(57)【要約】【課題】自動車の熱吸収用の熱伝達媒体装置及び空調システムを提供する。【解決手段】本発明の空気冷却用の熱伝達媒体装置（７）は、ブロワ（５）と、空気案内部と、熱伝達媒体（７）と、を有し、冷媒回路に一体化され、冷媒によって貫流可能であり、また熱を空気から蒸発冷媒に伝達可能であるように空気で付勢可能に形成され、ブロワ（５）は、空気が熱伝達媒体（７）に達する前にブロワ（５）の損失熱が空気を加熱するように、空気の流れ方向に熱伝達媒体（７）の前に配置され、熱伝達媒体（７）は、一列に配置された管を有する管熱伝達媒体として形成され、管熱伝達媒体は少なくとも２列に形成される。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の冷却用の熱伝達媒体装置であって、
ブロワ（５）と、空気案内部と、熱伝達媒体（７）と、を有し、前記熱伝達媒体（７）が、冷媒回路に一体化され、前記冷媒によって貫流可能であり、熱を空気から冷媒に伝達可能であるように空気で付勢可能に形成され、前記冷媒が蒸発され、
前記ブロワ（５）は、空気が前記熱伝達媒体（７）に達する前に損失熱が空気を加温するように、空気の流れ方向において前記熱伝達媒体（７）の上流に配置され、
前記熱伝達媒体（７）は、一列に配置された管を備えた管熱伝達媒体として形成され、前記管熱伝達媒体が少なくとも２列に形成されることを特徴とする熱伝達媒体装置。
【請求項２】
前記熱伝達媒体（７）は、２ｄｍ2〜１０ｄｍ2の範囲の流れ面を備えている請求項１記載の熱伝達媒体装置。
【請求項３】
前記熱伝達媒体（７）は、前記列が単流で貫流されるように構成されている請求項１記載の熱伝達媒体装置。
【請求項４】
前記熱伝達媒体（７）は、少なくとも１つの列が複流で貫流されるように構成されている請求項１記載の熱伝達媒体装置。
【請求項５】
前記熱伝達媒体（７）は、すべての列が、冷媒側で連続的に、且つ、前記空気側の貫流方向に貫流され、前記熱伝達媒体（７）がクロスパラレルフロー熱伝達媒体として形成されるか、又は、前記空気側の貫流方向と反対に貫流され、前記熱伝達媒体（７）がクロスカウンタカレントフロー熱伝達媒体として形成されるように構成されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の熱伝達媒体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の熱伝達媒体装置を有する自動車の乗員室（９）の空気を調和させるための空調システム（１）であって、
前記空調システム（１）は、空気を導くための第１の流れダクト（３）と、第２の流れダクト（４）と、を備えたハウジング（２）を有し、
前記冷媒回路は、第１の熱伝達媒体（７）と、圧縮機と、第２の熱伝達媒体（８）と、膨張器と、を備え、前記第１の熱伝達媒体（７）は、前記第１の流れダクト（３）に配置され、前記第２の熱伝達媒体（８）は、前記第２の流れダクト（４）に配置され、
前記空調システム（１）は、前記乗員室（９）の冷却用の冷凍運転及び加熱用のヒートポンプ運転、並びに、後加熱運転用に設計され、前記第１の熱伝達媒体（７）は、蒸発器として形成され且つ運転モードとは無関係に運転可能であることを特徴とする空調システム（１）。
【請求項７】
自動車の乗員室（９）の空気を冷却するための冷凍システム運転及び自動車の乗員室（９）の空気を加熱するためのヒートポンプ運転の組み合わせ用、並びに、自動車の乗員室（９）の空気を調和するための後加熱運転用の空調システム（１）を運転する方法であって、
前記後加熱運転は、
前記空調システム（１）で第１の部分空気質量流及び第２の部分空気質量流を搬送する段階と、
蒸発器（７）を溢流する際に前記第１の部分空気質量流を冷却する段階と、
前記冷却された第１の部分空気質量流を、周囲に導出される部分空気質量流と、後加熱のための部分空気質量流と、冷凍空気質量流とに分割する段階と、
凝縮器（８）の熱伝達媒体面を溢流する際に、前記第２の部分空気質量流と、後加熱のための前記部分空気質量流とを加温する段階と、
前記後加熱された部分空気質量流と予め調和された冷凍空気質量流とを混合する段階であって、
利用される冷却能力が、前記蒸発器（７）の後の前記第１の部分空気質量流の温度と前記蒸発器（７）内の冷媒の圧力レベルとを介して調節され、
前記混合された空気質量流の温度が、前記空気質量流に配置された少なくとも１つの温度センサを介して検出され、且つ空気案内装置（１３、１８、１９、２０）の位置を通る後加熱のための前記部分空気質量流と、前記予め調和された冷凍空気質量流との比率を介して調節される混合する段階と、
前記混合された空気質量流を前記乗員室（９）内に導く段階と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項８】
後加熱のための前記部分空気質量流と、前記予め調和された冷凍空気質量流との比率が０％〜１００％の間で調節される請求項７記載の方法。
【請求項９】
後加熱のための加熱出力は、前記凝縮器（８）の前記熱伝達媒体面を第１及び第２の領域と、前記凝縮器（８）の前記第２の領域を通して導かれた前記第２の部分空気質量流とに分割することによって、並びに前記空気案内装置（１３、１８、１９、２０）の位置を通る後加熱のための前記部分空気質量流と、前記予め調和された冷凍空気質量流との比率によって調節される請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
空調システム（１）の蒸発器（７）の凍結を検出して防止するための方法であって、
前記蒸発器（７）に設けられたブロワ（５）の消費電流を測定する段階と、
前記蒸発器（７）を通して空気を搬送するための前記ブロワ（５）の消費電力を決定する段階と、
前記ブロワ（５）の消費電力と目標値とを比較する段階であって、前記目標値が前記ブロワ（５）の特性曲線の比較値として計算される段階と、
前記目標値を下回った場合に凍結防止のための措置を開始するか又は解氷作動を開始する段階と、
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、ブロワと、空気案内部と、熱伝達媒体と、を有する空気冷却用の熱伝達媒体装置に関する。熱伝達媒体は、冷媒回路に一体化され、冷媒によって貫流可能であり、また熱を空気から冷媒に伝達可能であるように空気で付勢可能に形成され、冷媒が蒸発する。
【０００２】
本発明は、さらに、熱伝達媒体装置を有する自動車の乗員室の空気を調和させるための空調システムに関する。空調システムは、空気を導くための第１及び第２の流れダクトを有するハウジングと、熱伝達媒体装置の熱伝達媒体に対応する第１の熱伝達媒体、圧縮機、第２の熱伝達媒体及び膨張器を有する冷媒回路とを備える。第１の熱伝達媒体は第１の流れダクトに配置され、第２の熱伝達媒体は第２の流れダクトに配置される。
【０００３】
さらに、本発明は、冷凍システム運転及び加熱運転の組み合わせ用、並びに、後加熱運転で乗員室の空気を調和させるための後加熱運転用の空調システムを運転する方法、並びに、蒸発器として運転される熱伝達媒体の凍結を検出して防止するための方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
長い間、従来技術に属する自動車用の空調システムは、様々な個別の構成要素を有する冷媒回路、例えば従来車両前部に配置された凝縮器と、車両エンジンに結合され且つこれによって駆動される圧縮機と、乗員室に配置された蒸発器並びにホース及び結合部とを備える。空調システムは空気を調和させ、次にこの空気が乗員室内に導かれる。圧縮機は、通常、機械的エネルギを圧縮機シャフトに結合することにより自動車のエンジンによって駆動される。クーラファン及びブロワには車両回路から１２Ｖの電気が供給される。
【０００５】
乗員室用の送風はブロワを介して空調ユニットに吸引され、冷却及び／又は除湿のために冷媒回路の蒸発器を介して導かれる。高い圧力レベルの凝縮器の冷凍モードにおける空調システムの運転時、圧縮機で圧縮された蒸気状の冷媒から熱が抽出され、周囲空気に放出される。
【０００６】
自動車の前部領域の取付け位置において、凝縮器は空気の流れ方向に対して垂直に位置し、たいてい大きな網面を利用し、この網面は、小型自動車の場合、１４ｄｍ2〜１８ｄｍ2の範囲の値を有し、コンパクトクラスの自動車の場合、２０ｄｍ2〜２２ｄｍ2の範囲の値を有し、より大型の自動車の場合、２４ｄｍ2を超える値を有する。
【０００７】
網面とは、熱伝達媒体の入口もしくは出口に空気の流れ方向に対してほぼ垂直に向けられた面であると理解すべきであり、これは流れ面とも呼ばれる。この場合、網面は、熱伝達媒体のリブ状のもしくはリブで形成された領域を含み、空気側の流れ断面に対応する。
【０００８】
熱伝達媒体によって周囲空気を搬送するために、アキシャルファンとして形成されたクーラファンが使用され、このクーラファンが吸引ファンとして、いわゆるクーラモジュールの空気側出口に配置される。アキシャルファンは、圧力差が小さくても大きな空気体積流を搬送するので、空気側に直列に前後に配置され且つ貫流される冷凍モジュールの熱伝達媒体、例えば、エンジン冷却回路の冷却液−空気熱伝達媒体、給気冷却器、及び冷媒回路の凝縮器は、空気の流れ抵抗を低減するために、可能な限り小さな深さで形成される。この場合、深さとは、空気の流れ方向の熱伝達媒体の厚さもしくは空気側の流れの長さであると理解すべきである。
【０００９】
従来技術では、ヒートポンプモード及び熱源としての周囲空気による運転を伴う自動車用の空調システムの場合、冷凍モードで凝縮器として運転される熱伝達媒体が蒸発器として使用される。
【００１０】
冷凍モードにおいて熱が冷媒から周囲空気に放出され、並びにヒートポンプモードにおいて熱が周囲空気から吸収される熱伝達媒体の運転の場合、周囲空気はクーラファン又はクーラファンパケットを介して熱伝達媒体によって吸引される。車速に基づく追加の空気速度なしに、すなわち、車両の停止状態において、クーラファンの最大出力時に、最高３．５ｍ／ｓのほんの小さな空気の平均流れ速度が達成される。
【００１１】
しかしながら、空気の流速は、熱伝達媒体の凍結なしに周囲空気から吸収可能な出力に、従って、熱源としての周囲空気を有するヒートポンプの加熱出力に大きな影響を及ぼす。
熱伝達媒体の後の空気の流れ方向におけるクーラファンの先行技術から公知の配置によって、クーラファンの駆動に生じる損失熱がさらに利用不能である。
【００１２】
従来、冷凍モードで蒸発器として運転される熱伝達媒体には、６００ｋｇ／ｈよりも小さな空気量が加えられる。これに対して、冷凍モードで凝縮器として及びヒートポンプモードで蒸発器として運転される熱伝達媒体には、１８００ｋｇ／ｈよりも明らかに大きな空気量が貫流される。
【００１３】
従来技術から、蒸発器が冷凍モード及びヒートポンプモードの両方で蒸発器として運転され、同様に、凝縮器が冷凍モード及びヒートポンプモードの両方で凝縮器として運転されるヒートポンプ機能を有する空調システムも知られている。この場合、熱流の制御は空気側の流れガイドを介して完全に実現される。
【００１４】
特許文献１（仏国特許出願公開第２７４３０２７号明細書）から、蒸発器、圧縮機、凝縮器及び膨張器のみを備える従来の冷媒回路を有する車両空調システムが知られている。熱伝達媒体は、互いに少なくとも流動技術的に分離して形成された別個の流れダクトに配置される。流れダクトは交差結合部又はバイパスを含む。ブロワによって吸引された空気質量流は、フラップを開閉することにより並びに必要及び運転モードに応じてバイパスを通して貫通して導くことにより熱伝達媒体の面を介して導かれる。この場合、空気質量流は、冷却及び／又は除湿もしくは加温され、次に、乗員室及び／又は周囲に排出される。
【００１５】
特許文献２（独国特許出願公開第１０２０１１０５２７５２号明細書）には、空気を加熱及び冷却するためのモジュール式の車両空調システムが記載されている。車両空調システムは、ブロワと空気流れ経路を調整するためのフラップとを有するハウジングと、凝縮器と蒸発器と圧縮機と膨張器と付属の結合ラインとを有する冷媒回路とを備える。ハウジングには、一体化された蒸発器を有する蒸発器−空気流れ経路、及び一体化された凝縮器を有する凝縮器−空気流れ経路が形成される。各空気流れ経路には、周囲からの新気、乗員室からの循環内気、又は新気及び循環内気の両方からの混合気を加えることが可能である。空気の流れ経路の調整のみによって乗員室の加熱又は冷却が行われるように、両方の空気流れ経路が、制御可能なフラップを介して互いに結合される。
【００１６】
さらに、従来技術から、ヒートポンプモードの運転時に蒸発器の凍結を防止するための調節方法が知られている。この場合、周囲温度に基づく蒸発器の消費電力は、例えば、温度レベルを介してもしくは冷媒の蒸発圧力を介して制限される。
【００１７】
特許文献３（独国特許出願公開第１０２０１１０５１２８５号明細書）は、車両の空調システムのヒートポンプの蒸発器の凍結防止を調節するための方法及び装置を開示している。乗員室は、液体冷媒を蒸発させるための熱源として周囲空気を利用する蒸発器を備えるヒートポンプを用いて加熱される。周囲空気の表面温度速度は、蒸発器の前の周囲空気の温度に基づき、凍結防止を調節するための装置を用いて調節される。調節のために、蒸発器の表面温度が、蒸発器の出口と圧縮機の入口との間の冷媒ラインの部分で測定された冷媒ラインに流れる冷媒の圧力及び温度に関する信号を用いて評価又は算出され、車両の前に存在する周囲空気の露点が計算され、周囲空気の流速及び蒸発器表面の温度レベルが、膨張器の開口断面積、冷媒ラインの冷媒質量流、及びファンの回転数、並びに圧縮機に基づく行程又は圧縮機の回転数を用いて調整される。さらに、蒸発器には、蒸発器の局所的な凍結を防止するために最小の過熱が予め設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２７４３０２７号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１１０５２７５２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１１０５１２８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の課題は、空気を冷却するための熱伝達媒体装置であって、熱伝達媒体を通して流れる冷媒によって空気から効率的に熱が抽出されるべきであり、且つ空気搬送装置の廃熱が熱源として利用可能である熱伝達媒体装置をさらに発展させることである。
【００２０】
本発明の別の課題は、特に自動車に使用するための加熱機能を有する空調システムを提供することにある。空調システムの冷媒回路は最小数の構成要素のみにより、従って、安価で保守が少なく形成されるべきである。さらに、空調システムは、冷凍システム運転及びヒートポンプ運転の組み合わせ用に、並びに乗員室の調和されるべき空気を加熱、冷却及び除湿するための後加熱運転用に構成されるべきであろう。この場合、運転は、低い容量の熱源を有する周囲においても、例えば、エネルギ効率的な内燃機関又は内燃機関と電動機とからなるハイブリッド駆動装置の場合、もしくは駆動装置からの熱源が存在しない場合、例えば、電気的に駆動される自動車の場合、乗員室内の快適な空調に対するすべての要求を満たすことが可能であるべきである。
【００２１】
本発明の別の課題は、特に後加熱運転で効率的な運転が可能である空調システムを運転するための方法を提供することである。
【００２２】
本発明の別の課題は、ヒートポンプモードの運転時に、蒸発器として運転される熱伝達媒体の凍結の開始を検出すること、及び／又は空調システムのヒートポンプ機能を連続的に維持するために凍結を防止することである。この場合、本方法は簡単且つ安価に実現可能であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した課題は、本発明によれば、ブロワと、空気案内部と、冷媒回路に一体化して配置された熱伝達媒体とを備える、空気を冷却するための熱伝達媒体装置によって解決される。熱伝達媒体は、一方で、冷媒によって貫流可能であり、他方で、熱を空気から冷媒に伝達可能であるように空気で付勢可能に形成される。冷媒は熱吸収時に蒸発される。
【００２４】
空気案内部とは、例えば、空気が入口から出口まで導かれて調和される空調システムの流れダクトであると理解すべきである。
【００２５】
本発明の構想によれば、熱伝達媒体装置のブロワは、ブロワの損失熱が、空気が熱伝達媒体に達する前に空気を加温するように、空気の流れ方向に熱伝達媒体の前に配置される。熱伝達媒体は、本発明によれば、直列に配置された管を有する管熱伝達媒体として形成され、この場合、管熱伝達媒体は少なくとも２列に形成される。
【００２６】
ブロワの損失熱を、熱伝達媒体に供給されるべき空気に伝達することによって、空気質量流が約１Ｋ〜５Ｋだけ加温されることが有利である。
【００２７】
本発明の改良によれば、熱伝達媒体は、２ｄｍ2〜１０ｄｍ2の範囲、好ましくは４ｄｍ2〜５ｄｍ2の範囲の流れ面を備える。この流れ面によって、熱伝達媒体は、それぞれ必要な出力を伝達するために、自動車の空調システムの冷凍システム運転及びヒートポンプ運転の両方で蒸発器として使用可能であり、この場合、空調システムの冷凍システムモードで凝縮器として及びヒートポンプモードで蒸発器として運転される従来技術から公知の熱伝達媒体よりも小さな流れ面を備える。
【００２８】
第１の変形実施形態によれば、熱伝達媒体のすべての管列がそれぞれ単流で貫流される。この場合、管列は空気の流れ方向に対して垂直に整列されることが有利である。冷媒は、次の管列の管を通して導かれる前に、管列のすべての管を通して平行方向に流れる。このようにして、異なる管列の管は冷媒側で連続して、すなわち直列に貫流される。
【００２９】
第２の変形実施形態によれば、熱伝達媒体は、複数の管列の少なくとも１つの列が複流で貫流されるように形成される。この場合、冷媒は管列のいくつかの管を通して第１の方向に導かれ、一方、冷媒は、同一の管列の他の管を通して、第１の方向とは反対方向に配置された第２の方向に流れる。冷媒は管列の管を通してそれぞれ平行に流れる。
【００３０】
管列から次の管列への冷媒の貫流は、空気側の流れ方向に又はその反対方向にそれぞれ行うことができ、この結果、熱伝達媒体はクロスパラレルフロー熱伝達媒体として又はクロスカウンタカレントフロー熱伝達媒体として形成される。
【００３１】
熱伝達媒体は平型管から形成されることが有利であり、これらの平型管は、空気の流れ方向に対して垂直に整列され、それらの平坦な側面は空気の流れ方向に整列される。平型管は８ｍｍよりも大きな幅を有する。この場合、平型管の幅は好ましくは１１．５ｍｍ〜１８ｍｍの範囲にある。平型管は１２．３ｍｍ又は１６ｍｍの幅で形成することが有利である。この場合、平型管の幅とは空気の流れ方向の管の延長部であると理解すべきである。
【００３２】
熱伝達媒体の空気側はリブで形成されることが好ましい。この場合、リブは、１ｄｍ当たり１００個未満のリブ密度で、好ましくは、１ｄｍ当たり７０〜８０個のリブ密度で配置されることが有利である。
【００３３】
システムに加熱機能を提供する課題は、既述の熱伝達媒体装置を有する自動車の乗員室の空気を調和させるための空調システムによって解決される。この場合、空調システムは、空気を導くための第１及び第２の流れダクトを有するハウジングと、蒸発器として形成された第１の熱伝達媒体、圧縮機、凝縮器として形成された第２の熱伝達媒体、及び膨張器を有する冷媒回路とを備える。第１の熱伝達媒体は第１の流れダクトに配置され、第２の熱伝達媒体は第２の流れダクトに配置される。この場合、第１の熱伝達媒体は、本発明による熱伝達媒体装置の熱伝達媒体に対応する。
【００３４】
本発明の構想によれば、空調システムは、乗員室を冷却するための冷凍システム運転及び乗員室を加熱するためのヒートポンプ運転の組み合わせ用に、並びに、後加熱運転用に設計される。それぞれの運転モードの調整は、空調システムのハウジングの内部に配置された空気案内装置の制御のみを介して行われ、冷媒回路の調節を介せずに行われる。第１の熱伝達媒体は、本発明によれば、運転モードとは無関係に、運転モードでそれぞれ必要な出力が、熱伝達媒体面を介して導かれた空気質量流から冷媒に伝達可能であるように、空気質量流を冷却及び／又は除湿するための蒸発器として形成され且つ運転可能である。
【００３５】
蒸発器として形成された第１の熱伝達媒体は、冷凍システムモード及びヒートポンプモードの両方の運転時に、冷媒側及び空気側でそれぞれ同一の方向に貫流される。
【００３６】
第２の熱伝達媒体は運転モードとは無関係に、好ましくは凝縮器又はガス冷却器として形成され、空気質量流を加温するために運転される。
【００３７】
熱伝達媒体装置により、有利には、
−ヒートポンプモードにおいて、
−空気質量流を３．５ｍ／ｓよりも高い空気速度、好ましくは約５ｍ／ｓで蒸発器に搬送することができ、
−６００ｋｇ／ｈを超える、好ましくは約１，０００ｋｇ／ｈの空気質量流を蒸発器に搬送することができ、この蒸発器は、例えば、蒸発器内への空気入口温度が＋１０℃よりも低く、好ましくは０℃よりも低く、また出力が１ｋＷを超えた場合に、１０Ｋよりも低く、好ましくは５Ｋよりも低く、僅かにのみ冷却され、
−０．３ｋＷ〜６ｋＷの範囲の出力を伝達することができ、この場合、例えば、周囲温度が−１０℃である場合に、０．５ｋＷ〜６ｋＷの範囲、好ましくは２ｋＷ〜３ｋＷの範囲の出力が伝達可能であり、
−冷却システムモードにおいて、
−６００ｋｇ／ｈよりも小さい、好ましくは約４００ｋｇ／ｈの空気質量流を蒸発器に搬送することができ、この場合、２ｋＷよりも高い出力が伝達可能であり、
−０．５ｋＷよりも高い出力を伝達することができ、この場合、例えば、周囲温度が＋３０℃を超えた場合に、４ｋＷ〜８ｋＷの範囲、好ましくは約６ｋＷの出力が伝達可能である。
【００３８】
ヒートポンプ機能、すなわち、第１の空気質量流を冷却及び／又は除湿し、同時に第２の空気質量流を加温することを含む空調システムは、再加熱運転とも呼ばれる後加熱運転で運転可能であることが有利である。この場合、後加熱運転は、純粋な後加熱運転として、すなわち、調和されていない空気を混合することなく可能である。
【００３９】
空気の冷却及び／又は除湿並びに空気の加熱又は後加熱の工程は空気側のみで制御される。冷媒回路は、異なる運転モードとは無関係に運転され、運転モード間では切り替えられない。この場合、熱流の制御は空気側の流れガイドを介して完全に実現される。一方で凝縮器としての、他方で蒸発器としての熱伝達媒体の運転の切り替えが不要である。例えば、膨張器の開口断面積及び／又は圧縮機の回転数のみが、周囲温度又は空気質量流等の外部条件に基づいて調節される。
【００４０】
冷却及び加熱のための冷凍システム運転及びヒートポンプ運転の組み合わせ用、並びに、自動車の乗員室の空気を調和させるための後加熱運転用の空調システムを運転するための本発明による方法は、後加熱運転において次の段階、すなわち、
−空調システムで第１の部分空気質量流及び第２の部分空気質量流を搬送する段階と、
−蒸発器を溢流する際に第１の部分空気質量流を冷却する段階と、
−冷却された第１の部分空気質量流を、周囲に導出される部分空気質量流と、後加熱のための部分空気質量流と、冷凍空気質量流とに分割する段階と、
−凝縮器の熱伝達媒体面を溢流する際に、第２の部分空気質量流と後加熱のための部分空気質量流とを加温する段階と、
−後加熱された部分空気質量流と、予め調和された冷凍空気質量流とを混合する段階であって、
−利用される冷却能力が、蒸発器の後の第１の部分空気質量流の温度と、蒸発器内の冷媒の圧力レベルとを介して調節され、
−混合された空気質量流の温度が、空気質量流に配置された少なくとも１つの温度センサを介して検出され、且つ空気案内装置の位置を通る後加熱のための部分空気質量流と、予め調和された冷凍空気質量流との比率を介して調節される段階と、
−混合された空気質量流を乗員室内に導く段階と、を含む。
【００４１】
温度を決定するために、冷却された第１の部分空気質量流の内部及び混合された空気質量流の内部の両方に、温度センサが配置されることが好ましい。
【００４２】
冷却能力は、蒸発器、従って、蒸発器内の冷媒の圧力レベルを介して、第１の部分空気質量流を導くための空気案内装置によって調節される。
【００４３】
第１の変形実施形態によれば、第１及び第２の部分空気質量流は共通の空気質量流として、空調システム内に導かれ、空調システムの内部で分割される。
第２の変形実施形態によれば、第１及び第２の部分空気質量流は、別個の部分空気質量流として空調システム内に導かれる。この場合、部分空気質量流は、異なる温度及び／又は絶対空気湿度を有することができる。
【００４４】
冷却された第１の部分空気質量流を、周囲に導かれるべき部分空気質量流と後加熱のための部分空気質量流と冷凍空気質量流とに分割することは、必要に応じて、空気量、温度及び空気湿度に関して、乗員室に搬送されるべき空気質量流で行われる。
【００４５】
本発明の発展によれば、後加熱のための部分空気質量流と、予め調和された冷凍空気質量流との比率は０％〜１００％の間で調節される。この場合、周囲に導出されない冷却された第１の部分空気質量流の割合は、０％〜１００％の割合に分割可能である。０％もしくは１００％の分割の場合、全体の部分空気質量流は後加熱のための部分空気質量流として又は冷凍空気質量流として転送される。０％又は１００％とは異なる分割の場合、割合は、後加熱のための部分空気質量流及び冷凍空気質量流の両方として導かれる。
【００４６】
第１及び第２の部分空気質量流は、凝縮器の熱伝達媒体面を溢流する際に混合されないかあるいは無視できる程度に混合されることが有利である。
【００４７】
後加熱のための加熱出力は、凝縮器の熱伝達媒体面を第１及び第２の領域に分割することを介して、及び凝縮器の第２の領域を通して導かれた第２の部分空気質量流によって、並びに空気案内装置の位置を通る後加熱のための部分空気質量流と、予め調和された冷凍空気質量流との比率によって調節されることが有利である。従って、加熱出力は、凝縮器内の冷媒の圧力レベルを介しても調節される。
【００４８】
空調システムの蒸発器の凍結を検出して防止するための本発明による方法は、次の段階、すなわち、
−蒸発器に設けられたブロワの消費電流を測定する段階と、
−蒸発器を通して空気を搬送するためのブロワの消費電力を決定する段階と、
−ブロワの消費電力と目標値とを比較する段階であって、目標値がブロワの特性曲線からの比較値として計算される段階と、
−目標値を下回った場合に凍結防止のための措置を開始するか又は解氷作動を開始する段階と、を含む。
【００４９】
ブロワの消費電力は、主に、搬送された空気量及び従属的にのみ熱伝達媒体装置の空気側の流れ抵抗に関係する。熱伝達媒体面の凍結の開始時に増大する流れ抵抗のため、ブロワを変更しないでは同一の空気量をもはや搬送することはできない。空気量、従って消費電力が低下する。ブロワの特性曲線として、流れ抵抗に関係する空気の達成可能な搬送量が記録される。従って、蒸発器に設けられたブロワの消費電流の測定を用いて、凍結の開始が検出可能であり、凍結防止のための措置又は解氷作動を開始することができる。
【００５０】
要約すると、本発明による解決は、多様な利点、すなわち、
−同時の除湿及び加熱のための効率的な空調システム、
−周囲温度が低い場合に暖かい空気の迅速な提供、及び内燃機関を有する自動車の低温のエンジン冷却水の迅速な提供、
−冷媒回路の複雑さの最小化、すなわち、本質的に切替弁の省略、及び膨張弁、熱伝達媒体及び冷媒ラインの数の最小化、
−循環内気運転によって及び／又は流れダクトの内部の適切な空気案内によって乗員室を加熱するための必要な出力の低減を有する。
【００５１】
本発明のさらなる詳細、特徴及び利点は、添付図面に関連して実施例の以下の説明から明らかになる。中央に配置された凝縮器及び４つのフラップを有する空調システムが示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】２つのブロワを備えた実施形態の図である。
【図２ａ】１つのブロワを備えた実施形態の図である。
【図２ｂ】冷凍システムモードの図２ａによる空調システムの図である。
【図２ｃ】除湿を有する後加熱モードの図２ａによる空調システムの図である。
【図２ｄ】ヒートポンプモードの図２ａによる空調システムの図である。
【図２ｅ】混合運転の図２ａによる空調システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、凝縮器として形成された中央に配置された熱伝達媒体８と、第１の流れダクト３並びに第２の流れダクト４を備えるハウジング２とを有する空調システム１を示しており、この場合、各々の流れダクト３、４にブロワ５、６が付設され、周囲からの新気、乗員室９からの循環内気又はそれらの両方からなる混合気がブロワに加えられる。
【００５４】
この場合、中央の配置とは、２つの等しい大きさの領域に熱伝達媒体８を分割する隔壁１０に対する熱伝達媒体８の配向と理解すべきである。第２の領域は、第２の流れダクト４の内部に配置されて、流れダクト４の流れ断面の全体を覆う。熱伝達媒体８の第１の領域は、第１の流れダクト３の内部に配置されて、流れダクト３の部分断面のみを覆う。
【００５５】
第２の流れダクト４には、凝縮器８のみが配置されるが、第１の流れダクト３には、さらに、蒸発器として形成された熱伝達媒体７が配置され、この場合、それらの両方は、空調システム１の冷媒回路の構成要素として、且つ空気が加えられる熱伝達媒体７、８として形成される。この場合、蒸発器７は、流れダクト３の流れ断面全体を占める。凝縮器８は、流れダクトに重なって配置され、２つの領域を備える。第２の領域は、第２の流れダクト４の内部に、流れ断面全体を覆うように配置され、当該領域の延長部は第１の流れダクト３内に達し、この結果、凝縮器８の第１の領域は第１の流れダクト３の内部に配置される。第１及び第２の流れダクト３、４は、隔壁１０によって、並びに可動フラップとして形成された２つの追加の空気案内装置１９、２０によって、及び空気案内プレートとして形成された静的な空気案内装置２１、２２によって互いに分離される。凝縮器８を通して導かれる空気質量流は、ブロワ６の回転数及び空気案内装置１９、２０の位置に応じて決定される。
【００５６】
流れダクトに重なる凝縮器８の配置により、２つの領域への熱伝達面の調節可能な分割が行われる。この場合、凝縮器８は、熱伝達面全体の０％〜１００％の範囲に分割可能である。０％もしくは１００％の分割では、凝縮器８は、流れダクト３、４に完全に配置される。０％又は１００％とは異なる熱伝達面の分割による熱伝達媒体装置の場合、領域は、部分的に流れダクト３の内部に及び流れダクト４の内部に配置され、例えば、熱伝達面の３０％の分割による熱伝達媒体装置の場合、平面の３０％が流れダクト３の内部に、７０％が流れダクト４の内部に配置される。
【００５７】
本発明の変形実施形態（図示せず）によれば、流れダクトに重なる凝縮器８の配置により、同様に２つの領域への熱伝達面の調節不可能な分割が行われる。この場合、凝縮器８は、再び、熱伝達面全体の０％〜１００％、しかし好ましくは０％〜３０％の範囲に分割される。
【００５８】
別々に調節可能なブロワ５、６は、空調システム１の有利な動的特性をもたらすが、この理由は、蒸発器７を有する第１の流れダクト３及び凝縮器８を有する第２の流れダクト４に、異なる速度の空気質量が加えられ、これによって、運転状態の変更に対する迅速な反応を可能にするからである。
【００５９】
第１の流れダクト３のブロワ５は、吸入された空気を空気質量流として蒸発器７に案内する。蒸発器７の熱伝達面を溢流する際、空気質量流は冷却され及び／又は除湿される。
【００６０】
蒸発器７から流出する冷却され及び／又は除湿された部分空気質量流は、冷気流れ経路１１を介して周囲にまた冷気流れ経路１２を介して乗員室９に、必要な比率で分割可能であるか、あるいは冷気流れ経路１１、１２の一方に完全に割り当てることができる。部分空気質量流は、フラップとして形成された空気案内装置１３によって分割される。
【００６１】
冷気流れ経路１２を通る部分空気質量流は、再び冷気質量流と後加熱のための部分空気質量流とに分割可能である。冷気流れ経路１２を通して案内される冷気質量流は、バイパスダクト１４を通して凝縮器８の周りに導かれる。後加熱のための部分空気質量流は、凝縮器８の第１の部分を介して導かれ、環境調節によって予め設定された温度に加熱される。
【００６２】
ブロワ５と同様に、ブロワ６は空気を吸入し、吸入された空気を空気質量流として凝縮器８に案内する。凝縮器８の熱伝達面を溢流する際、空気質量流が加温される。
【００６３】
凝縮器８から流出する温風質量流は、温風流れ経路１５を介した周囲への部分空気質量流として、また温風流れ経路１６を介して乗員室９に必要な比率で部分空気質量流に分割可能であるか、あるいは温風流れ経路１５、１６の一方に完全に割り当てることができる。温風質量流は、フラップとして形成された空気案内装置１７によって分割される。
【００６４】
変形例として、フラップとして形成された空気案内装置１３、１７をそれぞれ２つの別個のフラップとして形成することができ、この場合、それぞれ２つのフラップが冷気流れ経路１１、１２の内部に、２つのフラップが温風流れ経路１５、１６の内部に配置される。この場合、それぞれ２つのフラップは、それぞれ１つの運動学的な装置によって連結され、唯一の駆動装置によって調整可能である。
【００６５】
互いに調整された形状を備える空気案内装置１９、２０並びに空気案内プレート２１、２２は、熱伝達媒体用の空気案内装置を形成し、蒸発器７を貫流する際に冷却され且つ調和された流れダクト３の内部の空気質量流と、調和されていない第２の流れダクト４の空気質量流との混合の阻止に使用される。
【００６６】
空気案内プレートとして形成された空気案内装置２１、２２は、隔壁１０に対して平行に整列されて配置され、この結果、隔壁１０に沿って流れる空気質量流は、空気案内プレート２１、２２に当たって流れる際に、また側を流れもしくは貫流する際に流れ方向の方向転換を経験しない。
【００６７】
両側でそれぞれ流れダクト３、４内に、従って隔壁１０からさらに遠くに配置された空気案内プレート２１、２２は、増大する長さＬを有する。空気案内プレート２１、２２が隔壁１０からさらに遠く配置されると、空気案内プレート２１、２２の長さＬはそれだけ大きくなり、この場合、互いに並んで配置された空気案内プレート２１、２２の長さＬは、空気案内プレート２１、２２の配置全体の端部が２つの凹状に形成された面２３、２４を形成するように増大する。面２３、２４は、それぞれ長方形に形成され、またそれぞれ面２３、２４に対して平行に整列される軸２５、２６の周りに均一に曲げられ、この結果、長方形の面２３、２４の第１の２つの対向する側縁部は、それぞれ１つの直線を形成し、一方、第２の２つの対向する側縁部は円弧を描く。
円弧の中心点は、それぞれ軸２５、２６を示し、これらの軸の周りに長方形の面２３、２４が曲げられる。この場合、軸２５、２６は、可動の空気案内装置１９、２０の回転軸２５、２６に対応する。円弧状に曲げられた面２３、２４の半径は、空気案内装置１９、２０の縦方向延長部に対応し、すなわち、流れダクト３、４を通る空気質量流の流れ方向の可動の空気案内装置１９、２０の延長部に対応する。
【００６８】
揺動可能な空気案内装置１９、２０は、回転軸２５、２６と反対側の側縁部により、凹状に湾曲した、空気案内プレート２１、２２の端部によって付勢された面２３、２４に対して整列される。空気案内装置１９、２０の自由な可動性のために、面２３、２４と空気案内装置１９、２０の側縁部との間に、空気質量流の流れに影響を及ぼさないかあるいは影響が無視できる程度である最小の幅の隙間が残る。
【００６９】
反対の回転方向２７、２８のそれぞれの回転軸２５、２６を中心とする空気案内装置１９、２０の同時の回転によって、第１の流れダクト３並びに第２の流れダクト４の凝縮器８の領域の割合が調整可能である。この場合、凝縮器８の領域の分割は、ほぼ無段階に行うことができる。空気案内装置１９、２０の回転の内部の可能な段階は、流れダクト３、４を通る空気質量流の流れ方向に対して垂直の空気案内プレート２１、２２の間隔から得られる。空気案内装置１９、２０は、回転に従って、回転軸２５、２６に対して平行に且つ回転軸２５、２６から離れて配置された側縁部が、空気案内プレート２１、２２の端部に対向し、これによって、空気質量流が貫通する流れ面に沿って流れることができるように整列される。空気案内プレート２１、２２に関して空気案内装置１９、２０の中間位置に発生する漏流は、無視できる。中間位置とは、空気案内装置１９、２０の側縁部が空気案内プレート２１、２２の縁部に正確に対向せず、２つの空気案内プレート２１、２２の間に配置される空気案内装置１９、２０の位置と理解すべきである。
【００７０】
空気案内プレート２１、２２の最大の縦方向延長部までの、すなわち第２の流れダクト４の外側ハウジング壁部に到達するまでの回転方向２７、２８の空気案内装置１９、２０の回転の際、全体の凝縮器８は、第１の流れダクト３の内部に配置される。空気案内装置１９、２０は第１の端部位置にある。空気案内プレート２１、２２の最大の縦方向延長部までの回転方向２７、２８と反対に置かれた空気案内装置１９、２０の回転の際、すなわち第１の流れダクト３の外側ハウジング壁部の方向もしくはバイパスダクト１４の方向の回転の際に、全体の凝縮器８は、第２の流れダクト４の内部に配置される。空気案内装置１９、２０は第２の端部位置にある。両方の端部位置とならんで、空気案内装置１９、２０は中間位置で調整可能である。中央の中間位置が図１に示されている。
【００７１】
冷凍システムモード又はヒートポンプモードの運転時に、空気案内装置１９、２０は第２の端部位置に配置される。凝縮器８は、熱伝達面と共に完全に第２の流れダクト４の内部に配置される。
【００７２】
冷凍システムモードの運転時に、空気案内装置１３はバイパスダクト１４を開放し、周囲への冷気流れ経路１１を閉鎖し、この結果、ブロワ５を通して吸入され、第１の流れダクト３を通して蒸発器７に搬送され、並びに蒸発器７を溢流する際に冷却され且つ除湿された空気質量流は、バイパスダクト１４と冷気流れ経路１２とを通して乗員室９に導かれる。他方で、第２の流れダクト４のブロワ６によって凝縮器８に搬送され、且つ凝縮器８を溢流する際に加温された空気質量流は、空気案内装置１７によって開放される温風流れ経路１５を通して周囲に運ばれる。温風流れ経路１６は閉鎖される。空気案内装置１９、２０は、凝縮器８が完全に第２の流れダクト４に配置されるように整列される。
【００７３】
ヒートポンプモードの運転時に、すなわち乗員室９に供給されるべき空気の加温の際に、空気案内装置１３は冷気流れ経路１１を開放し、バイパスダクト１４を閉鎖し、この結果、ブロワ５を通して吸入され、第１の流れダクト３を通して蒸発器７に搬送され、並びに蒸発器７を溢流する際に冷却された空気質量流は、冷気流れ経路１１を通して周囲に運ばれる。他方で、ブロワ６によって吸入され且つ第２の流れダクト４を通して凝縮器８に搬送され、また凝縮器８を溢流する際に加温された空気質量流は、今や空気案内装置１７によって開放される温風流れ経路１６を通して乗員室９に導かれる。一方、温風流れ経路１５は閉鎖される。
空気案内装置１９、２０は、凝縮器８が完全に第２の流れダクト４に配置されるように整列される。
【００７４】
この場合、ブロワ５、６は、流れダクト３、４を通る空気質量流の流れ方向に、それぞれ蒸発器７及び凝縮器８の前に配置される。ブロワ５、６の損失熱を空気に伝達することによって、空気質量流は、それぞれ約１Ｋ〜５Ｋだけ加温され、加温された状態で蒸発器７並びに凝縮器８に導かれる。これにより、ブロワ５、６の損失熱は、乗員室に供給されるべき空気を加温するために利用可能である。
【００７５】
後加熱モードの運転時に、空気案内装置１３、１７は、必要に応じて完全開と完全閉との間の様々な位置に配置され、空気案内装置１９、２０はそれらの位置の端部位置の間に配置される。空気案内装置１３の位置並びにブロワ５の回転数によって、予め調和された加温されるべき空気質量流が変更される。
【００７６】
蒸発器７として形成された熱伝達媒体は、運転モードとは無関係に、すなわち冷凍システムモード及びヒートポンプモードの両方の運転時に、常に一方で、熱吸収のために冷媒が利用され、この場合、他方で、空気質量流が冷却され及び／又は除湿される。
【００７７】
凝縮器８として形成された熱伝達媒体が、同様に運転モードとは無関係に、冷媒から空気質量流に熱放出するために常に使用される。
【００７８】
図２ａ〜図２ｅによる実施形態は、図１による空調システム１と比較して、第１の流れダクト３を通る空気質量流及び第２の流れダクト４を通る空気質量流の両方を搬送する１つのみのブロワ２９を備える。この空調システム１は、空気案内装置１３、１９、２０として形成された制御のために十分であるほぼ３つの空気案内要素を含む。この場合、空気案内装置２０は、図１の空気案内装置１７の機能、すなわち温風流れ経路１５、１６の開閉を引き受ける。第４のフラップとして形成された空気案内装置１８は、バイパスダクト１４の開閉に使用される。さらに、空気案内装置１８により、蒸発器７もしくは凝縮器８を介して空気質量流の比率を調整することができる。
【００７９】
図２ｂによる冷凍システムモードの運転時に、空気案内装置１９、２０は第２の端部位置に配置され、この結果、凝縮器８は完全に第２の流れダクト４の内部に配置される。空気案内装置１３は、冷気流れ経路１２を開放し、周囲への冷気流れ経路１１を閉鎖する。蒸発器７を溢流する際に冷却され且つ除湿された空気質量流は、冷気流れ経路１２を通して乗員室９に導かれる。凝縮器８を溢流する際に加温された空気質量流は、空気案内装置２０によって開放される温風流れ経路１５を通して周囲に案内される。温風流れ経路１６は閉鎖される。
【００８０】
図２ｄによる調和されていない空気を有するヒートポンプモードの運転時、空気案内装置１３は冷気流れ経路１１を開放し、乗員室９への冷気流れ経路１２を閉鎖し、この結果、蒸発器７を溢流する際に冷却された空気質量流は、冷気流れ経路１１を通して周囲に運ばれる。他方で、凝縮器８を溢流する際に加温された空気質量流は、今や空気案内装置２０によって開放される温風流れ経路１６を通して乗員室９に搬送され、一方、温風流れ経路１５は閉鎖される。
【００８１】
空気案内装置１９、２０は、互いに反対方向に配置される。空気案内装置１９は第１の端部位置にあり、一方、空気案内装置２０は第２の端部位置に配置され、同時に温風流れ経路１５を閉鎖し、並びに温風流れ経路１６を開放する。
【００８２】
純粋なヒートポンプモードの運転又は調和されていない空気による加熱運転は、乗員室９に供給されるべき空気の除湿が必要でないか又は所望でない場合に切り替えられる。ブロワ２９は、吸入される空気の流れ方向に蒸発器７及び凝縮器８の前に配置され、この結果、ブロワ２９の損失熱を空気に熱伝達することによって、空気質量流は約１Ｋ〜５Ｋだけ加温され、加温された状態で蒸発器７並びに凝縮器８に導かれる。これにより、ブロワ２９の損失熱は、乗員室に供給されるべき空気を加温するために利用可能である。
【００８３】
フルの加熱運転による加温及び乗員室９に供給されるべき空気の同時の除湿が必要な場合、第２の流れダクト４が空気案内装置１９によって閉鎖され、この場合、空気案内装置１９は、空気案内装置２０と同様に第２の端部位置にあり、このことは図２ｃから読み取られる。ブロワ２９によって搬送される空気質量流全体は、蒸発器７を介して案内される。空気案内装置１８がバイパスダクト１４を閉鎖するであろう。
【００８４】
凝縮器８において放出されるべき熱出力は、蒸発器７、圧縮機及び凝縮器８を含む閉鎖した冷媒回路では、蒸発器７及び圧縮機の冷媒に供給される出力の和から得られ、従って、凝縮器８における熱出力は、圧縮機で供給される出力だけ蒸発器７に供給される出力よりも大きいので、空気は、凝縮器８の熱伝達面を溢流する際に僅かにのみ加温することができる。従って、同一の空気質量流では、単に圧縮機出力並びに空気の純粋な除湿による出力を再び供給することができ、この場合、システムの損失もなお考慮すべきである。
【００８５】
凝縮器８におけるより大きな熱出力を達成するために、また乗員室９に供給されるべき空気質量流をより強く加温するために、蒸発器７を介して流され並びにこの際に冷却され且つ除湿される空気質量流の第１の部分が周囲に導出され、一方、空気質量流の第２の部分は凝縮器８を介して案内され、この際に加温され、次に乗員室９に搬送される。空気質量流は、バイパスダクト１４に配置された空気案内装置１８の制御部によって分割される。
【００８６】
乗員室９に搬送される空気質量流は、周囲に排出された部分だけ低減されるので、乗員室９に搬送される空気質量流のより強い加温が可能である。
【００８７】
図２ｅが示すように、空調システム１は、冷凍システムモード及び純粋な加熱モードにおける運転に加えて、混合モードにおいても運転可能である。この場合、調和された空気は、冷却され且つ除湿された空気の部分から、並びに冷却され、除湿され且つ再加温された空気の部分から構成される。
【００８８】
ブロワ２９は、第１の流れダクト３を通して、蒸発器７を介して完全に流れ、この際に冷却且つ除湿される空気質量流を搬送し、並びに第２の流れダクト４を通して、凝縮器８の部分領域を介して案内され、且つ蒸発器７に吸収された熱を再び誘導する空気質量流を搬送する。この場合、空気案内装置１９、２０は、凝縮器８の第２の領域が第２の流れダクト４に、及び凝縮器８の第１の領域が第１の流れダクト３に配置されるように整列される。第２の流れダクト４を通して搬送される空気質量流は、空気案内装置２０によって開放される温風流れ経路１５を通して周囲に導出される。
【００８９】
蒸発器７を介して流れる際に調和された空気質量流の第１の部分は、空気案内装置１８を開放することによってバイパスダクト１４を通して冷気流れ経路１２に導かれる。空気質量流のこの部分はさらに調和されない。蒸発器７を介して案内された部分空気質量流の第２の部分は、流れダクト４の部分空気質量流に対して平行に凝縮器８の第１の領域を介して温風流れ経路１６に案内され、この際に加温される。バイパスダクト１４を通して導かれ、さらに調和されない、すなわち冷却及び除湿のみが行われる冷気流れ経路１２からの部分空気質量流は、さらに凝縮器８を介して導かれ、この際に加温される温風流れ経路１６からの部分空気質量流と混合され、次に乗員室９に導入される。
【符号の説明】
【００９０】
１        空調システム
２        ハウジング
３        第１の流れダクト
４        第２の流れダクト
５、６    ブロワ
７        熱伝達媒体、蒸発器
８        熱伝達媒体、凝縮器
９        乗員室
１０        隔壁
１１、１２  冷気流れ経路
１３        冷気流れ経路の空気案内装置／フラップ
１４        第１の流れダクトのバイパスダクト
１５、１６  温風流れ経路
１７        温風流れ経路の空気案内装置／フラップ
１８        バイパスダクト用の空気案内装置／フラップ
１９        凝縮器に当たって流れるための第１の流れダクトと第２の流れダクトとの間の空気案内装置／フラップ
２０        凝縮器に当たって流れる際の第１の流れダクトと第２の流れダクトとの間の空気案内装置／フラップ
２１、２２  静的な空気案内装置／空気案内プレート
２３、２４  静的な空気案内装置の面
２５、２６  空気案内装置の軸、回転軸
２７、２８  空気案内装置の回転方向
２９        ブロワ
Ｌ  長さ
【図１】
2014061878.tif 000003
【図２ａ】
2014061878.tif 000004
【図２ｂ】
2014061878.tif 000005
【図２ｃ】
2014061878.tif 000006
【図２ｄ】
2014061878.tif 000007
【図２ｅ】
2014061878.tif 000008
【外国語明細書】
2014061878000001.pdf