(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却及びヒートポンプ運転のための冷媒回路（１０）であって、上記冷媒回路（１０）は、高圧及び低圧領域を有し、この高圧及び低圧領域は、少なくとも１つの熱源／ヒートシンク（２６、３８）と、コンプレッサ（１２）と、膨張器（１８）と、少なくとも１つの熱内部空間モジュール（１６、３４）と、内部熱交換器（２０、３０）と、を備え、この内部熱交換器（２０、３０）は、高圧側部（２０）及び低圧側部（３０）を備え、上記内部熱交換器の上記高圧側部（２０）は、上記膨張モジュール（１８）と上記熱源（２６、３８）との間の上記ヒートポンプ内に設けられ、手段（２２、３６、４０、４２）が設けられ、この手段（２２、３６、４０、４２）を通じて、上記ヒートポンプ内の上記内部熱交換器の上記高圧側部（２０）が中圧レベル（ＭＤ）において運転可能となり、上記中圧レベル（ＭＤ）は、上記高圧領域（ＨＤ）における圧力レベルと上記低圧領域（ＮＤ）における圧力レベルとの間にあり、
凝縮器／気体冷却器（２６）及び熱交換器（３８）は、熱源／ヒートシンク（２６、３８）として設けられ、上記熱交換器（３８）は、上記気体冷却器（２６）と並列に接続され、上記熱交換器（３８）は、モータ冷媒回路との熱交換のために設けられていることを特徴とする冷媒回路（１０）。
【請求項２】
ヒートポンプ運転における上記内部熱交換器（２０）の上記高圧側部は、固定ダンパー（２２）から下流にあり、これにより、上記ヒートポンプの流動方向のみにおいて圧力損失が発生する請求項１に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項３】
上記冷却運転において、上記熱源／ヒートシンク（２６、３８）と上記膨張器（１８）との間にホースが設けられ、上記ホースは、その他のホースよりも特に断面が小さく、これにより、上記冷却運転において顕著な圧力損失が発生せず、ヒートポンプ運転において上記中圧レベル（ＭＤ）が保証される請求項１記載の冷媒回路（１０）。
【請求項４】
上記冷媒保存領域（２４）と上記熱源／ヒートシンク（２６、３８）との間において、少なくとも１つの制御可能な膨張器（４０、４２）が設けられている請求項１記載の冷媒回路（１０）。
【請求項５】
上記内部熱交換器（２０）の上記高圧側部と上記気体冷却器（２６）との間には、制御可能な膨張器（４２）が設けられている請求項１記載の冷媒回路（１０）。
【請求項６】
更に、冷媒保存領域（２４）が設けられ、この冷媒保存領域（２４）は、上記冷媒回路の上記中圧領域（ＭＤ）内において配置されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項７】
更に、上記冷媒回路の運転が上記冷却運転モードにおいて予め設定されるように構成された遮断弁を有する請求項１乃至６の何れか１項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項８】
上記熱源／ヒートシンク（２６、３８）は、水、空気、排気ガス、電子器具、蓄熱及び／又は太陽熱／太陽エネルギーの媒体と共に機能する請求項１乃至７の何れか１項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項９】
請求項４乃至８の何れか１項に記載の冷媒回路を備えた空調装置を運転するための方法であって、上記膨張器（１８、４０、４２）が上記運転において定められていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
ヒートポンプ運転において、上記膨張器は、単一運転（１８、４０、４２）において別々に機能し、他の任意の膨張器（１８、４０、４２）が完全に開放している請求項９記載の方法。
【請求項１１】
全ての膨張器（１８、４０、４２）を互いに協働運転させて開放することが可能である請求項９記載の方法。
【請求項１２】
協働運転と個別運転を必要に応じて交互に利用することができる請求項９乃至１１の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の冷却のための冷媒回路、及び、空調装置を運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１において開示されているダブルループ空調装置において、冷媒の加熱はヒートポンプ内において又は冷媒の圧縮を通じて行われ、その後、冷媒は、内部空間モジュール内の凝縮器（本明細書中、以下ヒートレジスタと呼ぶ）へと放出される。ヒートレジスタは、内部空間に流入する熱を加熱する。加えて、モータの冷媒回路から熱を取り出して、熱伝達デバイスを通じて冷媒へと方向付けることもできるし、あるいは、内部空間へ流入した空気を従来の加熱デバイス内において、冷媒が流動する加熱コアを介して加熱することも可能である。冷却デバイスにおいては、内部に流入した空気からの熱除去は、この運転において蒸発器として機能する凝縮器によって行われる。その後、冷却材料へと放出された熱は、別の凝縮器を介して周囲環境へと放出される。
【０００３】
特許文献２において開示されている空調装置においては、ヒートポンププロセス中の熱が外部空気から取り出される冷媒回路が設けられている。この熱は、内部空間流入空気を高圧下において凝縮器を通じて加熱するために放出され（後述するヒートレジスタの記載参照）、この凝縮器は、加熱ユニット中において気体冷却器又は凝縮器として機能する。
【０００４】
冷却及びヒートポンプ運転のどちらにも適した冷媒回路には、高圧及び低圧領域が設けられていることが知られている。このような冷媒回路は、少なくとも１つの熱源又はヒートシンク（例えば、気体冷却器又は凝縮器、及び／又は、グリコール熱交換器）と、コンプレッサと、膨張モジュールと、少なくとも熱内部空間モジュール（蒸発器／凝縮器＝ヒートレジスタ）と、冷媒保存領域とを含む。
【０００５】
加えて、高圧側部及び低圧側部を有する内部熱交換器が設けられ、これにより、ヒートポンプ内の内部熱交換器の高圧側部は、膨張モジュールと気体冷却器との間に配置される。内部熱交換器の低圧側は、コンプレッサの吸引側に配置される。
【０００６】
このような構成の場合、現行技術の状況を鑑みると、ヒートポンプ運転において内部熱交換器の低圧側部との熱交換を比較的小さな技術的努力で行うことが不可能であるため、不利である。なぜならば、ヒートポンプ内の内部熱交換器は、冷媒回路の低圧領域内にも存在しているからである。ヒートポンプ運転時において、内部熱交換器はいわゆる不活性状態になる。
【０００７】
加えて、空調装置の作動によって決定された充填量に起因して過剰な量の冷媒が発生しているヒートポンプにおいては、コンプレッサの最適運転は不可能となる。なぜならば、コンプレッサ内への流体冷媒の吸引を排除することはできないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国出願公開第１０３０９７７９号明細書
【特許文献２】独国特許第１０１５８１０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的の１つは、ヒートポンプ運転における内部熱交換器の活性作用を保証するために、できるだけ簡易な形態を提供することである。さらなる目的としては、冷却及び加熱運転における多様な運転状況において不要な冷媒を対応して保存し、循環している冷媒を最適に調節することである。
【００１０】
内部熱交換器の活性作用の保証によって得られる１つの可能性として、内部熱交換器の下流の冷媒の圧力の軽減がある。しかしながら、この場合、ヒートポンプ内の内部熱交換器から下流の冷媒保存領域にも、高圧下の冷媒が供給されるという不利益が発生する。しかしながら、この場合、ヒートポンプ運転と同様に、保存領域が冷媒密度に起因して大きすぎる。そのため、この場合、高圧側の十分な圧力蓄積を保証することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、冷媒回路は、ヒートポンプ内の内部熱交換器の高圧側部を、冷媒回路の高圧レベルと低圧レベルとの間の中圧レベルまで駆動する手段を含む。
【００１２】
内側熱交換器の高圧側から熱源へと圧力が逃げることに起因して、圧力が軽減した二相冷媒の圧力レベルは、下流の熱源の圧力レベルよりも高く設定される。極端な場合、この種の中圧レベル領域が増加又は低下することができ、高圧レベル又は低圧レベルに対応する。
【００１３】
二相冷媒の特有の高熱と一定の温度に起因して、内部熱交換器を用いて、内部熱交換器の低圧側部内を流動するヒートポンプ中の冷媒を積極的に過熱することができる。このようにして、コンプレッサの安全運転を簡単に保証でき、流体冷媒の吸引を信頼性を以て回避する。
【００１４】
上記冷媒回路の構成及び機能は、使用される冷媒と関係無く応用することが可能である。場合によっては、低圧レベル、中圧レベル及び高圧レベルのための特定の圧力状況において差が発生する。
【００１５】
加えて、従来の車両、ハイブリッド車、電気自動車などに関係無く、特定の車両の駆動設計から独立して配線を実行することが可能である。よって、コンプレッサ類からも独立して配線を実行することが可能である。
【００１６】
第１の有利な実施形態において、内部熱交換器の高圧部を中圧レベルまで駆動する手段は、ダンパーの形状に形成される。ダンパーは、内部熱交換器の高圧側のためにヒートポンプ運転の下流に設けられ、好ましくは、冷媒保存領域の後側に設けられている。
【００１７】
加えて、ダンパーは、ヒートポンプ中の冷媒の断面の狭窄に応じて、冷媒の流動方向のみにおいて圧力損失を発生させるように設定される。空調装置において、流動方向と反対方向において最大断面が可能となる。中圧レベルは、ヒートポンプ中の膨張弁によって調節され、内部熱交換器内の通過後における固定ダンパーに起因する圧力低下によって軽減される。
【００１８】
選択的に、中圧レベルを達成する手段についても、熱源又はヒートシンクと膨張弁との間に設けられたホースのホース調整の形態で設けることが可能である。この領域内には、内部熱交換器の冷媒保存領域及び高圧側部も設けられている。ホース内におけるホース断面及びホース誘導又は屈曲は、各車両について特殊に計算する必要があり、これにより、ヒートポンプ運転において規定圧力損失を加熱運転のために達成可能としつつ、冷却運転における顕著な圧力損失を回避するようにする。
【００１９】
詳細には、ホース断面は、標準的な現行技術よりも小さい。というのも、このようにすることにより、配管ホースのための材料、並びにコスト及び重量を低減させることが可能であるからである。ホース断面の低減により、充填量の低減も達成することができ、また、必要な冷媒量も低減する。
【００２０】
本発明によれば、内部熱交換器の高圧側部の前方のヒートポンプ内において流動方向に設けられた制御可能な膨張器に加えて、少なくとも１つの制御可能な膨張器がさらに計画される。少なくとも１つの制御可能な膨張器は、熱交換器の高圧側部の後側において冷媒保存領域の後方に且つ熱源の前方において、上述した流動方向に配置される。
【００２１】
この制御可能な膨張器は、初期においては中圧レベルであり、低圧レベルに低下させることはできない。
【００２２】
他の有利な形態において、冷媒回路内の熱源又はヒートシンクとしての凝縮器に加えて、さらなる熱交換器（特には、外部熱交換器）をさらなる熱源又はヒートシンクとして設けることができ、モータと冷媒回路との間の熱伝達に用いることができる。この外部熱交換器は、特には水グリコール熱交換器（冷却装置とも呼ばれる）として形成される。
【００２３】
このさらなる熱交換器は、凝縮器に対して本質的に並列であり且つ直列となるように、冷媒回路へと接続することができる。
【００２４】
各場合において、凝縮器へのホース及びさらなる熱交換器へのホースはどちらとも、内部熱交換器の高圧側部から延びるホースから分岐する。
【００２５】
特に有利な実施形態において、これら２つの分岐部を、１つの制御可能な膨張器を介してプロセスにおいて共に組み合わせることができる。先ず、切換弁の交換を行うための膨張器を制御することにより、冷媒の流れがこれら２つの分岐部のうちの１つへと流れるかとその流動様態とを決定することができる。第２に、内部熱交換器及び冷媒保存領域内における中圧レベルの制御可能な調整が、どちらの分岐部においても保証される。
【００２６】
冷媒保存領域の後側のヒートポンプ内において制御可能な膨張器を設定することにより、冷媒保存領域における圧力レベル（及び内部熱交換器内のこの配線変化における圧力レベル）を柔軟に設定することができ、これにより、冷媒回路内において利用可能な冷媒量が最適となる。
【００２７】
さらに、本発明は、上述したような冷媒回路を含む空調装置を運転する方法に関する。この方法により、ヒートポンプ内の流動方向において内部熱交換器の高圧側部の前方に設けられた制御可能な膨張器に加えて、少なくとも１つのさらなる制御可能な膨張器が設けられている。これは、上述した流動方向において熱交換器の高圧側部の後側において冷媒保存領域に続いて且つ熱源の前方に設けられている。
【００２８】
本発明によれば、膨張器は、その運転が規定されるように制御される。
【００２９】
特には、ヒートポンプ内において、膨張器は個別に運転するように制御される。これらの特定の膨張器内は個別に機能し、他の任意の膨張器は完全に開放されている。
【００３０】
別の用途において、これらの膨張器は全て、相互に組み合わされて運転可能である。この場合、これらの膨張器は、所望の圧力レベルを設定するために、相互作用しながら開口する。
【００３１】
選択的に、膨張器は、特定の様態で運転可能であり、必要な協働運転又は個別運転に合わせて交互に用いられる。
【００３２】
本発明の他の利点、特性及び用途可能性は、実施形態と共に図面中に示される。本明細書、特許請求の範囲、及び図面では、符号の説明の欄に記載されている符号が用いられている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による冷却運転の冷媒回路の基本図である。
【図１Ａ】本発明によるヒートポンプ運転の冷媒回路の基本図である。
【図２】ホース断面の調整を持つ有利な形態を示す。
【図３】熱源（すなわち、水（冷却装置）及び空気（凝縮器））の制御可能な膨張器及び直列配線を用いた有利な形態を示す。
【図４】並列配線を用いた有利な形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下の実施形態において、同一の機能を有する同一の構成要素については、同一の符号を付す。
【００３５】
図１は、車両空調装置の冷媒回路１０の概略図を示す。この形態の冷媒回路は、冷却及びヒートポンプ運転に適しているが、図中では冷却運転の場合を示す。この場合、冷媒は高圧下においてコンプレッサ１２から流出し、３〜２方向弁１４を介して凝縮器／気体冷却器２６及びダンパー２２を通過する。符号１４は、好ましくは、３〜２方向弁であるが、配線の実行は、２つの別個の制御可能な遮断弁の形態にすることも可能である。しかしながら、ダンパーは、ヒートポンプ運転時のみにおいて圧力損失を発生させるような形状にされる。一方、冷却運転時においては、ダンパーはほとんど圧力損失を発生させないため、冷媒は高圧レベルにおいても冷媒保存領域２４及び内部熱交換器２０の高圧側部を流動し、主要膨張弁１８のみにおいて低圧レベルへと低下する。遮断弁３２を開口状態にすることにより、低圧レベルでみられる冷媒は、蒸発器３４を通過した後、内部熱交換３０の低圧側部を通過し、このときににコンプレッサ１２内において再度高圧レベルまで圧縮される。、現行技術によれば、このように構成されたダンパー２２を通じて、冷却運転については変化しない。
【００３６】
図１Ａは、図１の車両空調装置の冷媒回路１０の概略図である。ヒートポンプ運転において、冷媒はコンプレッサ１２から３〜２方向弁１４を通過し、その後ヒートレジスタ１６を介して主要膨張弁１８へと向かう。冷媒は、主要膨張弁１８に到達するまでは、高圧レベルＨＤのままである。主要膨張弁１８は、内部熱交換器２０の高圧側を通過する冷媒を、中間レベル圧力ＭＤまで低下させる。さらなる運転において、冷媒保存領域２４の後に設けられたダンパー２２は、ヒートポンプの流動方向において冷媒を低圧レベルＮＤまで低下させる。この圧力レベルにおいて、冷媒は、蒸発器として機能する凝縮器／気体冷却器２６内を流動する。その後、冷媒は、開口状態の遮断弁２８に起因して、内部熱交換器３０の低圧側を通過した後、コンプレッサ１２内へと流入する。ここで、冷媒は再度高圧レベルまで圧縮される。
【００３７】
本発明によれば、内部熱交換器２０の高圧側を通じて流動した冷媒は、中間圧力レベルとなり、ヒートポンプ運転において、交換器の低圧部との熱交換の可能性が得られる。その結果、内部熱交換器３０の低圧部を流動する冷媒が再度加熱又は過熱された後にコンプレッサ１２内へと流入するという利点が得られる。
【００３８】
流体冷媒の吸引は、冷媒の過熱により、信頼性を以て回避される。このようにして、コンプレッサ１２の安全な運転が保証される。
【００３９】
図２は、ヒートポンプ運転における車両空調装置の冷媒回路１０を示す。このヒートポンプ運転により、本実施形態の例において、ホース断面３６の調節により、主要膨張弁１８と気体冷却器２６との間の中圧レベルが保証される。図２中のホース断面３６は、あくまで模式的なものである。ホース断面３６の形状は、ヒートポンプ運転において圧力損失を発生させ、且つ冷却運転においては圧力損失を発生させないような形状である。これは、２種類の運転における異なる状態の冷媒に基づいて、達成することができる。
【００４０】
この効果を保証するために、技術的なホース分析を各車両について別個に計算する必要がある。特には、ホース誘導屈曲部又は既存の屈曲の関数としてホース分析を計算する必要がある。
【００４１】
図３に示すような他の有利な実施形態において、冷媒回路１０は、凝縮器／気体冷却器２６に加えて、冷媒回路１０との熱交換のための冷却装置３８（例えば、車両モータのもの）を少なくとも１つさらに含む。排気システムによって、又は、部分的若しくは全体的な電気車両の多様な冷媒回路によって、さらなる熱源も得られる。
【００４２】
この実施形態により、主要膨張弁１８に加えて、内部熱交換器２０の高圧部における中圧レベルを保証するための、さらなる制御可能な膨張器４０及び４２が構想される。この場合、流れの誘導は、グリコール熱交換器／冷却装置３８、凝縮器／気体冷却器２６又はこれら両方を通じて行うことができる。制御可能な膨張器４０及び４２の通過位置において、ヒートポンプ運転における中圧レベルは低圧まで低下し、これにより、グリコール熱交換器／冷却装置３８及び／又は気体冷却器２６中のエネルギーを受容することが可能となる。このようにして、中圧レベルの高圧側上の冷媒と、蒸発器１２の吸引側上の冷媒の過熱のための内部熱交換器２０の冷媒との利点を生かすことができる。
【００４３】
加えて、制御可能な主要膨張弁１８及びその他の膨張器４０／４２の規定設定により、冷媒保存領域２４における圧力レベルの調節を行うことができ、その結果、当該ユニットの効率的加熱及び安全且つ信頼性のある運転をどちらとも保証できる密度において、冷媒の保存が保証される。
【００４４】
図４に示す実施形態の機能は、図３の実施形態の機能に本質的に対応する。図３とは対照的に、接続ホースが設けられている。この接続ホースは、凝縮器／気体冷却器２６を通過する流路を、ヒートポンプ内のグリコール熱交換器／冷却装置３８へと接続させる。グリコール熱交換器／冷却装置３８は、流動方向において機関の後側において遮断弁４４を介して設けられている。このようにして、凝縮器／気体冷却器２６及びグリコール熱交換器／冷却装置３８の並列運転によって得られる可能性と、図３においては直列運転の可能性とが示されている。
【符号の説明】
【００４５】
１０  冷媒回路
１２  コンプレッサ
１４  ３〜２方向弁
１６  ヒートレジスタ
１８  制御可能な主要膨張器
２０  内部熱交換器（高圧）
２２  ダンパー
２４  冷媒保存領域
２６  凝縮器／気体冷却器
２８  遮断弁
３０  内部熱交換器（低圧）
３２  遮断弁
３４  蒸発器
３６  ホース断面
３８  グリコール熱交換器／冷却装置
４０  制御可能な主要膨張器
４２  制御可能な主要膨張器
４４  遮断弁
ＮＤ  低圧レベル
ＭＤ  中圧レベル
ＨＤ  高圧レベル
【図１】
0005553869.tif 000002
【図１Ａ】
0005553869.tif 000003
【図２】
0005553869.tif 000004
【図３】
0005553869.tif 000005
【図４】
0005553869.tif 000006