(57)【要約】【課題】自動車の客室の空気を調和するための空調装置を作動させる方法を提供する。【解決手段】本発明の方法では、空調装置（１）が冷却装置モードとヒートポンプモードとの組合せ、及び再熱モード用に形成された冷媒回路（２）を有し、ヒートポンプモードにおいて、第１及び第２熱源を用いて、互いに異なる２つの熱源が利用可能である。空調装置（１）をヒートポンプモードで作動させるために、第１熱源の温度、第２熱源の温度、及び制御特性値、及び冷媒回路（２）内の高圧が考慮される。【選択図】図３
2014058306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の客室の空気を調和するための空調装置（１）を作動させる方法であって、
冷却装置モードとヒートポンプモードとの組合せ、及び再熱モード用に形成された冷媒回路（２）を有し、前記ヒートポンプモードにおいて、第１及び第２熱源を用いて、互いに異なる２つの熱源が利用可能であり、前記空調装置（１）をヒートポンプモードで作動させるために、前記第１熱源の温度、前記第２熱源の温度、制御特性値、及び前記冷媒回路（２）内の高圧が考慮されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１熱源の温度を決定して第１限界値と比較するステップであって、前記第１限界値に達するか、又はこれを上回ると、前記冷媒回路（２）を前記ヒートポンプモードで作動させないステップと、
前記第２熱源の温度を決定して第２限界値と比較するステップであって、前記第２限界値に達するか、又はこれを上回ると、前記冷媒回路（２）を前記ヒートポンプモードで作動させないステップと、
前記制御特性値ＲＣＮを決定して第３限界値と比較するステップであって、前記第３限界値に達するか、又はこれを上回ると、前記冷媒回路（２）を前記ヒートポンプモードで作動させないステップと、
前記空調装置（１）をヒートポンプモードで作動させるステップと、
前記冷媒回路（２）における高圧を決定して第５限界値と比較するステップであって、前記第５限界値に達するか、又はこれを上回ると、前記冷媒回路（２）を前記ヒートポンプモードで作動させないステップと、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記客室の空気の温度を決定して第４限界値と比較するステップであって、前記第４限界値に達するか、又はこれを上回ると、前記冷媒回路（２）を前記ヒートポンプモードで作動させないステップを有する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１熱源の第１限界値は、０℃〜２０℃の範囲内にあり、
前記第２熱源の第２限界値は、３０℃〜１００℃の範囲内にあり、
前記制御特性値の第３限界値は、前記客室内の空気の所望の温度が達成され、且つ前記客室内の空気の所望の温度を得るために前記空調装置（１）のヒートポンプモードでの作動が必要でない値を有し、
前記冷媒回路（２）内の高圧の第５限界値は、１８ｂａｒ〜３２ｂａｒの範囲内にある請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
自動車の客室の空気を調和するための、冷媒回路（２）を備えた空調装置（１）を２つのヒートポンプモード間で切り替える方法であって、
第１ヒートポンプモードにおいて第１熱源が利用可能であり、第２ヒートポンプモードにおいて前記第１熱源とは異なる第２熱源が利用可能であり、
前記空調装置（１）を前記第１ヒートポンプモードで作動させるステップと、
前記第１熱源の温度を決定して第１限界値と比較するステップと
前記第１限界値に達するか、又はこれを上回ると、空調操作装置の設定を「最大熱出力」に決定し、「最大熱出力」機能が起動されないときには前記第１ヒートポンプモードでの作動が維持されるステップと、
前記「最大熱出力」機能が起動されたときには前記第２熱源の温度を決定して第２限界値と比較するステップであって、
前記第２限界値に達するか、又はこれを上回ると、前記第１ヒートポンプモードでの作動が維持され、且つ、
前記第２限界値を下回ると、前記作動が前記第２ヒートポンプモードに切り替えられるステップと、
前記第１限界値を下回ると、前記第２熱源の温度を決定して第６限界値と比較するステップであって、前記第６限界値に達するか、又はこれを下回ると前記第１ヒートポンプモードでの作動が維持されるステップと、
前記第６限界値を上回ると前記第２熱源の温度を決定して前記第２限界値と比較するステップであって、
前記第２限界値に達するか、又はこれを上回ると、前記第１ヒートポンプモードでの作動が維持され、且つ
前記第２限界値を下回ると、前記作動が前記第２ヒートポンプモードに切り替えられるステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項６】
前記第１熱源の第１限界値は、−１０℃〜＋５℃の範囲内にあり、
前記第２熱源の第２限界値は、４０℃〜７０℃の範囲内にあり、
前記第２熱源の第６限界値は、０℃〜２０℃の範囲内にある請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記空調装置（１）を第２ヒートポンプモードで作動させる場合に、
前記制御特性値ＲＣＮを決定して第３限界値と比較するステップであって、
前記第３限界値を上回ると、前記第２ヒートポンプモードでの作動が維持され、且つ、
前記第３限界値に達するか、又はこれを下回ると、前記作動が前記第１ヒートポンプモードに切り替えられるステップと、
前記冷媒回路（２）内の高圧を決定して第５限界値と比較するステップであって、
前記第５限界値に達するか、又はこれを下回ると、前記第２ヒートポンプモードでの作動が維持され、且つ、
前記第５限界値を上回ると、前記作動が第１ヒートポンプモードに切り替えられる、ステップと、
を有する請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記制御特性値の第３限界値は、前記客室内の所望の温度よりも低い温度を表す値を有し、
前記冷媒回路（２）内の高圧の第５限界値は、２ｂａｒ〜１６ｂａｒの範囲内にある請求項７記載の方法。
【請求項９】
第１熱源として周囲空気が利用され、第２熱源としてエンジン冷却回路（３）の冷却剤が利用される請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記冷媒回路（２）は、圧縮機（５）と、膨張弁（１７）を備えた、前記冷媒と周囲との間で熱交換させるための熱交換器（６）と、前記エンジン冷却回路（３）の冷却剤から前記冷媒へ熱を供給するための、上流に接続される膨張弁（１８）を備えた熱交換器（１０）と、を有し、
前記エンジン冷却回路（３）は、前記冷却剤から前記客室のために調和される空気へ熱を供給するための、上流に接続される遮断弁（２３）を備えた熱交換器（１２）と、上流に接続される遮断弁（２２）を備えた熱交換器（１０）と、を有し、
前記第１ヒートポンプモードから前記第２ヒートポンプモードへの切替え工程は、
前記熱交換器（１０）の予熱のために、前記遮断弁（２２）が開くと前記熱交換器（１０）に冷却剤が貫流するステップと、
前記客室に供給される空気の温度の低下を避けるために、前記遮断弁（２３）が開くと前記遮断弁（２２）を閉じるステップと、
前記熱交換器（６）から前記冷媒を吸引するために、前記膨張弁（１８）が閉じると前記膨張弁（１７）を閉じるステップと、
前記吸引工程を終了し、且つ前記膨張弁（１８）及び前記遮断弁（２２）を開いて、前記冷却剤が前記熱交換器（１０）を通って流れるようにするステップと、
を有する請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記吸引工程は、
前記熱交換器（６）における圧力状態を決定し、前記圧縮機（５）への入口で監視することによって、且つ所定の圧力に達した場合に前記膨張弁（１８）と前記遮断弁（２２）とを開くことによって終了されるか、又は
特定時間の経過後に、前記膨張弁（１８）と前記遮断弁（２２）とを開くことによって終了される請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記遮断弁（２３）は、
前記膨張弁（１８）及び前記遮断弁（２２）が開くことにより開放され、前記冷却剤が前記熱交換器（１０、１２）を通って流れるか、
前記膨張弁（１７）が閉鎖する前に閉鎖される請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記冷媒回路（２）は、圧縮機（５）と、膨張弁（１７）を備えた、前記冷媒と周囲との間で熱交換させるための熱交換器（６）と、前記エンジン冷却回路（３）の冷却剤から前記冷媒へ熱を供給するための、上流に接続される膨張弁（１８）を備えた熱交換器（１０）と、を有し、
前記エンジン冷却回路（３）は、前記冷却剤から前記客室のために調和される空気へ熱を供給するための、上流に接続される遮断弁（２３）を備えた熱交換器（１２）と、上流に接続される遮断弁（２２）を備えた熱交換器（１０）と、を有し、
前記第２ヒートポンプモードから前記第１ヒートポンプモードへの切替え工程は、
前記膨張弁（１８）が開くと前記膨張弁（１７）を開放するステップと、
５秒〜６０秒の間、前記膨張弁（１７、１８）を開放させるステップと、
前記遮断弁（２２、２３）が開くと前記熱交換器（１０、１２）に冷却剤が貫流するステップと、
前記遮断弁（２３）が開くと共に前記膨張弁（１８）及び前記遮断弁（２２）を閉鎖し、前記冷却剤が前記熱交換器（１２）のみを通って流れるようにするステップと、
を有する請求項９記載の方法。
【請求項１４】
冷媒回路（２）は、圧縮機（５）と、膨張弁（１７）を備えた、前記冷媒と周囲との間で熱交換させるための熱交換器（６）と、前記エンジン冷却回路（３）の冷却剤から前記冷媒へ熱を供給するための、上流に接続される膨張弁（１８）を備えた熱交換器（１０）と、を有し、
前記エンジン冷却回路（３）は、前記冷却剤から前記客室のために調和される空気へ熱を供給するための、上流に接続される遮断弁（２３）を備えた熱交換器（１２）と、上流に接続される遮断弁（２２）を備えた熱交換器（１０）と、を有し、
前記第２ヒートポンプモードから第１ヒートポンプモードへの切替え工程は、
前記膨張弁（１７）を開放するステップと、
前記膨張弁（１８）を閉鎖するステップと、
前記遮断弁（２３）が開くと前記遮断弁（２２）を閉鎖し、前記冷却剤が前記熱交換器（１２）のみを通って流れるようにするステップと、を有し、
前記ステップは、同時に進行するか、又は、
前記熱交換器（１０）内に残った冷媒を蒸発させるために、前記膨張弁（１７）を開くために時間をずらして前記膨張弁（１８）が閉鎖され、前記遮断弁（２２）が閉鎖される請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記冷媒回路（２）は、圧縮機（５）と、膨張弁（１７）を備えた、前記冷媒と周囲との間で熱交換させるための熱交換器（６）と、前記エンジン冷却回路（３）の冷却剤から前記冷媒へ熱を供給するための、上流に接続される膨張弁（１８）を備えた熱交換器（１０）と、を有し、
前記エンジン冷却回路（３）は、前記冷却剤から前記客室のために調和される空気へ熱を供給するための、上流に接続される遮断弁（２３）を備えた熱交換器（１２）と、上流に接続される遮断弁（２２）を備えた熱交換器（１０）とを有し、
前記ヒートポンプモードから補助加熱措置のないモードへの切替え工程は、
前記圧縮機（５）の出力を徐々に低減するステップ、又は、
前記第２ヒートポンプモードから前記第１ヒートポンプモードに切り替えるステップ、又は、
前記第２ヒートポンプモードでの作動時に前記エンジン冷却回路（３）を切り替えるステップであって、
前記遮断弁（２２）が閉じ、前記遮断弁（２３）が開いて、前記冷却剤が前記熱交換器（１２）だけを通って流れるようにし、且つ
前記膨張弁（１８）が開かれると前記熱交換器（１０）に前記冷媒が貫流する、ステップ、又は、
前記圧縮機（５）の出力を徐々に低減し、前記第２ヒートポンプモードでの作動時に前記エンジン冷却回路（３）を切り替えるステップであって、前記遮断弁（２２）が閉じ、前記遮断弁（２３）が開いて、前記冷却剤が前記熱交換器（１２）だけを通って流れるようにし、且つ前記膨張弁（１８）が開かれると前記熱交換器（１０）に冷媒が貫流し、前記第２ヒートポンプモードから前記第１ヒートポンプモードに切り替えるステップと、
を有する請求項１乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１ヒートポンプモードから前記熱交換器（６）の除霜モードへの切替え工程は、
前記冷却剤及び周囲空気の温度を決定するステップと、
車両状態を決定するステップと、
前記制御特性値ＲＣＮを決定するステップと、
前記圧縮機（５）の出口における圧力及び温度並びに吸気圧力を用いて前記熱交換器（６）の状態を決定するステップと、
前記除霜モードを開始するステップと、
を有する請求項１０乃至１５の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記冷媒回路（２）は、
分岐（２４）と、前記分岐（２４）と前記熱交換器（６）との間に配置された弁（１４）と、前記分岐（２４）と熱交換器（１１）との間に配置された弁（１３）と、を備えた、前記冷媒の流れ方向で前記圧縮機（５）の下流における弁装置と、
前記弁（１４）と前記熱交換器（６）との間の接続を出発点として前記圧縮機（５）への入口まで延びる弁（１５）を備えた２次流路と、
分岐（２５）と前記弁（１７、１８）とを備えた装置の構成要素としての弁（１６）であって、前記弁（１６、１７、１８）の各々は前記分岐（２５）の異なった流路に配置されている、弁と、を有し、
前記圧縮機（５）をスイッチオフするステップと、
前記弁（１７）が開かれると前記弁（１４）を開放するステップと、
前記弁（１３、１５）及び前記弁（１６）を閉鎖するステップと、
前記膨張弁（１８）を開放するステップと、
前記熱交換器（６）の換気装置を低出力でスイッチオンするステップと、
前記圧縮機（５）をスイッチオンするステップと、
制御可能な冷気入口のルーパを閉鎖することによって前記エンジンルームの給気を偏向するステップと、
前記熱交換器（６）の換気装置の出力を高くして最大値とするステップと、
前記圧縮機（５）をスイッチオフするステップと、
前記弁（１４、１８）を閉鎖し、且つ前記弁（１３、１５、１６、１７）を開放するステップと、
を有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記制御特性値ＲＣＮは、前記客室に供給される空気の目標状態からの実状態の偏差から検出され、前記客室に供給される空気の目標温度は、前記客室内の空気の所望の温度、前記客室内の空気の現在温度、並びに前記周囲空気の温度、及び前記第２熱源の温度に依存して決定される請求項１乃至１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
ヒートポンプモードでの作動中にフロントガラスの方向の空気放出口、乗客の方向の空気放出口、及びフットルームの方向の空気放出口を備えた空調装置（１）の空気を案内する方法であって、
フロントガラスの雨センサ及び／又は湿度センサ及び／又は温度センサ及び／又は曇りセンサの値を決定するステップと、
前記フロントガラスが曇っていないときに、前記フロントガラスの方向の空気放出口を閉じるステップと、又は
前記フロントガラスの方向の空気放出口を部分的に開き、それと同時に乗客の方向及びフットルームの方向の空気放出口を開くステップと、
を有する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、自動車の客室の空気を調和するための空調装置を作動させる方法に関する。この空調装置は、冷却モードとヒートポンプモードとの組合せ、及び再熱モード用の冷媒回路を有している。ヒートポンプモードにおいて、互いに異なる２つの熱源が利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来技術から公知の自動車では、客室への給気を暖めるためにエンジンの廃熱が利用される。廃熱は、エンジン冷却回路を循環する冷却剤によって空調装置の空調装置に導かれ、そこで加熱熱交換器を介して、客室に流入する空気へ伝達される。
自動車の効率的な内燃機関の冷却回路から熱出力を取り出す冷却剤・空気熱交換器を備えた公知の設備は、周囲温度が低いと客室の快適な加熱のために必要な温度レベルに達しなくなり、客室のための熱の全必要量をまかなうことができない。類似のことがハイブリッド駆動装置を備えた車両の設備にも当てはまる。
客室のための熱の全必要量をエンジン冷却回路からの熱でまかなうことができない場合、電気抵抗ヒータ（ＰＴＣ）や燃料ヒータなどの補助加熱措置が必要である。客室の空気を暖めるための効率的な可能性は、冷媒回路が唯一の加熱器としてのみならず補助加熱措置としても用いられる、熱源として空気を用いるヒートポンプである。
【０００３】
冷却装置モードとヒートポンプモードとの組合せ、従って加熱モード用にも形成された従来技術に属する空気・空気ヒートポンプは、周囲空気から熱を取り込む。
冷媒と空気との間で出力が伝達されるヒートポンプシステムは、多くの場合、車両に供給される空気の除湿と加熱とを同時に行うことができない。その結果、周囲温度が低い場合は、自動車の空調装置を循環空気によって作動させることができない。循環空気運転時、客室からの空気は再循環する。除湿機能が無いために、残った空気中の湿気と乗客から湯気の形態で放たれる水とがガラスを曇らせることもあろう。
従来の空調装置では、周囲温度が２０℃を上回ると、熱的快適性に達した後に、客室に供給される空気が略３℃から１０℃に冷却され、その際に除湿され、続いて低い熱出力で所望の給気温度に加熱される。熱的快適性に属するのは、例えば略２０℃〜２５℃の客室のための目標値温度である。
【０００４】
グリコール・空気ヒートポンプは、大抵の場合、水とグリコールとの混合物に相当する内燃機関の冷却剤を熱源として利用する。その場合、冷却剤から熱が取り去られる。その結果として、内燃機関が低温で比較的長い時間作動されるが、そのことが排出ガスと燃費とに悪影響を及ぼす。ハイブリッド車では内燃機関を間欠的に作動させるので、走行距離が比較的長いときには十分に高い冷却剤温度に達しない。その結果として、周囲温度が低いと内燃機関の始動・停止運転が中断される。内燃機関がスイッチオフされることはない。
【０００５】
特許文献１（独国特許出願公開第１０２０１００２４７７５号明細書）において、加熱モードでも冷却モードでも作動可能である車両の空気を調節する装置が記載される。この装置は、周囲空気に熱を伝達する凝縮器を備えた熱的周囲モジュールと、蒸発器及び客室への給気を処理するヒートレジスタを備えた熱的内部モジュールと、膨張弁及び冷媒を圧縮する圧縮機を備えた膨張モジュールとを含む冷媒回路を有する。それに加えて、この装置は、冷媒回路から独立した流体回路と接続可能に結合された流体熱交換器を備えて形成されている。弁を用いることによって、加熱モードにおいて、冷媒が接続可能な流体熱交換器、又は周囲モジュールの凝縮器、又はこれら両方を介して熱を取り込み、この熱がすべて、導入された圧縮エネルギーによって内部モジュールを介して室内給気に伝達可能であるように、構成要素を相互接続することが可能である。
【０００６】
特許文献２（欧州特許第９１３２８２号明細書）は、圧縮機及び第１クーラと、エンジン冷却回路のヒータコアとともに通風路内に配置されている第１蒸発器と、第２通風路内に一緒に配置されている第２蒸発器及び第２クーラとを備えた、冷媒回路を有する自動車の空調装置を示す。第２クーラと第２蒸発器とは流体接続されて形成され、且つ第１蒸発器に対して並列に接続されている。冷媒回路は、冷却運転と加熱運転との組合せ用に形成されている。第３蒸発器は、第２蒸発器と流体接続され、エンジン冷却回路の冷却媒体が貫流する。これに加えて、この空調装置は、車両の熱負荷状態に応じて、エンジン冷却媒体及び／又は冷媒の流れを圧縮機の吐出圧力と調和させて制御するように形成された制御装置を有する。圧縮機の吐出圧力の限界値を下回ると、圧縮機は停止される。
【０００７】
特許文献３（独国特許出願公開第１０２０１００２４８５３号明細書）において、冷媒を吸入し、圧縮して吐出する圧縮機と、冷媒と室外空気との間で熱交換させる室外熱交換器と、冷媒と客室内へ給送される空気との間で熱交換させる２つの室内熱交換器とを備えた冷媒回路を有する車両用空調装置が開示される。さらに、この空調装置は、冷媒回路を冷却モードと加熱モードとの間で切り替えるのに適した冷媒回路切替え装置を有している。冷媒回路切替え装置は、複数の電磁弁で形成されており、複数の電磁弁は、予め定めた開状態又は閉状態に切替え可能である。唯一の熱源として室外空気が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００２４７７５号明細書
【特許文献２】欧州特許第９１３２８２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１００２４８５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、特に駆動装置からの熱源が不十分である自動車の、客室のために調和されるべき空気を加熱、冷却、及び除湿するための、冷却装置モードとヒートポンプモードとの組合せ、及び再熱モード用の冷媒回路を備えた空調装置を作動させる方法を改良することである。その場合、最小限の費用で高い作動信頼性が保証されているべきである。空調装置は、種々の運転モードにおいて最大効率で作動可能であるべきである。
【００１０】
上記課題は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明の追加の形態は、従属請求項に記載されている。
【００１１】
特に、上記課題は、本発明による自動車の客室の空気を調和するための空調装置を作動させる方法によって解決される。この空調装置は、冷却装置モードとヒートポンプモードとの組合せ、及び再熱モード用に形成された冷媒回路を有する。ヒートポンプモードにおいて、第１及び第２熱源を用いて２つの互いに異なる熱源が利用可能である。本発明の概念では、第１熱源の温度、第２熱源の温度、制御特性値、及び冷媒回路内の高圧が決定され、ヒートポンプモードでの空調の作動を決定するために考慮される。その場合、作動とは、ヒートポンプモードへの空調装置のスイッチオン、又はヒートポンプモードへの空調装置の切替えと解される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のさらなる改良の形態では、第１熱源の温度及び第２熱源の温度と制御特性値とがそれぞれ所定の限界値と比較される。限界値に達するか、これを上回るか、又は下回るかに応じて、空調装置がヒートポンプモードで作動される。さらに、空調装置がヒートポンプモードで作動している間に冷媒回路内の高圧が決定され、さらに別の限界値と比較される。所定の限界値に達するか、又はこれを上回ると、冷媒回路がヒートポンプモードで作動しなくなり、すなわち、圧縮機の出力が徐々に低減され、作動モードが切り替えられるか、又は冷媒回路がスイッチオフされる。
【００１３】
さらに、ヒートポンプモードでの空調装置の作動を決定するために、客室の空気の温度が考慮され、この空気の温度が同様に所定の限界値と比較されることが有利である。
【００１４】
本発明の有利な一実施形態では、第１熱源の第１限界値は、０℃〜２０℃の範囲であり、第２熱源の第２限界値は、３０℃〜１００℃の範囲であり、冷媒回路内の高圧の第５限界値は１８ｂａｒ〜３２ｂａｒの範囲である。制御特性値の第３限界値は、客室内の空気の所望の温度が達成され、且つ客室内の空気の所望の温度を得るために空調装置のヒートポンプモードでの作動が必要でない値を有する。
【００１５】
第１熱源の温度の好ましい限界値は２℃であり、第２熱源の温度の好ましい限界値は７０℃であり、客室の空気の温度の好ましい限界値は２０℃である。制御特性値の限界値の値は、５０であることが好ましく、冷媒回路内の高圧の限界値の値は２８ｂａｒであることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の課題は、異なった熱源を用いる２つのヒートポンプモード間で切り替える方法によって解決される。その場合、空調装置は、最初に、第１ヒートポンプモードで作動される。その場合、本発明の概念では、第１熱源及び第２熱源の温度、並びに空調制御装置の設定が「最大熱出力」に決定され、それぞれの所定の限界値と比較される。限界値に達するか、これを上回るか、又は下回るかに応じて、第１ヒートポンプモードでの空調装置の作動が維持されるか、又は第２ヒートポンプモードに切り替えられる。
【００１７】
第２ヒートポンプモードでの空調装置の作動時に、制御特性値と、冷媒回路内の高圧の値とが決定及び比較されることが有利である。関連する限界値に達するか、これを上回るか、又は下回るかに応じて、空調装置の作動が第２ヒートポンプモードから第１ヒートポンプモードに戻されるか、又は第２ヒートポンプモードでの作動が維持される。
【００１８】
本発明のさらなる改良の形態では、第１熱源の第１限界値は、−１０℃〜＋５℃の範囲であり、第２熱源の第２限界値は、４０℃〜７０℃の範囲であり、冷媒回路内の高圧の第５限界値は、２ｂａｒ〜１６ｂａｒの範囲であり、第２熱源の第６限界値は、０℃〜２０℃の範囲である。制御特性値の第３限界値は、客室内の所望の温度よりも低い温度を表す値を有する。第１熱源の温度の規定された好ましい限界値は、−７．５℃であり、第２熱源の温度の規定された好ましい限界値は５０℃及び８℃である。制御特性値の好ましい限界値の値は５５であり、冷媒回路内の高圧の好ましい限界値の値は２６ｂａｒである。規定された限界値及び制御特性値は、個々のシステム及び制御の変種に関して可変であり、種々異なる仕方で算出され、従って異なった値を示し得る。
【００１９】
空調装置のヒートポンプモードは、第１熱源として周囲空気を利用し、第２熱源としてエンジン冷却回路の冷却剤を利用することが好ましい。クーラルーパ、内部閉鎖装置、及び空気案内装置が設けられている場合には、周囲空気として、場合によってはエンジンルームからの空気が利用されてもよく、従ってエンジンルームからの廃熱が熱源として利用されてもよい。排ガス、過給機、搭載電子機器、バッテリー、又はエンジン冷却回路における抵抗ヒータなどの代替的熱源を結合することも可能である。
【００２０】
本発明の一実施形態では、冷媒回路は、圧縮機と、膨張弁を備えた、冷媒と周囲との間で熱交換させるための第１熱交換器と、エンジン冷却回路の冷却剤から冷媒へ熱を供給するための、上流に接続される膨張弁を備えた第２熱交換器とを有する。第１熱交換器は、周囲空気・冷媒熱交換器とも呼ばれ、第２熱交換器は冷却剤・冷媒熱交換器とも呼ばれる。これに加えて、エンジン冷却回路は、冷却剤から客室のために調和される空気へ熱を供給するための、上流に接続される遮断弁を備えた、加熱熱交換器とも呼ばれる第３熱交換器を備えて形成されている。エンジン冷却回路に結合された冷媒回路の第２熱交換器は、上流に接続される遮断弁を有する。第１ヒートポンプモードから第２ヒートポンプモードに切り替える方法は、
−熱交換器の予熱のために、冷却剤・冷媒熱交換器に冷却剤が貫流するステップと、
−エンジン冷却回路における加熱熱交換器の遮断弁が開かれると冷却剤・冷媒熱交換器の遮断弁を閉じて、冷却剤が加熱熱交換器だけを通って流れるようにし、それにより客室に供給される空気の温度の低下が回避されるステップと、
−周囲空気・冷媒熱交換器から冷媒を吸引するために、冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁が閉じると、周囲空気・冷媒熱交換器の膨張弁を閉じるステップと、
−吸引工程を終了し、且つエンジン冷却回路における冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁及び遮断弁を開いて、冷却剤が冷却剤・冷媒熱交換器を通って流れるようにするステップと、を包含する。
【００２１】
本発明のさらなる改良の形態では、吸引工程は、周囲空気・冷媒熱交換器における圧力状態を決定し、圧縮機への入口で監視することによって、且つ所定の圧力に達した場合にエンジン冷却回路における冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁及び遮断弁を開くことによって終了される。変形例として、吸引工程は、特定時間の経過後に、エンジン冷却回路における冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁と遮断弁とを開くことによって終了される。その場合、時間は、１秒〜６０秒の範囲であることが有利であり、その場合、時間が略１０秒であることが好ましい。
【００２２】
第１の変形実施形態では、エンジン冷却回路における加熱熱交換器の遮断弁は、エンジン冷却回路における冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁及び遮断弁が開くと開かれ、それにより冷却剤が冷却剤・冷媒熱交換器と加熱熱交換器とを通って流れる。第２の変形実施形態では、エンジン冷却回路における加熱熱交換器の遮断弁は、周囲空気・冷媒熱交換器の膨張弁が閉じる前に閉じられる。
【００２３】
第２ヒートポンプモードから第１ヒートポンプモードに切り替える方法は、
−冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁が開くと周囲空気・冷媒熱交換器の膨張弁を開くステップと、
−５秒〜６０秒の間、膨張弁を開いておくステップと、
−エンジン冷却回路における遮断弁が開くと、加熱熱交換器及び冷却剤・冷媒熱交換器に冷却剤が貫流するステップと、
−エンジン冷却回路における加熱熱交換器の遮断弁が開くと、エンジン冷却回路における冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁と遮断弁とを同時に閉じて、冷却剤が加熱熱交換器だけを通って流れるようにするステップと
を包含することが好ましい。
【００２４】
代替的な一実施形態では、第２ヒートポンプから第１ヒートポンプモードに切り替える方法は、
−周囲空気・冷媒熱交換器の膨張弁を開くステップと、
−冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁を閉じるステップと、
−エンジン冷却回路における加熱熱交換器の遮断弁が開くと、冷却剤・冷媒熱交換器の遮断弁を閉じて、冷却剤が加熱熱交換器だけを通って流れるようにするステップとを包含することが好ましく、
その場合、前記ステップが同時に進行するか、又は、冷却剤・冷媒熱交換器内に残った冷媒を蒸発させるために、冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁が周囲空気・冷媒熱交換器の膨張弁を開くために時間をずらして閉じられ、続いて、冷却剤・冷媒熱交換器の遮断弁が閉じられることが好ましい。
【００２５】
ヒートポンプモードから補助加熱措置のないモードに切り替える方法は、
−圧縮機の出力を徐々に低減するステップ、又は
−第２ヒートポンプモードから第１ヒートポンプモードに切り替えるステップ、又は
−第２ヒートポンプモードでの作動時にエンジン冷却回路を切り替えるステップであって、
−エンジン冷却回路における冷却剤を暖めるために、エンジン冷却回路における冷却剤・冷媒熱交換器の遮断弁が閉じ、加熱熱交換器の遮断弁が開いて、冷却剤が加熱熱交換器だけを通って流れるようにし、その場合、加熱熱交換器においてのみエンジン冷却回路から熱が排出され、
−上流に接続される膨張弁が開くと冷却剤・冷媒熱交換器に冷媒が貫流する、ステップ、又は
−エンジン冷却回路の第２ヒートポンプモードでの作動時に、圧縮機の出力を徐々に低減するステップであって、冷却剤・冷媒熱交換器の遮断弁が閉じ、加熱熱交換器の遮断弁が開いて、冷却剤が加熱熱交換器だけを通って流れるようにし、上流に接続される膨張弁が開くと冷却剤・冷媒熱交換器に冷媒が貫流し、第２ヒートポンプモードから第１ヒートポンプモードに切り替える、ステップと
を包含することが好ましい。
【００２６】
第２ヒートポンプモードでの作動時に、第１ヒートポンプモードでの作動を１０秒〜２４０秒の間スイッチオフし、有利にも、客室に供給される空気の温度が突然低下することを避けるために、圧縮機の出力が低減される。
【００２７】
第１ヒートポンプモードから第１熱交換器の除霜モードに切り替える方法は、
−冷却剤及び周囲空気の温度を決定するステップと、
−車両状態を決定するステップと、
−制御特性値ＲＣＮを決定するステップと、
−圧縮機の出口における圧力及び温度と吸気圧力とをもとにして周囲空気・冷媒熱交換器の状態を決定するステップと、
−除霜モードを開始するステップと
を包含することが好ましい。
【００２８】
本発明のさらなる改良の形態では、冷媒回路は、分岐と、分岐と周囲空気・冷媒熱交換器との間に配置された弁と、分岐と、冷媒から客室に供給される空気へ熱を伝達させる熱交換器との間に配置された弁とを備えた弁装置を、冷媒の流れ方向で圧縮機の下流に有している。これに加えて、冷媒回路は、弁装置に属する弁と周囲空気・冷媒熱交換器との間の接続を出発点として圧縮機への入口まで延びる２次流路を備えている。さらに、冷媒回路は、分岐を有する弁装置の弁と、周囲空気・冷媒熱交換器及び冷却剤・冷媒熱交換器に属する膨張弁とを有し、３つの弁の各々は、分岐の流路に割り当てられ得る。第１ヒートポンプモードから第１熱交換器の除霜モードに切り替える方法は、第１代替形態では、
−圧縮機をスイッチオフするステップと、
−周囲空気・冷媒熱交換器の膨張弁が開くと、分岐と周囲空気・冷媒熱交換器との間に配置された弁を開くステップと、
−分岐と、冷媒から客室に供給される空気へ熱を伝達させる熱交換器との間に配置された弁、２次流路に配置された弁、及び弁装置に膨張弁を備えた弁を閉じるステップと、
−冷却剤・冷媒熱交換器の膨張弁を開くステップと、
−周囲空気・冷媒熱交換器の送風器を低出力でスイッチオンするステップと、
−圧縮機をスイッチオンするステップと、
−制御可能な冷気入口のルーパを閉鎖することによってエンジンルームの給気を偏向するステップと、
−周囲空気・冷媒熱交換器を除霜及び乾燥させるために、周囲空気・冷媒熱交換器の送風器の出力を高くして最大値とするステップであって、新たな氷結を遅らせるために、乾燥時に、周囲空気・冷媒熱交換器の表面から凝縮水が除去される、ステップと、
−圧縮機をスイッチオフするステップと、
−第１ヒートポンプモードでの作動のために弁を接続するステップと
を包含する。
【００２９】
その場合、周囲空気・冷媒熱交換器の送風器の出力は、１０秒〜２４０秒の範囲の時間の後に最大値へ上昇させることが好ましい。
【００３０】
第１ヒートポンプモードから、周囲空気・冷媒熱交換器を除霜するための周囲空気・冷媒熱交換器の除霜モードに切り替える方法は、第２代替形態では、
−流れ方向で圧縮機の下流に配置された分岐と周囲空気・冷媒熱交換器との間に配置された弁を開くステップであって、冷媒から客室のために調和させるべき空気へ熱を供給する熱交換器と周囲空気・冷媒熱交換器とに温かい冷媒を同時に貫流させる、ステップとを包含する。その場合、客室に供給される空気を除湿及び／又は冷却する熱交換器としての蒸発器が接続され、冷媒が貫流する。
【００３１】
本発明の有利な一実施形態では、制御特性値ＲＣＮは、客室に供給される空気の目標状態と実状態との偏差から算出される。その場合、客室に供給される空気の目標温度は、客室内の空気の所望の温度、客室内の空気の現在温度、並びに周囲空気の温度、及び第２熱源の温度に依存して決定される。
【００３２】
ヒートポンプモードでの作動時に、フロントガラスの方向の空気放出口、乗客の方向の空気放出口、及びフットルームの方向の空気放出口を備えた空調装置の空気を導く方法は、
―フロントガラスの雨センサ及び／又は湿度センサ及び／又は温度センサ及び／又は曇りセンサの値を決定するステップ、
−フロントガラスが曇っていないときに、フロントガラスの方向の空気放出口を閉じるステップ、又は
−フロントガラスの方向の空気放出口を部分的に開き、それと同時に乗客の方向及びフットルームの方向の空気放出口を開くステップ
を包含する。
【００３３】
第１ヒートポンプモードでの空調装置の作動を決定するためにも、湿度センサ、雨センサ、及び霧センサの値が考慮されることが有利である。これに加えて、周囲空気・冷媒熱交換器の氷結のリスクの増大を検出し、空調装置を第１ヒートポンプモードで作動させないか、又は短時間だけ作動させるために、太陽センサ及び排ガスセンサの値が考慮に入れられる。さらに、空調装置のスイッチオン、又は周囲空気・冷媒熱交換器の除霜モードへの切替えなどの作動モードの範囲内での切り替えの決定において先行車両のデータ、及び信号機の信号が結び付けられることが有利である。
【００３４】
従来技術に対する本空調装置の冷媒回路のさらなる利点は、次のようにまとめることができる。
−周囲温度が低く、エンジン冷却回路の冷水が低温である場合に温かい空気を迅速に提供し、
−提供される出力、効率、及び快適性に関して、システムの始動中も、特に、熱源として空気を用いるヒートポンプモードにおいて、簡単、確実、且つエネルギー的に最適に作動し、
−特に、切替え工程を最小限にすることによって空調装置の寿命を最大化し、且つ
−客室に供給される空気の吹出し温度への、ヒートポンプモード間の切替え工程の影響が小さく、
−冷却剤の温度が過度に低い場合に、熱源として空気を用いるヒートポンプモードに戻すことにより快適性を効率的に得、
−作動中、及び作動モード変更後に冷媒回路においてアクティブでなくなった構成要素から冷媒を移動し、
−ヒートポンプモード間のスイッチオン、スイッチオフ、及び切替え工程が、
−エンジン冷却水の温度、周囲温度、客室の温度、
−最大高圧、最大最終温度、及び対応する制御変数などの圧縮機特性値、
−客室の空気調節と組み合わせた空調操作部の設定、特にファン、循環空気及び空気配分の設定、
−エンジン回転数、太陽センサ系、雨センサ系、曇りセンサ系、車両と信号機信号との通信信号、車両の耐用年数、及び車内で算出された温度管理変数
に依存する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】熱源として周囲空気を用いるヒートポンプモードでの冷媒回路を備えた空調装置である。
【図２】熱源としてエンジン冷却回路の冷却剤を用いるヒートポンプモードでの冷媒回路を備えた空調装置である。
【図３】補助加熱措置としてのヒートポンプモードの空調装置をスイッチオン及びスイッチオフする方法ステップである。
【図４】熱源として空気又はエンジン冷却回路の冷却剤を用いるヒートポンプモード間で空調装置を切り替える方法ステップである。
【図５】除霜モードでの冷媒回路を備えた空調装置である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の他の詳細、特徴、及び利点は、添付図面と関連する以下の実施形態の記載から明らかになる。
【００３７】
図１及び図２において、冷媒回路２とエンジン冷却回路３とを備えた自動車の空調装置１が異なった作動モードで示されている。図１は、熱源として周囲空気を用いるヒートポンプモードで、すなわち空気ヒートポンプとして作動する冷媒回路２を示す。図２は、熱源としてエンジン冷却回路３の冷却剤を用いるヒートポンプモードでの、すなわち、冷却剤若しくは水・グリコールヒートポンプとして作動する冷媒回路２を示す。
【００３８】
１次冷媒回路２は、これと並んで冷媒の流れ方向に、冷媒が連続的に貫流する蒸発器４と、圧縮機５と、コンデンサ／ガス冷却器として作動させる、冷媒と周囲との間で熱交換させる熱交換器６と、コレクタ７と、弁１６と、内部熱交換器８とを備えている。内部熱交換器８とは、高圧時の冷媒と低圧時の冷媒との間の熱交換に利用される回路内の熱交換器と解される。その場合、例えば、液体冷媒は、凝縮後にさらに冷却される一方で、吸入ガスは、圧縮機５の上流で過熱される。逆止弁１９は、熱交換器１１へ弁１６の方向から冷媒が貫流することを阻止する。逆止弁１９は、逆の流れ方向には流すことができる。
【００３９】
例えば、冷媒Ｒ１３４ａを用いるか、又は二酸化炭素を含む特定の周囲条件下など、未臨界運転時に冷媒の液化が生じる場合、熱交換器６は凝縮器と呼ばれる。熱交換の一部は一定温度で行われる。熱交換器６における超臨界運転若しくは超臨界熱放出時に、冷媒の温度は連続的に低下する。この場合、熱交換器６はガス冷却器とも呼ばれる。超臨界運転は、特定の周囲条件、又は、例えば冷媒として二酸化炭素を用いる空調装置１の作動方式で生じる可能性がある。
【００４０】
客室、若しくはヒートポンプモードでの作動のための給気を加熱するために、空調装置１の冷媒回路２が付加的構成要素を備えた２次流路を有する。圧縮機５の出口には分岐２４が形成されている。分岐２４と熱交換器６との間には、付加的遮断弁１４が配置されている。第１の２次流路は、分岐２４から、膨張弁１６の出口における分岐２６まで延び、圧縮機５を出発点として冷媒の流れ方向に、遮断弁１３と、ヒートレジスタ１１とも呼ばれ、第２凝縮器／ガス冷却器の機能を果たす熱交換器１１とを有する。熱交換器１１は、冷媒から、客室に供給される空気への熱の伝達に利用される。冷媒の流れ方向で圧縮機５の下流に配置された分岐２４と遮断弁１３、１４とは弁装置とも呼ばれる。
【００４１】
蒸発器４は、その入口に、膨張弁として形成された付加的弁９と、出口に、逆止弁２０とを有する。第１の２次流路は、膨張弁１６と弁９との間で１次冷媒回路に合流する。
弁９と逆止弁２０とは蒸発器４を両側で閉鎖し、それにより、ヒートポンプモードのときに、冷媒が蒸発器４を通って流れることを阻止する。逆止弁２０は、ヒートポンプモードのときに、蒸発器４に冷媒が沈積することを防ぐ。
変形例として、弁９は、遮断弁として形成されていてもよい。しかしながら、それによって、客室に供給される空気の冷却及び／又は除湿、並びにそれに続く加熱を組み合わせた運転はできなくなる。なぜなら、弁９を形成することによって、蒸発器４内の冷媒を蒸発する圧力レベルへ圧力緩和することが実現できなくなるからである。
【００４２】
第２の２次流路は、熱交換器６とコレクタ７との間に配置された分岐２５から圧縮機５への入口における合流点２７まで延びる。従って、第２の２次流路は、内部熱交換器８と圧縮機５との間で１次冷媒回路に合流し、膨張弁１８と熱交換器１０とを有する。熱交換器１０には冷媒と、エンジン冷却回路３の冷却剤とが貫流する。冷媒側では、熱交換器１０が蒸発器として作動され、作動モードに応じて、冷却器から冷媒へ熱が伝達される。エンジン冷却回路３の冷却剤から冷媒へ熱を供給する熱交換器１０は、チラーとも呼ばれる。
【００４３】
第３の２次流路は、弁装置に属する弁１４と熱交換器６との間の接続を出発点として圧縮機５への入口まで延びる。
【００４４】
エンジン冷却回路３内には、冷却剤、好ましくは水とグリコールとの混合物がエンジン２１と熱交換器１０、１２との間で循環される。その場合、エンジン２１から放出された熱は、グリコール冷却器ともみなされる、流体技術的に並列接続された熱交換器１０、１２へ輸送される。熱交換器１０において、熱は、冷媒回路２内で蒸発する冷媒へ伝達される。従って、熱交換器１０は、グリコール・冷媒熱交換器として形成されている。熱交換器１２において、熱は、客室に供給される空気へ伝達されるので、これは加熱熱交換器１２とも呼ばれる。熱交換器１２は、グリコール・空気熱交換器として形成されている。並列接続されたエンジン冷却回路３の流路は、遮断弁２２、２３によって開閉され、各流路は、１つの遮断弁２２、２３を備えて形成されており、従って、別々に切り替えられ得る。
【００４５】
冷媒の体積流を必要に応じて変更できるようにし、それによってそれぞれの熱交換器１０、１２への流れを調整して最適化するために、遮断弁２２、２３は、クロック制御可能又は制御可能に形成されることが好ましい。
【００４６】
図示されない送風器を介して吸入された空気は、流れ方向に、先ず、蒸発器４、次に加熱熱交換器１２、そして次にヒートレジスタ１１を介して導かれ、その後、客室へ流れ込む。従って、熱交換器４、１２、１１は、客室に供給される空気に関して上記の順番で相前後して配置されており、必要及び作動モードに応じてスイッチオン又はオフされる。変形例として、ヒートレジスタ１１は、空気の流れ方向で加熱熱交換器１２の上流に配置されていてもよい。
【００４７】
周囲温度が低い場合に客室を加熱することは、ヒート若しくは熱ポンプモードで作動させる空調装置１を用いて実現可能である。空調装置１がヒートポンプモードのときに、弁９、１３、１４は、圧縮機５の下流の冷媒質量流が第１の２次流路を通り、従って、第２凝縮器／ガス冷却器として形成されたヒートレジスタ１１を通って案内されるように切り替えられる。冷媒の流れ方向は矢印で示されており、その場合、破線の矢印は、図１の熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの冷媒の流れ方向を示し、実線の矢印は、図２の熱源としてエンジン冷却回路３の冷却剤を用いるヒートポンプモードでの冷媒の流れ方向を示す。
【００４８】
遮断弁１３は開いているが、遮断弁１４は閉じている。ヒートレジスタ１１において、熱は、冷媒から、客室に供給される空気へ放出される。蒸発器４を流体技術的に冷媒回路２から分離するために、弁９は閉じている。内部熱交換器８には、片側しか流れないので、その場合、熱は伝達されない。内部熱交換器８は停止している。
【００４９】
熱源として空気を用いるヒートポンプモードにおいて、冷媒は、膨張弁１７を貫流する際に、周囲温度よりも低い圧力レベル、及び関連する温度レベルへの２相領域に圧力緩和される。続いて、蒸発器として作動させる熱交換器６において、熱が周囲から冷媒へ伝達される。空調装置１は、周囲空気から熱を取り込む。冷媒質量流は、熱交換器６から出た後に、第３の２次流路及び開いた遮断弁１５を通って圧縮機５の入口へ導かれる。従って、冷媒回路２は閉じている。
【００５０】
エンジン冷却回路３において、冷媒は、必要な場合に、エンジン２１と加熱熱交換器１２間で循環される。遮断弁２２は閉じているが、遮断弁２３は開いている。従って、冷却剤は、専ら加熱熱交換器１２を通って流れ、エンジン２１から排出された熱は、専ら、客室に供給される空気へ伝達される。その際、熱交換器１０には冷媒も冷却剤も流れない。弁１８は閉じている。
【００５１】
熱源としてエンジン冷却回路３の冷却剤を用いるヒートポンプモードでは、冷媒は、膨張弁１８を貫流する際に、冷却剤温度に対応する圧力レベルへ、若しくはそれ未満への２相領域に圧力緩和される。続いて、蒸発器１０において、熱は、エンジン冷却回路３を循環する冷却剤から冷媒へ伝達される。空調装置１は、エンジン冷却回路３から熱を取り込む。冷媒質量流は、蒸発器１０から出た後に圧縮機５によって吸入される。冷媒回路２は閉じている。
【００５２】
エンジン冷却回路３において、冷却剤は、エンジン２１と蒸発器１０との間で循環される。遮断弁２２は開いている。同時に遮断弁２３も閉じている場合、冷却剤は、専ら蒸発器１０を通って流れ、エンジン２１で排出された熱は、専ら冷媒回路２の冷媒へ伝達される。その場合、加熱熱交換器１２に冷却剤は流れない。
変形例として、遮断弁２２と並んで、遮断弁２３も開いていてもとよい。その場合、冷却剤は、蒸発器１０と加熱熱交換器１２とを並行して流れるので、エンジン２１から排出された熱は、冷媒と、客室に供給される空気とへ伝達される。
【００５３】
異なった熱源を用いるヒートポンプモードに応じて、弁１７、１８は交互に開閉され、それにより、熱交換器６又は熱交換器１０に冷媒が貫流する一方で、それぞれ他方の熱交換器６、１０には流れない。変形例として、両方の熱交換器６、１０に冷媒が貫流してもよく、それにより周囲空気とエンジン冷却回路３の冷却剤とが熱源として利用可能である。弁１６、１７、１８と分岐２５とは、これらを組み合わせて弁装置としてみなすこともでき、その場合、弁１６、１７、１８の各々が分岐２５の流路に割り当てられる。これに代わる実施形態では、熱交換器６、１０の膨張弁として作動可能な弁１７、１８を膨張弁として作動させることができる弁１６で代用可能であり、その場合、弁１６は、弁１７又は弁１８で代用される。
【００５４】
図示された実施形態において、弁１３、１４は、２／２方弁として形成されている。従って、弁１３、１４は、それぞれ２つの接続部と２つの切替え位置とを有している。変形例として、弁１３、１４を組み合わせて３／２方弁として、又は、弁１３、１４、１５の弁特性曲線が同じである場合に、弁１５を追加して４／２方弁として形成される。
【００５５】
図１及び図２による異なった作動モードで示された空調装置１の回路において、客室に供給される空気質量流は、冷却剤回路３の加熱熱交換器１２の熱交換面上を流れるとき、及び冷媒回路２のヒートレジスタ１１の熱交換面上を流れるときに暖められ得る。
【００５６】
図１及び図２によると、空調装置は、ヒートポンプモードにおいて、熱源として周囲空気を用いて、及び／又は熱源としてエンジン冷却回路３の冷却剤を用いて作動される。排ガス、太陽熱、又は電子機器の廃熱など別の熱源も利用可能であるが、周囲空気と冷却剤という２つの熱源を用いるヒートポンプモードでの作動は、特に、内燃機関を備えた車両用については最適に調整される。熱源として周囲空気を用いるヒートポンプモードにおいて、例えば、フロントガラスが曇りも氷結もしていない場合には、このフロントガラスへの吹き付けは行われない。このためにフロントガラスは、熱損失の少ない材料及び／又は加熱機能から形成されている。その場合、フロントガラスの加熱機能は、加熱されるリアガラスの形態と同等である。空調装置の効率的な作動のために、
−例えば、車両に搭載されたセンサ系の周囲信号、又は信号機の信号などの道路交通メッセージ、
−フロントガラスの曇り又は圧縮機５の過熱制御、蒸発器として作動させる熱交換器６の除氷などの性能及び安全に関するデータ、
−作動開始、作動停止、又はヒートポンプモードに切替え及びその制御時の、客室内で感じ取られるほどの空調変化の回避、熱源として空気を用いるヒートポンプモードから熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードへの切替えのための蒸発器１０の予熱などの快適性の側面、並びに
−コスト面
が考慮される。
【００５７】
ヒートポンプモード、特に、熱源として周囲空気を用いるモードは、雨センサ、湿度センサ、太陽センサ、室内温度、信号機の信号、客室への給気の流通路における循環空気と新気との配分、算出された快適特性値のデータ、若しくは空調操作装置を調整した結果として得られる乗客の快適性要求の表現、外部温度、及び冷却剤温度に依存して作動される。算出された快適特性値は、制御特性値とも呼ばれる。
【００５８】
図３は、補助加熱措置としてのヒートポンプモードでの空調装置１をスイッチオン及びスイッチオフする方法ステップを示す。ステップ１００においてエンジン始動後、ステップ１０１において、周囲温度Ｔ＿Ｕｍが２℃よりも低いか否かが照会される。周囲温度Ｔ＿Ｕｍが２℃以上である場合には、ステップ１０２により空調装置１のヒートポンプモードは起動されない。
しかしながら、ステップ１０１の条件が満たされると、ステップ１０３において、エンジン冷却回路３の冷却剤の温度が７０℃よりも低いか否かが決定される。冷却剤の温度が７０℃以上である場合には、ステップ１０２により空調装置１のヒートポンプモードは起動されない。エンジン冷却回路３の冷却剤の温度が７０℃よりも低く、それによりステップ１０３の条件も満たされると、ステップ１０４において、制御特性値ＲＣＮが５０よりも大きいか否かが比較される。
制御特性値ＲＣＮが５０以下である場合には、ステップ１０２により空調装置１のヒートポンプモードは起動されない。
【００５９】
制御特性値ＲＣＮが５０よりも大きく、ステップ１０４の条件が満たされると、ステップ１０５において、客室の室内温度が２０℃よりも低いか否かが照会される。客室の室内温度が２０℃以上である場合には、ステップ１０２により空調装置１のヒートポンプモードは起動されない。ステップ１０４の条件も満たされると、ステップ１０６により空調装置１がヒートポンプモードで作動される。その場合、作動は、ステップ１０１〜ステップ１０５のすべての条件が満たされ、ステップ１０７により冷媒回路２内の高圧が２８ｂａｒよりも低い限り行われる。
【００６０】
補助加熱措置が必要な場合、空調装置１は、図３のステップ１０６によりヒートポンプモードで作動される。ヒートポンプモードでの空調装置１の始動は、図４によると、熱源として空気を用いて行われることが好ましい。次に、ヒートポンプモードは、熱源として冷却剤を用いるモードに切り替えられてもよい。その場合、切替えは、ヒートレジスタ１１からの空気の吹出し温度、若しくはエンジン２１を貫流した後の冷却剤の温度に依存して行われる。熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの空調装置１の作動中、エンジン冷却回路３への介入が行われず、エンジン２１の加熱に影響が及ぼされないことが有利である。エンジン２１は、短時間でその最適な作動温度に達することができる。
しかしながら、熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの空調装置１の始動と並んで、「オートＨＩ」設定で、すなわち、最大出力での加熱で、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードで空調装置１を始動させることも可能である。その場合、第１方法では、加熱熱交換器１２と蒸発器１０とに冷却剤を同時に貫流させる。これに代わる第２方法では、エンジン２１の始動工程における冷却剤の過度な冷却を避けるために、最初に蒸発器１０にのみ冷却剤を貫流させる。後の時点に、加熱熱交換器１２と蒸発器１０とが並行運転に切り替えられてもよい。
【００６１】
図４において、周囲温度、冷却剤温度、又は空調操作部の「オートＨＩ」設定、すなわち最大熱出力の要求に依存した、熱源として空気を用いるモードから熱源として冷却剤を用いるモードへの切替えが行われる図１及び図２のヒートポンプモードでの空調装置１の作動が示される。モードの切替えは、冷却剤が８℃よりも高い温度を有すると同時に、周囲空気が−７．５℃の限界温度であるときに行われることが好ましい。
ステップ１０６による補助加熱措置が必要な場合、ステップ１０７により、空調装置１は、熱源として空気を用いるヒートポンプモードで作動される。ステップ１０８により、周囲温度が−７．５℃以上であり、ステップ１０９により「オートＨＩ」設定が操作されていない場合、空調装置１は、熱源として空気を用いるヒートポンプモードで作動される。ステップ１０９により「オートＨＩ」設定が操作された場合には、ステップ１１０において、冷却剤の温度が検査される。冷却剤の温度が５０℃以上である場合、空調装置１は、熱源として空気を用いるヒートポンプモードにとどまる。しかしながら、冷却剤温度が５０℃よりも低い場合には、ステップ１１４により、ヒートポンプモードは、熱源として冷却剤を用いる運転に切り替えられる。
ステップ１０８により、周囲温度が−７．５℃よりも低い場合、ステップ１１１、ステップ１１２において、冷却剤の温度が考慮に入れられる。冷却剤の温度が８℃以下、又は５０℃よりも高い場合、空調装置１は、熱源として空気を用いるヒートポンプモードにとどまる。８℃よりも高く、５０℃よりも低い温度では、ステップ１１４により熱源として冷却剤を用いる運転に切り替えられる。
【００６２】
その場合、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードでの作動は、ステップ１１６により、冷媒回路２内の高圧が２６ｂａｒ以下であり、ステップ１１５により、制御特性値ＲＣＮが５５よりも大きい限り行われる。そうでない場合は、空調装置１は、熱源として空気を用いるヒートポンプモードに再び切り替えられる。熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードから熱源として空気を用いるヒートポンプモードへ事前に切り替えられることなしに、空調装置１がスイッチオフされることは回避されなくてはならない。なぜなら、そうでなければ客室に供給される空気が著しく冷却されるからである。したがって、十分な快適性は確保されない。
【００６３】
熱源として空気を用いるヒートポンプモードから熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードへの切替え工程前に、蒸発器１０が温かい冷却剤で予熱される。切替え工程の間は、客室内の快適性の制限を最小化するために、加熱熱交換器１２にのみ冷却剤が貫流し、蒸発器１０には冷却剤が流れない。
切替え工程は、流れ方向で熱交換器６の上流の膨張弁１７の閉鎖とともに開始するが、膨張弁１８は、熱交換器１０の上流でまだ閉じている。従って、冷媒は熱交換器１０から吸い出される。
その場合、実際に吸引を実現できるようにするために、熱交換器６において、若しくは圧縮機５への入口の低圧側でそれぞれの圧力状態が監視されることが有利である。低圧は、静止圧力としての周囲温度に基づいて生じるであろう熱交換器１０における圧力よりも低くなければならない。このために、逆止弁を使用しない場合に冷媒の移動をそれ以上促進せず、それによって負の逆流効果を達成するために、吸引を適時に終わらせるよう注意しなければならない。圧力及び温度測定の相応の精度が前提となる。従って、逆止弁は、低圧側の圧力状態が変化した場合に意図せざる移動の発生に対する自己防衛として利用される。
１０秒の好ましい時間の後、膨張弁１８は、エンジン冷却回路３の遮断弁２２と同時に開かれ、それにより、加熱熱交換器１２と蒸発器１０とに冷却剤が貫流する。こうして冷媒回路２は、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードで作動される。
変形例として、加熱熱交換器１２への冷却剤管路における遮断弁２３は、膨張弁１８が開くと閉じられ、冷却剤をあまり冷却しないようにするために、例えば、２分間閉じたままであるのがよい。加熱熱交換器１２は、２分の時間の経過後に再び接続され、冷却剤が貫流する。
【００６４】
ステップ１１６により、冷媒回路２内の高圧が２６ｂａｒよりも上昇し、ステップ１０９により「オートＨＩ」設定が選択されるか、又はステップ１１５により、制御特性値が５５の値に低下するか、若しくは空気の目標吹出し温度が設定された限界値に達すると、空調装置１の作動は、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードから、図４の熱源として空気を用いるヒートポンプモードに切り替えられる。
【００６５】
第１実施形態では、切替え工程は、膨張弁１７が開くことにより開始され、膨張弁１７は、冷媒の流れ方向で熱交換器６の上流に、そして膨張弁１８は、熱交換器１０の上流で５〜６０秒の時間にわたって同時に開いている。切替え中は、加熱熱交換器１２と、エンジン冷却回路３における熱交換器１０とに冷却剤が貫流する。
膨張弁１８の閉鎖とともに、熱交換器１０への遮断弁２２も閉じられ、加熱熱交換器１２にのみ冷却剤が貫流する。
第２実施形態では、切替えは、膨張弁１８を閉じると同時に膨張弁１７を開くことによって行われる。これに加えて、切替え工程の開始時に、熱交換器１０への管路内のエンジン冷却回路３の遮断弁２２が閉じられ、再び、加熱熱交換器１２にのみ冷却剤が貫流する。
【００６６】
熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの作動では客室内の快適性を満たすことができない場合、空調装置１の作動は、熱源として空気を用いるヒートポンプモードから熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードに切り替えられてもよいし、元に戻されてもよいし、若しくは新たにスイッチオンされてもよい。
その場合、ステップ１１０又はステップ１１２により、冷却剤の温度が５０℃以上である場合には、高圧ピークを回避するために、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードへの切替えは行われない。高圧ピークの回避は、特に、機械的及び低圧制御される圧縮機の使用を狙ったものである。質量流を制御する機械的な冷媒圧縮機、及び回転数制御される電気駆動式冷媒圧縮機の使用にとって、高圧ピークの出現はそれほど重大なことではなく、熱源として冷却剤を利用する作動範囲の拡大を簡単に実現できる。
【００６７】
ヒートポンプモードでの作動から元の補助加熱措置なしの作動への空調装置１の切替えは、エンジン冷却回路３の冷却剤の温度が客室を加熱するために十分であること、すなわち、例えば図３のステップ１０３により、７０℃以上であること、制御特性値ＲＣＮがステップ１０４により５０以下であり、すなわち、目標吹出し温度に達しているか、又は室内温度が２０℃以上であるという前提の下に行われる。客室に流入する空気の温度は、空調装置１のヒートポンプモードを急激にスイッチオフすると著しく低下するであろうから、スイッチオフ時の変更は可能な限り「緩やかに」行わなければならない。
【００６８】
その場合、第１実施形態では、圧縮機５の出力は徐々に低減される。圧縮機５の制御流は縮小される。
第２実施形態では、空調装置１の作動は、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードから熱源として空気を用いるヒートポンプモードに切り替えられる。
第３実施形態では、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードで空調装置１を作動させる場合に、冷却剤が加熱熱交換器１２のみを通って流れ、熱交換器１０は、引き続き貫流する冷媒によって冷却若しくは完全に冷却されるようにエンジン冷却回路３が切り替えられる。それによって、冷媒回路２の冷媒の吸気圧力、従って出力も低減される。熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードでの作動時に冷媒回路２の吸気圧力が、熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの作動時に予想される吸気圧力に、すなわち周囲温度レベルに近づくと直ちに、低圧レベルで大した圧力差がなくても、熱源として空気を用いるヒートポンプモードから熱源として冷却剤を用いるヒートポンプへ切り替えられるとよい。
【００６９】
第４実施形態では、最初の３つの実施形態の方法ステップが組み合せられる。
【００７０】
空調装置１をヒートポンプモードでの作動から元の補助加熱措置なしの作動へ切り替えた場合、冷媒回路２のスイッチオフ後に、エンジン冷却回路３の遮断弁２２、２３及び冷媒回路２の弁９、１３、１４、１５、１６、１７、１８が、熱源として空気を用いるヒートポンプモードで空調装置１を始動させる位置へ切り替えられる。それによって、同じ動作サイクルのヒートポンプモードで空調装置１を新たにスイッチオンする場合に、切り替えの必要はない。
【００７１】
冷却剤の温度が、例えばステップ１０３により再び７０℃よりも低くなるか、又は客室内の空気の温度がステップ１０５により２０℃よりも低くなるか、又は制御特性値ＲＣＮがステップ１０４により５０の値よりも高くなると、空調装置１は、熱源として空気を用いるヒートポンプモードに新たにスイッチオンされる。
ヒートポンプモードの空調装置１の「激しい」すなわち即座のスイッチオフは、ステップ１０７による、冷媒回路２における許容される最大の高圧を上回った場合にのみ行われる。
【００７２】
図５は、除霜モードでの冷媒回路２とエンジン冷却回路３とを備えた空調装置１を示す。その場合、事前に熱を取込むために、蒸発器として作動される熱交換器６が除霜若しくは除氷される。高圧下で、且つ高温で圧縮機５から出て行く冷媒は、遮断弁１４が開き遮断弁１３が閉じた場合に熱交換器６によって搬送される。冷媒の熱放出下で、ここでは凝縮器／ガス冷却器として作動される熱交換器６の熱交換面が除氷される。
膨張弁１８内の冷媒が圧力緩和された後に、蒸発器１０内の冷媒は、エンジン冷却回路３から熱を受け取り、圧縮機５によって吸引される。エンジン冷却回路３において、冷却剤は、エンジン２１と蒸発器１０との間の遮断弁２２が開くと循環される。
【００７３】
熱源として空気を用いるヒートポンプモードの範囲内での熱交換器６の除霜モードへの冷媒回路２の切替えは、膨張弁１７、１８の切替え、エンジン２１の回転数、ヒートポンプモードでの冷媒の流れ方向での熱交換器６への入口における冷媒の温度、信号機の信号、他の車両のデータ、及びエンジン冷却回路３の冷却剤の温度に依存して行われる。同時に、加熱熱交換器１２を冷却剤が貫流することによって、加熱出力の不足が補償される。
【００７４】
第１実施形態では、場合によっては必要な除氷の工程の開始を決定するために、冷却剤及び周囲の温度、走行状態、乗客によって選択された快適性、並びに圧縮機５の出口における圧力及び温度と吸気圧力とを用いて検出された熱交換器６の状態が検査される。
除氷の工程の開始が必要な氷結が分析され、所定の境界条件に基づいて除霜が不可能である場合、空調装置１は、代替的に、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードにスイッチオンされるとよい。その場合、空調装置１は、除霜が可能になるまでの間作動される必要がある。ヒートポンプモード間の切替え工程は、上記の境界条件に依存して行われる。
【００７５】
除霜工程については、遮断弁１３、１４、１５及び膨張弁１６、１７、１８は、図５によると、冷媒が冷媒回路２内で循環されるように切り替えられる。
熱交換器６に割り当てられた送風器は、この工程の開始時に、低回転数で作動され、場合によっては設けられているルーパは閉じられる。熱交換器１０を乾燥させるために、数秒又は数分の時間の後に、熱交換器６に割り当てられた送風器が最大回転数までで作動される。その場合、エンジンルームからの暖かい空気を使用し、０℃よりも低い温度で湿気が再び熱交換器面で凍りつくことのないようにするために、ルーパは、可能な限り閉じられた状態で保持されなければならない。
圧縮機５の除霜モード及びスイッチオフの終了後、冷媒回路２の弁９、１３、１４、１５、１６、１７、１８は、図１による熱源として空気を用いるヒートポンプモードで空調装置１を新たに作動させるために切り替えられなければならない。
【００７６】
第２実施形態では、空調装置１は、熱交換器６を除霜するために、上記の方法の後に熱源として空気を用いるヒートポンプモードから熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードに切り替えられる。
続いて、ヒートレジスタ１１及び熱交換器６に同時に温かい冷媒を貫流させるために、圧縮機５と熱交換器６との間に配置された遮断弁１４が開かれる。その場合、快適性の損失を低減又は回避するために、空調装置１は、ヒートポンプモードと除霜モードを並行して作動される。
【００７７】
空調装置１、特に冷媒回路２を作動させる方法の他の側面は、圧縮機５の入口における冷媒の過熱である。その場合、従来の空調装置は、蒸気の含有率が比較的高い冷媒が圧縮機に入ることができるように調整される。冷媒は過熱されず、わずかに湿っている。冷却されるべき空気を有する蒸発器４、又はエンジン冷却回路３の冷却されるべき冷却剤を有する熱交換器１０において、蒸発工程後の冷媒の過熱は、
−蒸発後の冷媒回路２において内部熱交換器８がアクティブに作動され、且つ
−冷媒回路２の切替えが優先的に膨張弁の使用に基づく場合に特に必要である。なぜなら、その場合、圧力及び温度に関する冷媒状態の検出が必要だからである。
【００７８】
コスト節減のために、冷媒回路２のセンサの数は制限される必要がある。その理由から、圧力温度センサを用いて、圧縮の前と、特にその後に過熱が調節されなければならない。センサ系によって、内部熱交換器を有していない冷媒回路における圧縮機への入口における冷媒が監視され、且つ、例えば膨張素子などの適切なアクチュエータを用いて過熱が調節され得るか、若しくは、内部熱交換器を備えたシステムでは、実際に検出された温度オフセットによって蒸発器内の冷媒の過熱が補償されるか、又はほとんど気化した冷媒のみが蒸発器から出るように調整され得ることが可能になる。
【００７９】
その場合、圧縮機５の下流での過熱は、例えば５Ｋに制御される。圧縮機５の下流で圧力温度センサを使用することによって、冷媒回路の低圧側で、例えば、ヒートポンプモードにおいて、冷媒の流れ方向で蒸発器４の下流、熱交換器１０の下流、又は熱交換器６の下流などで、有利にも他の様々な圧力・温度センサが省略され得る。冷却設備運転において、内部熱交換器を使用した場合は、その影響に注意しなければならない。適切なＯＦＦＳＥＴを選択しなければならない。
熱源として冷媒を用いるヒートポンプモードでの空調装置１の作動時に、流れ方向で熱交換器１０の上流の膨張弁１８によって過熱の制御が行われる。熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの空調装置１の作動時には、流れ方向で熱交換器６の上流の膨張弁１７によって過熱が制御される。
熱交換面の氷結若しくは着霜を避けるために、熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの空調装置１を作動させる、且つ膨張弁１７を用いて過熱を制御するための別の実施形態では、熱交換器６における冷媒流入温度が、周囲温度未満で、例えば５Ｋに制御される。
【００８０】
熱源として空気を用いるヒートポンプモードでの空調装置１の作動範囲を拡大した場合、空気の温度及び湿度、達成された客室内の快適性が検出され、場合によっては、熱源として冷却剤を用いるヒートポンプモードに、又は他の補助過熱措置に切り替えられる。それに加えて、−１０℃〜−２０℃、及びそれ未満の周囲空気の温度範囲でエンジンルームの循環空気を利用することによって蒸発温度が高くされ得る。客室内で必要な快適性が達成されると直ちに、空調装置１が熱源として空気を用いるヒートポンプモードに切り替えられるとよい。空気の湿度が低く、この温度での空気中の水分含有率が低いことに基づいて、熱交換面の可能な氷結は問題ではなくなる。冷媒回路２内の冷媒の吸気圧力が略１ｂａｒの周囲圧力よりも低い圧力に達すると、熱源として空気を用いるヒートポンプモードがスイッチオフされる。それを除いて、周囲圧力の短時間の低下は、例えば、ヒートポンプモードでの空調装置１の始動時では略０．５ｂａｒまでである。周囲圧が長時間、すなわち、５分までの時間、持続的に下回ると、ヒートポンプモードはスイッチオフされる。
【００８１】
フロントガラス、乗客、又はフットルームの方向の空気放出に関する自動車若しくは客室における空気案内は、加熱工程の間、雨センサ及び／又は湿度センサ、及び／又は温度センサ及び／又はフロントガラスの曇りセンサの値に依存して制御される。フロントガラスが覆われず、若しくは曇っていない場合、
−過度に高い熱損失をもたらす可能性があるため、フロントガラスに空気は案内されず、
−フロントガラスにはごくわずかな分量の空気しか案内されないが、同時に、付加的に空気流がフットルームへ、乗客へ、若しくは客室の後部へ導かれる。
そのために、フロントガラスは、複合ガラス又はガラスとプラスチックとの組合せによって断熱して形成される。変形例として、加熱可能なフロントガラスが用いられてもよい。
【００８２】
加熱及び冷却のための空調装置１の制御は、過熱された冷媒、若しくは水分が少ない冷媒が圧縮機５によって吸引されるように行われる。水分を含む冷媒の決定的な変数は、少なくとも５Ｋ〜７Ｋであるべき圧縮後の過熱である。そのために、それぞれの作動モードにおいて膨張弁１６、１７、１８が制御されるとよい。
【符号の説明】
【００８３】
１    空調装置
２    冷媒回路
３    エンジン冷却回路、冷却剤回路
４    蒸発器、熱交換器
５    圧縮機
６    熱交換器、周囲空気冷媒熱交換器
７    コレクタ
８    内部熱交換器
９    弁
１０  熱交換器、蒸発器、冷却剤冷媒熱交換器
１１  熱交換器、ヒートレジスタ
１２  熱交換器、加熱熱交換器
１３  弁、遮断弁  冷媒回路
１４  弁、遮断弁  冷媒回路
１５  弁、遮断弁  冷媒回路
１６  弁、膨張弁  冷媒回路
１７  弁、膨張弁  冷媒回路
１８  弁、膨張弁  冷媒回路
１９  逆止弁  冷媒回路
２０  逆止弁  冷媒回路
２１  エンジン
２２  弁、遮断弁  エンジン冷却回路
２３  弁、遮断弁  エンジン冷却回路
２４  分岐
２５  分岐
２６  分岐
２７  合流点
１００−１１６  方法のステップ
Ｔ＿Ｕｍ  周囲温度
ＷＰ  ヒートポンプモード
ＲＣＮ  制御特性値
ＨＤ  高圧
ＩｎｎｅｎＴｅｍｐ  客室の空気の温度
【図１】
2014058306.tif 000003
【図２】
2014058306.tif 000004
【図３】
2014058306.tif 000005
【図４】
2014058306.tif 000006
【図５】
2014058306.tif 000007
【外国語明細書】
2014058306000001.pdf