ｒ１３４ａ、または同等物、あるいは超臨界冷媒の二酸化炭素Ｒ７４４、または同等物などの冷媒が内部で流れる空調ループを有している。空調ループは、この空調ループの内部で冷媒を循環させるための少なくとも１つの圧縮機と、冷媒を通る外気流に熱を付与することにより、冷媒を冷却させうる熱交換器と、膨張部材と、主要空気流を冷却するための蒸発器とを備えている。
【０００４】
冷媒が亜臨界冷媒である場合、熱交換器は、空調ループにおいて、この空調ループの内部で冷媒が流れる方向に、圧縮機と膨張部材との間に配置されている凝縮器である。
【０００５】
冷媒が超臨界冷媒である場合、熱交換器は、空調ループにおいて、この空調ループの内部で冷媒が流れる方向に、圧縮機と、膨張部材の上流に配置された内部熱交換器との間に配置されているガス冷却器である。
【０００６】
冷媒は、空調ループの内部で、一般にはモリエ線図で表される熱力学的なサイクルに従う。モリエ線図から、空調ループの成績係数「ＣＯＰ」（英語の頭語）を導くことが知られており、成績係数は、蒸発器により回収された有効パワーと、冷媒を圧縮するための圧縮機により消費されたエネルギーとの比率として与えられている。成績係数は、自動車のユーザが、最小のエネルギー消費で、最適の熱快適性を得ることができるように、できるだけ高くすることが常に求められており、たとえば約２〜４である。
【０００７】
この分野で提起される一般的な問題は、自動車の幾つかの使用条件において、特に自動車が、たとえば渋滞のせいで、前進−停止段階が連続して繰り返されるとき、高い成績係数を得にくいことである。この問題は、さらに、自動車の内燃機関から排出される熱量のために、熱交換器を通る外気流の温度がしばしば３５℃を超え、部分的には５５℃に達することもある高温の環境下で、自動車が使用されるとき、重大化する。その結果、このような外気流が、熱交換器の内部にある冷媒を再加熱することがある。ところで、空調ループの成績係数の値は、出力温度が低ければ低いほど、空調ループ内の凝縮器またはガス冷却器の出力における圧力上昇が回避されて、成績係数が高くなるという意味で、熱交換器の出力で取り出される冷媒の出力温度に、著しく依存することが知られている。
【０００８】
そのため、圧縮機は、自動車のユーザが最適な熱快適性を得るために、非常に強く作動させられる傾向がある。このような作動は、エネルギーを消費するので、避けることが好ましい。
【０００９】
従って、この分野における特定の課題は、自動車のユーザが、最終的に最適な熱快適性を確保するために、繰り返し行われる停止段階の間、および外気温が３５℃を超えるときには、圧縮機のエネルギー消費を最小化、しかもできるだけ高い成績係数を得るために、冷媒の出力温度をできるだけ低くすることができる熱交換器を提供することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、換気、暖房、および／または空調設備の空調ループを構成する熱交換器を提供することにあり、この熱交換器は、外気流に熱を伝えることによって、この熱交換器の内部を循環する冷媒を冷却することができ、かつこの熱交換器は、小型であって、たとえばこの熱交換器の上流で取り出された外気流の入力温度Ｔｅが、３５℃を超えるような高温の際における空調ループの使用時も含めて、また、たとえば渋滞等によって自動車の前進と停止段階が連続して繰り返されるときも含めて、特に２〜４のできるだけ高い空調ループの成績係数「ＣＯＰ」が得られるように構成されており、それによって、自動車のユーザに最適な熱快適性を確保しながら、空調ループを構成する圧縮機が消費するパワーが最小となるようになっている。
【００１１】
特に、本発明の目的は、熱交換器の出力冷媒の出力温度Ｔｓを、できるだけ低くすることができる熱交換器を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、このような熱交換器を含む冷却アセンブリを提供することにあり、この冷却アセンブリは、小型でかつ効率的で、空調ループと組み合わせて、容易に設置することができる。上記冷却アセンブリは、自動車の前面に配置され、繰り返される停止段階に続く外気の温度上昇に対処しうるようになっている。
【００１３】
本発明の最後の目的は、冷却アセンブリを備える熱交換器の最適利用を可能にする、空気分配用の通気調節フラップ（ｒｅｇｉｓｔｒｅ  ｄｅ  ｖｏｌｅｔｓ  ｄｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｄ’ａｉｒ）の使用方法を提案することにある。
本発明の熱交換器は、熱交換器の内部で循環する冷媒を冷却するようになっている熱交換器である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による熱交換器は、熱交換器の内部の冷媒の温度Ｔが、相変化材料の閾値Ｔｆより高くなったときに冷媒を冷却しうる、少なくとも１つの相変化材料を含んでいる。
【００１５】
そのため、この熱交換器は、相変化材料により保存されて、熱交換器の使用条件、特にこの熱交換器の内部の冷媒の温度Ｔの値に応じて、相変化材料が蓄積または放出される、フリゴリーのリザーバを含んでいる。
【００１６】
上記熱交換器の内部の冷媒の温度が、相変化材料の閾値温度Ｔｆよりも高い場合、相変化材料は溶融する。溶融反応は吸熱性であるので、相変化材料が冷媒を冷却することにより、熱交換器の出力で取り出された冷媒の出力温度Ｔｓは、できるだけ低く保持されることとなる。そのため、空調ループの成績係数「ＣＯＰ」は、特に２〜４の高いままにとどまり、自動車のユーザは、熱交換器を含む空調ループを構成する圧縮機を、過度に作動させる必要なしに、最適な熱快適性を得ることができる。
【００１７】
この上記熱交換器は、この熱交換器の内部で冷媒の入力に接続される第１のゾーンと、この熱交換器の外部で冷媒の出力に接続される第２のゾーンとを含み、第２のゾーンは、相変化材料を備えていると有利である。
【００１８】
上記第１のゾーンは、熱交換器を通る外気流と冷媒との間で、第１の熱交換ゾーンを構成しているのが望ましい。
【００１９】
上記第２のゾーンは、一方では、冷媒と相変化材料との間で、他方では、この相変化材料と外気流との間で、第２の熱交換ゾーンを構成しているのが望ましい。
【００２０】
上記第２のゾーンは、内部で冷媒が循環する少なくとも１つの第１の管を含み、相変化材料が、第１の管と、この第１の管の外側に配置される第２の管とにより画定される容積内に保持され、外気流が、第２の管の周囲で循環するようになっているのが好ましい。
【００２１】
管は、相変化材料と冷媒との間で内部熱交換を行わせるための内部フィンを備えているのが望ましい。
【００２２】
さらに、管は、相変化材料と外気流との間で外部熱交換をうながすための外部フィンを備えているのが好ましい。
【００２３】
第２のゾーンの正面Ｓ２は、第１のゾーンの正面Ｓ１の０．１倍〜０．５倍であるのが有利である。これらの値は、第１のゾーンが正常な動作段階で冷媒の適切な冷却を確保するようにし、停止段階が繰り返される間に、第２のゾーンが十分な快適性レベルを保持するようにするために、２つのゾーンの正面の間で、適正な調整を行ったものである。
【００２４】
熱交換器は、たとえば凝縮器であり、冷媒は亜臨界冷媒である。
【００２５】
熱交換器は、たとえばガス冷却器であり、冷媒はたとえば超臨界冷媒である。
【００２６】
自動車の換気、暖房、および／または空調設備を構成する本発明の空調ループは、この空調ループがこのような熱交換器を含んでいることを特徴としている。
【００２７】
本発明による冷却アセンブリは、上記アセンブリが、このような熱交換器と、上記熱交換器を通る外気流の通過の閉塞手段とを含んでいることを主な特徴としている。
【００２８】
上記の閉塞手段は、空気分配用の通気調節フラップから構成されていると有利である。
【００２９】
冷却アセンブリは、熱交換器を通る外気流が流れる方向に従って、閉塞手段の上流または下流に、無差別に配置される電動換気装置を含んでいるのが好ましい。
【００３０】
このような通気調節フラップを利用する方法は、
−上記熱交換器の上流で取り入れた外気流の入力温度Ｔｅを測定し、この温度を、目標温度Ｔｃと比較することからなる第１のステップと、次いで、
−*）外気流の測定温度が設定温度Ｔｃより高い場合、この熱交換器を通る外気流の通過を禁止する閉鎖位置にフラップを配置すること、あるいは、
*）外気流の測定温度が設定温度Ｔｃ以下である場合、この熱交換器を通る外気流の通過を許可する開放位置にフラップを配置することからなる、第２のステップとを含んでいることを特徴としている。
【００３１】
上記の方法は、付随的に、上記の第１のステップに続く第３のステップを含み、この第３のステップは、
−外気流の測定温度が、設定温度Ｔｃより高い場合、電動換気装置を停止すること、あるいは、
−外気流の測定温度が、設定温度Ｔｃ以下である場合、電動換気装置を作動させることからなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
添付図面に示す様々な実施形態の以下の説明を読めば、本発明をよりよく理解することができ、かつその細部が明らかになると思う。
【図１】内部を亜臨界冷媒が流れている、本発明による空調ループの概略図である。
【図２】内部を超亜臨界冷媒が流れている、本発明による空調ループの概略図である。
【図３】図１、図２に示す空調ループを有する熱交換器を構成するダクトの概略的な横断面図である。
【図４】図３に部分的に示された熱交換器を含む冷却アセンブリを示す概略的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
自動車は、その車内における空気の空気力学的なパラメータを修正するために、換気、暖房、および／または空調設備を備えている。図１と図２では、この設備は、冷媒が内部で循環する空調ループ１を含んでいる。空調ループ１は、冷媒を圧縮するための圧縮機２と、熱交換器３を通る外気流４に熱を付与することによって、冷媒を冷却するための熱交換器３と、冷媒が内部で膨張される膨張部材５と、自動車の乗員室の内部で、主要空気流７の供給に先立って通過する主要空気流７を冷却しうる蒸発器６とを備えている。
【００３４】
冷媒は、たとえばＲ１３４ａ、または同等物等の亜臨界冷媒である。熱交換器３は、図１に示された空調ループ１において、この空調ループ１の内部で冷媒が流れる方向８に沿って、圧縮機２と膨張部材５との間に配置された凝縮器である。
【００３５】
冷媒は、たとえば二酸化炭素（Ｒ７４４）または同等物等の超臨界冷媒である。この場合、熱交換器３は、図２に示す空調ループ１において、この空調ループ１の内部で冷媒が流れる方向８に従って、圧縮機２と、膨張部材５の上流に配置される内部熱交換器９との間に配置されているガス冷却器である。
【００３６】
熱交換器３が、この熱交換器３の出力で、冷媒の出力温度Ｔｓをできるだけ低くすることができるようにして、圧縮機２のエネルギー消費を最小化するとともに、自動車のユーザに最適な熱的快適性を確保しながら、できるだけ高い空調ループ１の成績係数「ＣＯＰ」を提供するようにするために、本発明の、熱交換器３は、パラフィンまたは同等物等の、少なくとも１つの相変化材料１０を有している。相変化材料１０は、熱交換器３の内部の冷媒の温度Ｔが、相変化材料１０の閾値温度Ｔｆを超えたとき、冷媒を冷却することができる。
【００３７】
このような構成により、熱交換器３は、自動車が走行モードにあるときに、フリゴリーを保存可能であり、自動車が、たとえば渋滞で、作動−停止段階が連続して繰り返されるときに、保存されていたフリゴリーを放出することができる。このような構成は、熱交換器３の内部に存在する冷媒の過熱を回避することをめざしている。この構成は、熱交換器３を通る外気流４が、この外気流４の温度が高すぎるために、十分に冷媒を冷却できない場合に有利である。
【００３８】
熱交換器３は、冷媒の入力１１と冷媒の出力１２とを備えている。この冷媒の入力１１は、熱交換器３の第１のゾーン１３に接続され、この出力１２は、熱交換器３の第２のゾーン１４に接続されている。第１のゾーン１３は、第２のゾーン１４と連通しているので、冷媒は、第１のゾーン１３から第２のゾーン１４に流れることができる。
【００３９】
第１のゾーン１３は、たとえば平板管等の従来の熱交換器から構成されている。
【００４０】
図３では、第２のゾーン１４は、内部で冷媒が流れる第１の管３０を有し、相変化材料１０は、第１の管３０と、この第１の管３０の外側に配置されて、第１の管と同軸に第１の管を囲む第２の管１５との間に画定された容積１６内に保持されている。外気流は、第２の管１５の周囲で流れて第２の管の壁に接触し、相変化材料を冷却して、正常な走行段階中に、相変化材料がフリゴリーを充填されるようにする。
【００４１】
渋滞等の停止段階が繰り返される間は、冷媒は第１の管３０の内部で流れ、その一方で、相変化材料１０は、以前に蓄積したフリゴリーを冷媒に放出する。図４の変形実施形態では、外気流の温度が高くなりすぎた場合に、外気流と第２の管１５の壁との間の熱交換を制限するようになっている。
【００４２】
これにより、第１のゾーン１３は、外気流４と冷媒との間に、第１の熱交換ゾーンを構成している。また、第２のゾーン１４は、一方では、冷媒と相変化材料１０との間に、他方では、この相変化材料１０と外気流４との間に、第２の熱交換ゾーンを構成している。
【００４３】
相変化材料１０と冷媒との間の第１の熱交換をうながすために、第１の管３０は、半径方向を向く複数の内部フィン１７を備えている。同様に、第２の管１５は、相変化材料１０と外気流４との間の第２の熱交換をうながすために、半径方向を向く複数の外部フィン１８を備えている。
【００４４】
図４では、第２のゾーン１４は、外気流４が直交して通過する正面Ｓ２を有し、この正面Ｓ２は、外気流４と直交して取り出される第１のゾーンＳ１の正面の０．１〜０．５倍である。
【００４５】
上記熱交換器３の内部の冷媒の温度Ｔが、相変化材料１０の閾値温度Ｔｆを超えるとき、相変化材料は溶融する。上記相変化材料１０の溶融により冷媒が冷却されるので、冷媒の出力温度Ｔｓを、約数分間の時間間隔にわたって、閾値温度Ｔｆを数度だけ越える値に保持することができる。この構成によって、熱交換器３を通る外気流４が流れる方向に従って、熱交換器３の上流で取り出される外気流４の入力温度Ｔｅが３５℃を超える状況のような、前進−停止段階が繰り返されて高温になる条件を含めて、圧縮機２の追加エネルギー消費を用いる必要なしに、自動車の乗員室の内部で、熱的な快適性を保持することができる。
【００４６】
熱交換器３は、通気調節フラップ１９、１９’が熱交換器３を通る外気流４の通過を許す開放位置と、上記フラップ１９、１９’が、このような通過を禁止する閉鎖位置との間で、操作しうる通気調節エアフラップ１９、１９’を備えている。もちろん、第１のゾーン１３および／または第２のゾーン１４で流れる空気量を、より緻密に管理するために、これらのフラップの中間位置を管理することもできる。熱交換器３と、上記フラップ１９、１９’とが、冷媒の冷却アセンブリ２２を形成している。
【００４７】
熱交換器を通る外気流４が流れる方向において、熱交換器３の上流に配置されている温度センサ２０が、相変化材料１０の閾値温度を超える空気流４の温度Ｔｅを検知すると、相変化材料がセットされている第２のゾーン１４の前に配置されている第２のフラップ１９’は、閉鎖位置となり、空気が第２のゾーン１４に入るのを禁止する。相変化材料に蓄積されたフリゴリーが、空気中に分散しないようにし、それによって、冷媒との熱交換のために利用可能なエネルギーは集中させられる。
【００４８】
第１のゾーン１３の前に配置された第１のフラップ１９は、開放され続ける。すなわち、外気流４の温度が一定の閾値を超えない限り、第１のゾーン１３の内部への空気の通過を許す。第１のゾーン１３における空気のダイナミック効果によって、十分な冷却を確保ことができる。
【００４９】
この閾値を越えた場合、第１のフラップ１９は閉鎖されて、妨害的な過熱を制限するとともに、第２のゾーン１４の相変化材料１０によりもたらされる温度の低下を無駄にしないようにする。これによって、空調ループの成績係数の過度の劣化は抑制される。
【００５０】
温度検知器２０が、相変化材料の閾値温度未満である外気流の温度Ｔｅを測定した場合、第１のフラップ１９と第２のフラップ１９’は開放位置となり、第１のゾーン１３と第２のゾーン１４とを通る空気流４の通過を許す。このような構成は、測定された温度が材料の閾値温度未満であるとき、フリゴリーを保存するために、相変化材料１０を凝固可能にすることをめざしている。
【００５１】
相変化材料の閾値温度Ｔｆが約４５℃である場合、この構成の全体は、空気流の入力温度Ｔｅが、たとえば約４０℃である自動車の走行段階において、８０℃を超える温度で熱交換器３の内部に入る冷媒が、約４２℃の温度で第１のゾーン１３の外に排出され、最終的に約４４℃の温度で、第２のゾーン１４の外に排出されるようにする。
【００５２】
この同じ事例において、上記の構成の全体は、空気流の入力温度Ｔｅが、たとえば約５５℃である自動車の停止段階において、８０℃を超える温度で熱交換器３の内部に入る冷媒が、約５７℃の温度で第１のゾーン１３の外に排出され、相変化材料１０から送られるフリゴリー供給によって、最終的に約４７℃の温度で第２のゾーン１４の外に排出されるようにしている。従って、このような相変化材料がない場合、冷媒は、もっと高い温度で凝縮器／ガス冷却器から排出され（その場合には４７℃ではなく５７℃）、そのために、自動車のユーザが望む快適性レベルを保持するには、圧縮機の側の過剰な消費が必要になる。
【００５３】
相変化材料１０は、第２のゾーン１４が、一定の場合にはフリゴリーを捕集し、他の場合にはこれを放出しうる、いわゆるバッファゾーンとして作動できるようにする閾値温度Ｔｆに応じて選択される。環境条件と、対象とされる最適エネルギー消費範囲とに応じて、相変化材料の閾値温度Ｔｆは、一般に約２５℃〜５０℃の範囲で選択される。有利な選択は、２５℃〜３５℃である。その理由は、空調ループの成績係数は、ガス冷却器／圧縮機３の出力における冷媒の温度が、これらの温度を超えると著しく劣化するからであり、そのため、圧縮機２により消費されるパワーが異常に高くなる。
【符号の説明】
【００５４】
３  熱交換器
４  外気流
１０  相変化材料
１１  冷媒の入力
１２  冷媒の出力
１３  第１のゾーン
１４  第２のゾーン
１５  第２の管
１６  容積
１９、１９’  閉塞手段または通気調節フラップ
２２  冷却アセンブリ
３０  第１の管
【図１】
0005559800.tif 000002
【図２】
0005559800.tif 000003
【図３】
0005559800.tif 000004
【図４】
0005559800.tif 000005