(57)【要約】【課題】冷媒回路に組み込まれ、冷媒及び空気が供給可能である熱交換器を備えた熱交換器装置を提供する。【解決手段】本発明は、冷媒回路（６０）に組み込まれ、冷媒の貫流が可能であり、且つ空気供給が可能に形成されている熱交換器（８）を有し、熱は、冷媒から空気へ伝達され、熱交換器（８）は、互いに分離して形成された２つの構成部品（８ａ、８ｂ）を有し、第１構成部品（８ａ）は、凝縮面及び抜熱面を備えて形成され、第２構成部品（８ｂ）は、過冷却面を有し、構成部品（８ａ、８ｂ）間には冷媒側に冷媒相分離要素が配置され、熱交換器は、列で配置された管を有する管型熱交換器として形成されており、第１構成部品（８ａ）は、少なくとも２列に形成されており、第２構成部品（８ｂ）は、少なくとも１列に形成され、空気は、冷媒の凝縮の温度レベルよりも高い温度レベルへの暖めが可能である。【選択図】図５ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を冷媒から空気へ伝達可能であり、その際に前記冷媒が抜熱、凝縮、及び過冷却されるように、冷媒回路（６０）に組み込まれ、冷媒の貫流が可能であり、且つ空気の供給が可能である熱交換器（８）を有する、空気を暖める熱交換器装置であって、
前記熱交換器（８）は、
互いに分離して形成された２つの構成部品（８ａ、８ｂ）を有し、
凝縮面及び抜熱面を有する前記第１構成部品（８ａ）と、過冷却面を有する第２構成部品（８ｂ）とが形成されており、且つ、
前記構成部品（８ａ、８ｂ）間には冷媒側に冷媒相分離要素が配置されており、
列で配置された管を有する管型熱交換器として形成されており、前記第１構成部品（８ａ）は、少なくとも２列に形成されており、前記第２構成部品（８ｂ）は、少なくとも１列に形成され、
前記冷媒の凝縮の温度レベルよりも高い温度レベルへの空気の暖めが可能であることを特徴とする熱交換器装置。
【請求項２】
前記熱交換器（８）は、交差向流型熱交換器として形成されている請求項１記載の熱交換器装置。
【請求項３】
前記熱交換器（８）は、扁平管から形成されており、前記扁平管は、８ｍｍよりも大きい幅を有する請求項１又は２に記載の熱交換器装置。
【請求項４】
前記熱交換器（８）は、前記構成部品（８ａ、８ｂ）に並行して空気が供給可能であるように形成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項５】
前記熱交換器（８）は、前記熱交換面を少なくとも２つの部分領域に分割するための空気ガイド機構を有し、
前記部分領域には、異なった空気質量流が供給可能であり、且つ、
一方の部分領域は、前記熱交換器（８）の熱交換面全体の０％〜１００％の範囲を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の熱交換器装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至５の何れか１項に記載の熱交換器装置を備えた自動車の客室（９）の空気を調和する空調システム（１）であって、
前記空調システム（１）は、空気を誘導するための第１フローチャネル（３）と第２フローチャネル（４）とを備えたハウジング（２）を有し、
冷媒回路（６０）は、第１熱交換器（７）と圧縮機（６１）と第２熱交換器（８）と膨張素子（６７）とを有し、前記第１熱交換器（７）は、第１フローチャネル（３）に配置され、前記第２熱交換器（８）は、前記第２フローチャネル（４）に配置されており、
前記空調システム（１）は、前記客室（９）を冷却及び加熱する冷却設備運転及びヒートポンプ運転、並びに再熱運転のために形成されており、前記第２熱交換器（８）は、前記運転モードに関係なく凝縮器として形成され、且つ作動可能であることを特徴とする空調システム。
【請求項７】
冷却及び加熱する冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに自動車の客室（９）の空気を調和する再熱運転のために空調システム（１）を作動させる方法であって、  前記再熱運転において、
第１部分空気質量流と第２部分空気質量流とを前記空調システム（１）に導入するステップと、
蒸発器（７）を流れた後の前記第２部分空気質量流を、前記再熱のための部分空気質量流と冷気質量流とに分割するステップと、
前記第１部分空気質量流と前記再熱のための部分空気質量流とを凝縮器（８）の熱交換面を流れる際に前記冷媒の凝縮温度よりも高い温度に暖めるステップであって、前記第１部分空気質量流が加熱され、且つ、前記再熱のための部分空気質量流が再熱され、熱出力が空気側で制御される、ステップと、
前記第１部分空気質量流を周囲に導出するステップと、
前記再熱された部分空気質量流を予め調節された冷気質量流と混合するステップであって、前記再熱のための熱出力が前記第２部分空気質量流の配分比率を介して制御され、前記混合された空気質量流の温度が、前記空気質量流中に配置された温度センサを介して検出され、且つ前記凝縮器（８）内の冷媒の圧力レベルを介して制御されるステップと、
前記混合された第２部分空気質量流を前記客室（９）に導入するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項８】
前記空気質量流は、２０００ｋｇ／ｈよりも小さい値を有する請求項７記載の方法。
【請求項９】
冷却及び加熱する冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに自動車の客室（９）の空気を調和する再熱運転のために空調システム（１）を作動させる方法であって、  前記再熱運転において、
凝縮器（８）の第１領域に第１部分空気質量流を供給し、且つ前記凝縮器（８）の第２領域に第２部分空気質量流を供給するステップであって、前記部分空気質量流は、異なった温度及び／又は異なった絶対空気湿度を有するステップと、
前記凝縮器（８）によって伝達された出力を、前記凝縮器（８）の領域の面の分割と、前記凝縮器（８）の第１領域を通じて誘導される部分空気質量流とを介して制御するステップと、
前記凝縮器（８）の第１領域を通じて誘導される部分空気質量流を周囲へ排出するステップと、
前記凝縮器（８）の第２領域を通じて誘導される部分空気質量流の温度を、前記凝縮器（８）内の冷媒の圧力レベルを介して制御するステップであって、前記温度は、空気の流れ方向で前記凝縮器（８）の下流に配置された温度センサを介して検出されるステップと、
前記凝縮器（８）の第２領域を通じて誘導される部分空気質量流を前記客室（９）に導入するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
冷却及び加熱する冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに自動車の客室（９）の空気を調和する再熱運転のために空調システム（１）を作動させる方法であって、  前記再熱運転において、
凝縮器（８）の第１領域に第１部分空気質量流を供給するステップと、
蒸発器（７）を通った後の前記第２部分空気質量流を、前記再熱のための部分空気質量流と冷気質量流とに分割するステップと、
前記凝縮器（８）の第２領域に前記再熱のための部分空気質量流を供給するステップと、
前記再熱のための熱出力を前記凝縮器（８）の領域の面の分割と、前記凝縮器（８）の第１領域を通じて誘導される部分空気質量流とを介して、且つ前記第２部分空気質量流の配分比率を介して制御するステップと、
前記凝縮器（８）の第１領域を通じて誘導される部分空気質量流を周囲へ排出するステップと、
前記再熱された部分空気質量流を予め調節された冷気質量流と混合するステップと、
前記凝縮器（８）の第２領域を通じて誘導される部分空気質量流の温度を、前記凝縮器（８）内の冷媒の圧力レベルを介して制御するステップであって、前記温度は、空気の流れ方向で前記凝縮器（８）の下流に配置された温度センサを介して検出されるステップと、
前記混合された第２部分空気質量流を前記客室（９）に導入するステップと、
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、冷媒回路に組み込まれ、冷媒及び空気が供給可能である熱交換器を備える、空気を暖める熱交換器装置に関する。熱は、冷媒から空気へ伝達される。
また、本発明は、熱交換器装置を備えた、自動車の客室の空気を調和する空調システムに関する。空調システムは、空気を誘導するための第１フローチャネルと第２フローチャネルとを備えたハウジング、並びに第１熱交換器と、圧縮機と、熱交換器装置の熱交換器に相当する第２熱交換器と、膨張素子とを備えた冷媒回路を有し、第１熱交換器は第１フローチャネルに配置され、第２熱交換器は第２フローチャネルに配置されている。
さらに、本発明は、冷却設備運転及び加熱運転、並びに再熱運転で客室の空気を調和する再熱運転のために空調システムを作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前から従来技術に属する自動車の空調設備は、慣習的に車両の正面に配置される凝縮器、車両エンジンに接続され車両エンジンによって駆動される圧縮機、客室に配置された蒸発器、及びパイプやコネクタなどの種々異なる個別構成部品を有する冷媒回路を備えている。空調設備が空気を調和し、続いて、空気が客室に導入される。圧縮機は、通例、自動車のエンジンによって、機械的エネルギーを圧縮機シャフトへ入力することにより駆動される。冷却装置送風器とファンとは１２Ｖの車載電源系統から給電される。
【０００３】
圧縮機で圧縮された気体の冷媒から、コンデンサにおいて高圧力レベルで熱が取り去られる。未臨界の運転では、過熱された冷媒が凝縮温度にまで冷却され、続いて、一定の温度で液化される。その後、完全に液化された冷媒が凝縮器で引き続き冷却される。冷媒は過冷却され、その場合、過冷却は一定の凝縮温度に関連付けられる。冷媒が過冷却される凝縮器の領域は過冷却領域とも呼ばれる。冷媒は、凝縮器の出口において、通常、凝縮温度よりも約５Ｋ〜１０Ｋ低い温度を有する。
【０００４】
自動車の正面領域における取付け位置で、凝縮器は、空気の流れ方向に対して垂直に設けられ、大抵の場合、大きい網面（Ｎｅｔｚｆｌａｅｃｈｅ）を具備しており、小型の自動車では１４ｄｍ2〜１８ｄｍ2の範囲の値であり、コンパクトクラスの自動車では２０ｄｍ2〜２２ｄｍ2の範囲の値であり、比較的大きい自動車では２４ｄｍ2よりも大きい値である。
網面とは、熱交換器の入口若しくは出口における空気の流れ方向に対して実質的に垂直に向けられた面と解され、流面とも呼ばれる。その場合、網面は、熱交換器のリブ付き、若しくはリブが形成された領域を備え、且つ空気側の流断面に相当する。
【０００５】
凝縮器の、冷却装置送風器とも呼ばれる従来のファンは、軸流ファンとして設計されており、吸引送風器として冷却モジュールの出口に配置されている。軸流送風器は圧力差が小さい場合に大きい空気体積流を送るように設計されているので、エンジン冷却回路の冷却剤冷却装置、給気冷却装置、又は冷媒回路の凝縮器などの冷却モジュールに配置された熱交換器は、流体抵抗を低減するために、奥行きを可能な限り小さくして形成される。熱交換器には、空気側で連続的に貫流される。
その場合、奥行きとは、空気の流れ方向の熱交換器の厚さ、若しくは空気側の流長さと解される。従来技術から公知の凝縮器の奥行の値は、１２ｍｍ〜１６ｍｍの範囲である。空気側の流長さが小さく空気量が多いことに基づいて、空気質量流は、凝縮器を貫流する際に、その全体がほんの少しだけ暖められる。その場合、圧縮機の冷媒側入口領域の空気質量流は、凝縮温度よりも高い温度の冷媒の加熱に基づいて、冷媒がすでに凝縮されて場合によっては過冷却された状態になる凝縮器の冷媒側出口領域よりもはるかに強く暖められる。
【０００６】
車両駆動装置の効率的な内燃機関の冷却剤回路から熱出力を引き出す冷却剤・空気熱交換器を備えた同種の空調設備は、例えば−１０℃未満の低い周囲温度では、車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る。ハイブリッド駆動装置を有する車両における設備についても同じことが言える。この車両には、補助加熱設計の使用が必要である。
グリコール・空気ヒートポンプも内燃機関の冷却剤を利用するが、それは熱源としてである。その場合、熱は、冷却剤から取り出される。その結果、内燃機関は、低温でより長時間運転され、このことが排ガスの排出及び燃費に悪影響を及ぼす。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、作動時間が比較的長い場合でも冷却剤が十分に高い温度に達しない。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。内燃機関はスイッチオフされない。
【０００７】
さらに、例えば、バッテリ又は燃料電池で駆動される車両などのように、駆動装置が完全に電化される傾向がある。その場合、空気を暖めるために考えられる熱源として内燃機関の廃熱を用いることはできなくなる。さらに、自動車のバッテリに蓄積可能なエネルギー量は、燃料タンク内に液体燃料の形態で貯蔵可能なエネルギー量よりも少ない。従って、電気的に駆動される自動車の客室の空気を調和するために必要な出力は、自動車の走行距離に相当な影響を及ぼす。
【０００８】
特許文献１（独国特許出願公開第１０２００９０２８５２２号明細書）において、蒸発器ユニットと、凝縮器ユニットと、構成部品ユニット、並びに冷媒回路を備えた小型空調設備が記載されている。蒸発器ユニットと凝縮器ユニットとは、それぞれ、ハウジング内に配置された空気流熱交換器とファンとを有する。蒸発器と凝縮器と再熱器とを備えた冷媒回路は、冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに再熱運転のために形成されており、再熱運転において、凝縮器／ガス冷却器として形成された再熱器の熱出力と蒸発器の冷却出力とは、互いに独立して制御可能である。空調設備の運転モードは、冷媒回路により操作される。従って、空調設備は、１つの１次回路と、２つの流路から形成された２次系統とを有する冷媒回路の範囲内で能動的に切り替えることによって実現されるヒートポンプの機能を果たす。しかしながら、切替弁を有する冷媒回路の形成によって複雑度が増し、このこともまたコスト上昇と技術的手間の増加を引き起こす。
【０００９】
特許文献２（仏国特許出願公開第２７４３０２７号明細書）から、蒸発器と圧縮機と凝縮器と膨張素子とを有しているだけの従来の冷媒回路を備えた車両空調設備が読みとれる。熱交換器は、少なくとも流体技術的に互いに分離して形成された別々のフローチャネルに配置されている。フローチャネルは、交差接続又はバイパスを有する。ファンによって吸入された空気質量流は、フラップを閉鎖及び開放することによって、且つ必要及び動作モードに応じて、バイパスを通じて誘導されることによって熱交換器の表面に導かれる。その場合、空気質量流は冷却及び／又は除湿、若しくは加熱され、続いて、客室及び／又は周囲へ導出される。
【００１０】
従って、従来技術から、客室に給送されるべき、且つ調和されるべき空気を加熱、冷却、及び除湿するための熱源として空気を用いる冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せのための、自動車の空調設備が公知である。これらの空調設備は、冷媒回路側又は空気側で操作される。
【００１１】
しかしながら、空気側で操作される空調設備によってでは、リヒートとも呼ばれる再熱モードでの運転が可能でない。付加的再熱運転のために形成された空調設備もまた、熱交換器、切替弁、及び膨張弁などの複数の構成部品を備えた複雑な冷媒回路を有する。
「リヒート」若しくは再熱運転において、客室に給送された空気が冷却され、その際に除湿され、続いて、除湿された空気がわずかに加熱される。この運転モードにおいて、必要な再熱出力は、大抵の場合、空気を冷却及び除湿するために必要な冷却出力よりも小さい。
【００１２】
公知のヒートポンプ機能を有する空気側で操作される空調設備では、冷却設備運転でもヒートポンプ運転でも蒸発器を蒸発器として、凝縮器を凝縮器として作動させる。その場合、熱流の操作は、すべて空気側の流れガイドを介して実現される。熱交換器を凝縮器としての作動と、蒸発器としての作動とに切り替える必要はない。
【００１３】
しかし、ヒートポンプ運転用に設計された凝縮器の伝達性能は、冷却設備運転用に設計された凝縮器の伝達性能よりも低い。ヒートポンプ運転用の凝縮器には比較的小さい空気質量流が貫流し、空気の温度の比較的大きい変化を生ぜしめなければならない。
従来技術によれば、ヒートポンプシステムにおいて、エンジン冷却回路の冷却剤が貫流する熱交換器の取付けスペースを有する凝縮器が用いられる。この理由から、凝縮器は約４０ｍｍの構造奥行、及び約４ｄｍ2の流面を有する多列式、例えば２列の交差向流熱交換器として形成されている。約４０ｍｍの構造奥行と約４ｄｍ2の流面とを有する凝縮器は、２列式交差向流熱交換器としての運転時に２５０ｋｇ／ｈ〜４００ｋｇ／ｈの範囲の空気質量流を、冷媒の凝縮温度よりも低い約５Ｋ〜１５Ｋの温度に暖めることができる。
【００１４】
熱交換器を、冷却設備運転及びヒートポンプ運転で凝縮器として作動させる場合、自動車の冷却モジュールに凝縮器を配置することは賢明ではない。
従来技術において公知の、冷却設備運転用の凝縮器の構造が大きいために、すなわち、空気側の流断面が大きいために、自動車において冷却モジュール以外の他の領域に配置することはほとんど不可能である。
その一方で、ヒートポンプ運転用に設計された凝縮器の構造では、冷却設備運転のために必要な出力が伝達不可能である。それに加えて、空気質量流は、冷媒の凝縮温度に加熱できず、まして冷媒の凝縮温度よりも高い温度に加熱することなどできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０２８５２２号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２７４３０２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は、空気を暖めるための熱交換器装置を提供することであり、その場合、空気は、熱交換器を通って流れる冷媒によって暖められるべきである。その場合、空気は、効率的に最高温度に暖めることができるべきである。
本発明のさらに別の課題は、加熱機能を有する、特に自動車において使用するための空調システムを提供することである。空調システムの冷媒回路は、最小限の数の構成部品のみで形成され、従って低コストで、且つ保守の手間がかからないものでなければならない。それに加えて、空調システムは、調和されるべき客室の空気を加熱、冷却、及び除湿する、冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、及び再熱運転のために形成されていなければならない。その場合、例えば、エネルギー効率のよい内燃機関、又は内燃機関と電気モータとからなるハイブリッド駆動装置の場合など容量の熱源を有する周囲環境、又は、例えば、電気的に駆動される自動車の場合など、駆動装置からの熱源が無い場合にも、客室における快適な空調のすべての要求を満たす運転が可能であるべきである。空調システムは、空気に熱を放出するための熱交換器装置を用いて非常に効率的に作動可能であるべきである。本発明は、さらに、特に再熱運転において効率的な運転を可能にする空調ステムを作動させる方法を提供することに基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題は、本発明によると、冷媒回路に組み込んで配置された熱交換器を有する空気を暖めるための熱交換器装置によって解決される。熱交換器は、熱が冷媒から空気へ伝達可能であるように、冷媒が貫流可能である一方で、空気が供給可能に形成されている。冷媒は、熱放出時に抜熱、凝縮、及び過冷却される。
【００１８】
本発明の概念によれば、熱交換器は互いに分離して形成された２つの構成部品を有する。第１構成部品は、凝縮面と抜熱面とを備えて形成され、第２構成部品は、過冷却面を備えて形成されている。凝縮器として作動される熱交換器の第１構成部品に冷媒が流入した後に、過熱された蒸気として、若しくはガスとして存在する冷媒が抜熱され、すなわち、凝縮温度に達するまで冷却される。熱を冷媒から空気質量流へ引き続き伝達することによって、冷媒が、一定の温度、凝縮温度で液化される。続いて、液化した冷媒は、熱交換器の第１構成部品から第２構成部品に誘導され、第２構成部品内で熱をさらに放出することによって凝縮温度よりも低い温度に冷却される。過冷却は、凝縮温度よりも低い第２構成部品の出口における温度に当てはまる。
【００１９】
熱交換器の互いに分離して形成された２つの構成部品間には、冷媒側に冷媒・相分離要素が配置されている。相分離によって、過冷却面を備えて形成されている第２構成部品には液体冷媒しか誘導されないことが確保される。全くの液相の冷媒は、有利にも、気体分を有する液体冷媒、若しくは２相冷媒よりも体積が小さい。
冷媒・相分離要素として、液体分離器が組み込まれたコレクタが使用されることが好ましい。
【００２０】
本発明では、熱交換器装置の熱交換器は、列で配置された管を有する管型熱交換器として形成されている。その場合、凝縮面及び抜熱面を有する第１構成部品は、少なくとも２列で形成される一方で、過冷却面を有する第２構成部品は、少なくとも１列で形成されている。
【００２１】
本発明の一実施形態では、第１構成部品は、少なくとも第２構成部品と同じ数の管列を有している。しかし、第１構成部品は、少なくとも第２構成部品の２倍の数の管列を備えて形成されていることが好ましい。その場合、第１構成部品は、４つの管列を備えて形成され、第２構成部品は２つの管列を有することが有利である。
【００２２】
第１変形実施形態では、すべての管列がそれぞれ単流式である。その場合、管列は、空気の流れ方向に対して垂直に方向調整されていることが有利である。冷媒は、管列のすべての管を通って一方向に平行に流れ、次に、後続の管列の管を通じて誘導される。このようにして、異なった管列の管に冷媒側で連続的に貫流させる。その場合、１つの管列から後続の管列への冷媒の貫流は、空気側の流れ方向で行われてもよいし、これとは逆の方向で行われてもよい。
第２変形実施形態では、凝縮器として作動される熱交換器は、複数の管列の少なくとも１つの列が、複流式であるように形成される。その場合、冷媒は、１つの管列の幾つかの管を通って第１方向に誘導される一方で、同じ管列の別の管を通って第１方向とは逆の第２方向に流れる。その場合、冷媒は、管列の管を通ってそれぞれ平行に流れる。
【００２３】
本発明では、熱交換器装置の熱交換器を通って流れる空気質量流は、冷媒の凝縮温度レベルよりも高い温度レベルに加熱可能である。
【００２４】
熱交換器は、交差向流熱交換器として形成されていることが有利である。
【００２５】
本発明のさらなる改良の実施形態では、熱交換器の流面積は、２ｄｍ2〜１０ｄｍ2の範囲であるが、好ましくは４ｄｍ2〜５ｄｍ2である。この流面積によって、熱交換器は、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却設備運転とヒートポンプ運転の両方において凝縮器として使用可能である。
【００２６】
熱交換器は、空気の流れ方向に対して垂直に形成されている扁平管から形成されていることが有利である。扁平管は、８ｍｍよりも大きい幅を有している。その場合、扁平管の幅は、１１．５ｍｍ〜１８ｍｍの範囲であることが好ましい。扁平管を１２．３ｍｍ又は１６ｍｍの幅で形成することが有利である。扁平管の幅とは、空気の流れ方向の管の広がりと解される。
【００２７】
本発明の変形実施形態では、熱交換器は、空気の流れ方向に対して長手方向に所定角度傾斜させた扁平管から形成されている。有利な傾斜の値は、３０°〜６０°である。それによって、傾斜角度に応じて、扁平管の有効な広がり、若しくは管列の貫流時の空気質量流が流れる有効経路が拡大される
【００２８】
本発明のさらなる改良の実施形態では、熱交換器装置の熱交換器には、空気側にリブが形成されている。その場合、リブは、１ｄｍ当たり１００個のリブよりも少ない密度で配置されていることが好ましい。リブは、１ｄｍ当たり６５〜７５個のリブの密度で配置することが有利である。
【００２９】
本発明の変形実施形態では、冷媒と空気との間の熱交換を最適化するために、熱交換器は空気側に多孔質媒体を備えて形成されており、この多孔質媒体は扁平管間に配置されている。多孔質媒体としては、その優れた熱伝導性ゆえに、開口金属発泡体が使用される。さらに、空気側の圧力損失を低く抑えるために、空孔率が７５％〜９０％、及び細孔密度が５ｐｐｉ〜４０ｐｐｉの範囲の金属発泡体を使用することが有利である。
【００３０】
さらに、本発明のさらに別の有利な実施形態では、熱交換器が、凝縮面及び抜熱面を有する第１構成部品と、過冷却面を有する第２構成部品とに並行して空気が供給可能であるように形成及び配置されている。
【００３１】
熱交換器装置は、熱交換器の周囲に、異なった空気質量流が供給可能である少なくとも２つの部分領域に熱交換器面を分割する空気ガイド機構を有していることが好ましい。その場合、第１部分領域は、熱交換器の熱交換面全体の０％〜１００％の範囲で設定可能であり、第２部分領域は、残りの１００％〜０％の範囲を有する。
空気ガイド機構による分割は、第１変形実施形態により制御可能である。制御とは、０％〜１００％の分割の無段調節と解される。第２変形実施形態により、分割は静的であり、従って、制御可能でないか、若しくは調節可能でない。
熱交換器の熱交換面は、全面積の０％〜３０％、若しくは１００％〜７０％に分割されることが好ましい。
【００３２】
加熱機能を有するシステムを提供するという課題は、上記の熱交換器装置を備えた自動車の客室の空気を調和する空調システムによって解決される。その場合、空調システムは、空気を誘導するための第１フローチャネル及び第２フローチャネルを備えたハウジング、並びに蒸発器と第１熱交換器と圧縮機と第２熱交換器と膨張素子とを備えた冷媒回路を有し、第１熱交換器は、第１フローチャネルに配置され、第２熱交換器は第２フローチャネルに配置されている。その場合、第２熱交換器は、本発明による熱交換器装置の熱交換器に相当する。
【００３３】
本発明の概念によれば、空調システムは、客室を冷却及び加熱する冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに再熱運転のために形成されている。それぞれの運転モードの設定は、空調システムのハウジング内に配置された空気ガイド装置の操作のみを介して行われ、冷媒回路の制御によっては行われない。
【００３４】
本発明では、第２熱交換器は、運転モードに関係なく、空気質量流を暖める凝縮器として、それぞれ運転モードにおいて必要な出力が熱交換面上に誘導される空気質量流に伝達可能であるように、形成されており、且つ作動可能である。凝縮器として形成された第２熱交換器には、冷却設備運転でもヒートポンプ運転でも冷媒側及び空気側でそれぞれ同じ方向に貫流する。
【００３５】
第１熱交換器は、運転モードに関係なく、蒸発器として形成され、且つ空気質量流を冷却及び／又は除湿するように作動されることが好ましい。
【００３６】
特に凝縮器として作動されるべき熱交換器の熱交換構成を用いて、
−ヒートポンプ運転において、有利にも
−＋１０℃よりも低い好ましくは０℃よりも低い凝縮器への空気流入温度の１００ｋｇ／ｈを上回る、好ましくは約２５０ｋｇ／ｈの空気質量流が、冷媒回路内の冷媒の凝縮温度よりも高い、好ましくは凝縮温度より１０Ｋよりも高い温度に暖められ、
−例えば、２５０ｋｇ／ｈ、及び凝縮器への空気流入温度が−２０℃の空気質量流が、冷媒回路内の冷媒の凝縮温度より１５Ｋ高い温度に加熱され、且つ、
−１ｋＷ〜８ｋＷの範囲の出力が伝達され、その場合、例えば、−１０℃の周囲温度で、２ｋＷ〜６ｋＷの範囲、好ましくは３．５ｋＷ〜４．５ｋＷの範囲の出力が伝達可能であり、且つ、
−冷却設備運転において、有利にも
−凝縮器への空気流入温度が＋１０℃を上回る、好ましくは＋３０°を上回る、２０００ｋｇ／ｈよりも小さく、好ましくは約１０００ｋｇ／ｈの空気質量流が、凝縮温度よりも高い、好ましくは冷媒回路内の冷媒の凝縮温度よりも１０Ｋよりも高い温度に暖められ、且つ、
−２ｋＷよりも高い出力が伝達され、その場合、例えば、＋３０°よりも高い周囲温度で、２ｋＷ〜１５ｋＷの範囲の出力、好ましくは約１０ｋＷの出力が伝達可能である。
【００３７】
ヒートポンプ機能を備えた、すなわち第１空気質量流を冷却及び／又は除湿すると同時に第２空気質量流を暖める空調システムは、リヒート運転とも呼ばれる再熱運転で作動可能であることが有利である。その場合、再熱運転は、全くの再熱運転として、すなわち調和されていない空気の混入なしに可能である。空気の冷却及び／又は除湿、並びに空気の加熱又は再熱の過程は、空気側でのみ操作される。冷媒回路は、運転モードの種類には関係なく作動される。
【００３８】
本発明による、自動車の客室の空気を冷却及び加熱する冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに空気を調和する再熱運転のために空調システムを作動させる方法は、再熱運転において、
−第１部分空気質量流と第２部分空気質量流とを空調システムに導入するステップと、
−蒸発器として形成及び作動される第１熱交換器を流れた後の第２部分空気質量流を、再熱のための部分空気質量流と冷気質量流とに分割するステップと、
−第１部分空気質量流と再熱のための部分空気質量流とを、凝縮器として形成及び作動される第２熱交換器の熱交換面を流れる際に、冷媒の凝縮温度よりも高い温度に暖めるステップであって、
−第１部分空気質量流が加熱され、
−再熱のための部分空気質量流が再熱され、且つ
−熱出力が空気側で制御される、ステップと、
−第１部分空気質量流を自動車の周囲に導出するステップと、
−再熱された部分空気質量流を予め調和された冷気質量流と混合するステップであって、
−冷気質量流が、蒸発器として形成及び作動される第１熱交換器を流れる際に冷却及び／又は除湿され、
−第２熱交換器を用いて伝達される再熱のための熱出力が第２部分空気質量流の配分比率を介して制御され、
−混合された空気質量流の温度が、空気質量流中に配置された温度センサによって検出され、且つ凝縮器内の冷媒の圧力レベルを介して制御されるステップと、
−混合された第２部分空気質量流を客室に導入するステップと、を有する。
【００３９】
その場合、加熱とは、第１部分空気質量流が、凝縮器として形成及び作動される第２熱交換器が第１領域を流れる際に暖められる過程と解されるべきである。第１部分空気質量流は、空調システムに導入されて暖められる。
再熱とは、第２部分空気質量流の一部分が、凝縮器として形成及び作動される第２熱交換器の第２領域を流れる際に暖められる過程と解されるべきである。第２部分空気質量流は、空調システムに導入され、蒸発器として形成及び作動される第１熱交換器を流れる際に冷却及び／又は除湿され、続いて再び暖められる。再び暖めることを再熱と呼んでいる。
【００４０】
本発明のさらなる改良の実施形態では、凝縮器の熱交換面上を流れる空気質量流は、２０００ｋｇ／ｈよりも小さい値を有する。空気質量流の値は、約１０００ｋｇ／ｈであることが好ましい。加熱出力は、２ｋＷよりも大きい値であることが好ましい。
【００４１】
冷却及び加熱する冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに自動車の車室の空気を調和する再熱運転のために空調システムを作動させる本発明によるさらに別の方法は、再熱運転において、
−凝縮器として形成及び作動される第２熱交換器の第１領域に第１部分空気質量流を供給し、第２熱交換器の第２領域に第２部分空気質量流を供給するステップであって、部分空気質量流は、異なった温度及び／又は異なった絶対空気湿度を有する、ステップと、
−第２熱交換器により伝達された出力を第２熱交換器の領域の面の分割によって、且つ第２熱交換器の第１領域を通じて誘導される第１部分空気質量流によって制御するステップと、
−第２熱交換器の第１領域を通じて誘導される第１部分空気質量流を自動車の周囲へ排出するステップと、
−第２熱交換器の第２領域を通じて誘導される第２部分空気質量流の温度を第２熱交換器内の冷媒の圧力レベルを介して制御するステップであって、温度は、空気の流れ方向で第２熱交換器の下流に配置された温度センサによって検出される、ステップと、
−第２熱交換器の第２領域を通じて誘導される第２部分空気質量流を客室に導入するステップと、を有する。
【００４２】
冷却及び加熱する冷却設備運転とヒートポンプ運転との組合せ、並びに自動車の客室の空気を調和する再熱運転のために空調システムを作動させる本発明による代替的方法は、再熱運転において、
−凝縮器として形成及び作動される第２熱交換器の第１領域に第１部分空気質量流を供給するステップと、
−蒸発器として形成及び作動される第１熱交換器を流れた後の第２部分空気質量流を再熱のための部分空気質量流と冷気質量流とに分割するステップと、
−第２熱交換器の第２領域に再熱のための部分空気質量流を供給するステップと、
−第２熱交換器の領域の面を分割することによって、且つ第２熱交換器の第１領域を通じて誘導される部分空気質量流とによって、且つ第２部分空気質量流の配分比率によって再熱のための熱出力を制御するステップと、
−第２熱交換器の第１領域を通じて誘導される部分空気質量流を周囲へ排出するステップと、
−再熱された部分空気質量流を予め調和された冷気質量流と混合するステップと、
−第２熱交換器の第２領域を通じて誘導される部分空気質量流の温度を、第２熱交換器内の冷媒の圧力レベルを介して制御するステップであって、温度は、空気の流れ方向で第２熱交換器の下流に配置された温度センサによって検出される、ステップと、
−混合された第２部分空気質量流を客室に導入するステップと、
を有する。
【００４３】
第１部分空気質量流と第２部分空気質量流とが第２熱交換器の熱交換面上を流れる際に混ざり合わないか、又は無視できる程度しか混ざり合わないことが有利である。
【００４４】
本発明の一実施形態では、凝縮器によって伝達される出力は、空気の流れ方向で圧縮機の上流に配置された空気ガイド装置によって凝縮器の第２領域を通じて誘導される部分空気質量流を介して制御される。
【００４５】
本発明による解決策の種々の利点は、以下のようにまとめられる。
−除湿と加熱とを同時に行うことができる効率的な空調システム、
−周囲温度が低い場合、及び内燃機関を備えた自動車でのエンジン冷却水が低温の場合における暖気の迅速な提供、
−冷媒回路における最低限の複雑性、すなわち、実質的に切替弁の省略と、膨張弁、熱交換器、及び冷媒管路の数の最小化、
−冷媒回路内の冷媒の凝縮温度よりも高い可能な限り高い温度への、客室に給送されるべき空気のヒートポンプ運転での、若しくは周囲へ導出されるべき空気の冷却設備運転での加熱、
−従来の加熱システムと比べて低い高圧レベルでの熱出力の提供、そしてそれにより
−特にヒートポンプモードでの運転時の空調システムの効率の向上、並びに
−小型の空調設備で適切な空気誘導を行う凝縮器は従来のシステムと比べて、冷媒回路において冷却設備運転で使用される凝縮器に、そしてエンジン冷却回路において加熱熱交換器に代わるので、コスト削減。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】閉じた空気ガイド装置を有する空調システムである。
【図２】中央に配置された凝縮器を有する空調システムである。
【図３ａ】空気質量流を分割するための空気ガイド機構を有する中央に配置された凝縮器の詳細図である。
【図３ｂ】空気ガイド機構を備えたフローチャネルに割り当てられた凝縮器である。
【図４】完全な冷媒回路を備えた図１による空調システムである。
【図５ａ】冷媒回路における凝縮器の形態及び配置である。
【図５ｂ】冷媒回路における凝縮器の形態及び配置である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明の他の詳細、特徴、及び利点は、添付図面と関連する実施形態の以下の説明から明らかになる。
【００４８】
図１は、第１フローチャネル３と第２フローチャネル４とを有するハウジング２を備えた空調システム１を示し、各フローチャネル３、４には、ファン５、６が割り当てられており、周囲からの新気が、客室９からの循環空気が、又はこれら両方からの混合気が供給可能である。
第１フローチャネル３には蒸発器７が配置され、第２フローチャネル４に凝縮器８が配置されており、これら両方が空調システム１の冷媒回路の構成部品として、且つ空気供給される熱交換器として形成されている。その場合、蒸発器７は、フローチャネル３の流断面全体を占める。凝縮器８は、フローチャネルを跨って延びるように配置され、２つの領域を有している。第１領域は、第２フローチャネル４内にあって、流断面全体を覆うように配置されており、第２領域と比べて大きい熱交換面を有している。凝縮器８は、その広がりが第１フローチャネル３の中にまで達するため、凝縮器８の第２領域が第１フローチャネル３の流路１４内に配置されている。その場合、凝縮器８の第２領域は、流路１４の流断面全体を占める。凝縮器８の各領域は、フローチャネル３、４間の仕切り壁１０によって区切られる。
図１による凝縮器８のフローチャネルを跨って延びる構成は、２つの領域への熱交換面の制御不可能な分割をもたらす。その場合、凝縮器８は、熱交換面全体の０％〜１００％、好ましくは０％〜３０％の領域に区分される。０％若しくは１００％の区分では、凝縮器８は、完全にフローチャネル３、４の１つの中に配置される。熱交換面の３０％の分割での熱交換器装置では、面の３０％がフローチャネル３内に配置され、７０％がフローチャネル４内に配置される。
【００４９】
別々に制御可能なファン５、６は、空調システム１に有利な動特性をもたらすが、それは、蒸発器７を有する第１フローチャネル３と凝縮器８を有する第２フローチャネル４とに異なった速度の空気質量流が供給可能であり、それによって、運転状態の変化に対して迅速な反応が可能になるからである。
第１フローチャネル３のファン５は、吸入した空気を空気質量流として蒸発器７に導く。空気質量流は、蒸発器７の熱交換面上を流れる際に冷却及び／又は除湿される。
蒸発器７から出た冷気質量流は、部分空気質量流として冷気流路１１を介して周囲と、部分空気質量流へ、冷気流路１２を介して客室９とに必要な比率で分割されるか、又は、全部が冷気流路１１、１２の１つに割り当てられる。冷気質量流は、フラップとして形成された空気ガイド装置２３、２４によって分割される。冷気流路１２を通って導かれた空気質量流は、流路１４に沿って、従ってバイパス流としてバイパスチャネル１５を通って凝縮器８の周囲に誘導される。
【００５０】
ファン５と同様に、ファン６は、空気を吸入し、吸入した空気を空気質量流として凝縮器８に導く。空気質量流は、凝縮器８の熱交換面上を流れる際に暖められる。凝縮器８から出る暖気質量流は、部分空気質量流として暖気流路１６を介して周囲と、部分空気質量流へ、暖気流路１７を介して客室９とに必要な比率で分割されるか、又は、全部が暖気流路１６、１７の１つに割り当てられる。
暖気質量流は、フラップとして形成された空気ガイド装置２５、２６によって分割される。その場合、それぞれ２つのフラップ２３、２４及び２５、２６は、それぞれ１つの運動装置によって結合されて唯一の駆動装置によって位置調整されてもよい。
【００５１】
冷却設備運転時、すなわち客室９に給送されるべき空気の冷却時に、空気ガイド装置１９、２２は閉じている。空気ガイド装置２３、２４は、冷気流路１１が閉鎖されている間に空気質量流が冷気流路１２から客室９に誘導されるように方向調整されている。空気ガイド装置２５、２６は、客室９への暖気流路１７が閉鎖されている間に空気質量流が暖気流路１６を通って周囲へと誘導されるように方向調整されている。
ファン５は、空気を第１フローチャネル３から蒸発器７へ送る。空気は、冷却及び除湿され、冷気流路１２を通って客室９に流れ込む。ファン６は、第２フローチャネル４内の空気を凝縮器８へ送る。空気は暖められ、暖気流路１６を通って周囲へ運ばれる。
【００５２】
ヒートポンプ運転時、すなわち客室９に給送されるべき空気の暖め時に、空気ガイド装置２３、２４は、冷気流路１２が閉鎖されている間に空気質量流が冷気流路１１から周囲へ誘導されるように方向調整されている。その場合、空気ガイド装置２５、２６は、暖気流路１６が閉鎖されている間に空気質量流が暖気流路１７から客室９へ誘導されるように方向調整されている。空気ガイド装置１９、２２は閉鎖されている。
ファン５は、空気を第１フローチャネル３から蒸発器７へ送る。空気は冷却され、冷気流路１１を通って周囲へと流れる。ファン６は、空気を第２フローチャネル４から凝縮器８へ送る。空気は暖められ、暖気流路１７を通って客室９に到達する。
【００５３】
再熱運転時、空気ガイド装置１９、２２、２３、２４、２５、２６は、必要に応じて、完全に開いたポジションと完全に閉じたポジションとの間で様々に配置される。空気ガイド装置２３、２４、１９、２２の位置及びファン５の回転数によって、加熱されるべき空気質量流が変更される。流路１４に配置された凝縮器８の領域は、再熱運転のためにだけ利用可能である。
【００５４】
変形例として、２つの別々のフラップとしてそれぞれ形成された空気ガイド装置２３、２４及び２５、２６は、それぞれ１つのフラップ１３及び１８として形成されていてもよく、その場合、フラップ１３は冷気流路１１、１２内に配置され、フラップ１８は暖気流路１６、１７に配置されており、このことは図２からも明らかである。フラップ１３は、冷気流路１１が完全に開き、冷気流路１２が完全に閉じている第１最終位置と、冷気流路１２が完全に開き、冷気流路１１が完全に閉じている第２最終位置との間で位置調整可能である。同様に、フラップ１８は、暖気流路１７が完全に開き、暖気流路１６が完全に閉じている第１最終位置と、暖気流路１６が完全に開き、暖気流路１７が完全に閉じている第２最終位置との間で位置決め可能である。
【００５５】
図２の実施形態では、凝縮器８は、フローチャネル３、４内の中央に配置されている。その場合、中央配置とは、凝縮器８を同じ大きさの２つの領域に区分する、仕切り壁１０に対する凝縮器８の方向付けと解される。第１領域は、第２フローチャネル４内に配置され、フローチャネル４の流断面全体を覆う。凝縮器８の第２領域は、第１フローチャネル３内に配置され、フローチャネル３の部分断面のみを覆う。凝縮器８により覆われない流断面は、図１の実施形態のバイパスチャネル１５に相当する。
【００５６】
第１フローチャネル３及び第２フローチャネル４は、仕切り壁１０によって、並びに可動フラップとして形成された２つの付加的空気ガイド装置２７、２８によって、且つ空気ガイド板として形成された静的空気ガイド装置２９、３０によって互いに分離される。凝縮器８を通じて誘導される空気質量流は、ファン６の回転数と空気ガイド装置２７、２８の位置とに応じて決定される。
【００５７】
互いに適合するように調整された形状を有する空気ガイド装置２７、２８と空気ガイド板２９、３０とは、熱交換器のための空気ガイド機構をなし、第１フローチャネル３内での蒸発器７の貫流時に冷却及び調和された空気質量流が第２フローチャネル４の調和されていない空気質量流と混ざり合うことを阻止するために利用される。
空気ガイド板２９、３０は、仕切り壁１０に対して平行に方向調整して配置されているので、仕切り壁１０に沿って流れる空気質量流は、空気ガイド板２９、３０に当たる際に、且つ通過若しくは貫流する際に、その流れ方向が偏向されない。
両側へ、それぞれフローチャネル３、４の中へ、そしてそれにより、仕切り壁１０から遠く離して配置される空気ガイド板２９、３０の長さＬは大きくなっていく。仕切り壁１０からの空気ガイド板２９、３０の配置が遠くなるほど空気板２９、３０の長さＬが増加し、その場合、並設された空気ガイド板２９、３０の長さＬは、空気ガイド板２９、３０の構成全体の端部が２つの凹状に形成された面３１、３２をなすように大きくなっていく。
面３１、３２は、それぞれ矩形に形成され、それぞれ、面３１、３２に対して平行に方向調整された軸３３、３４を中心に均等に曲げられているので、矩形面３１、３２の第１の２つの対向する側縁部は、それぞれ直線をなす一方で、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３３、３４であり、これらの軸を中心に矩形面３１、３２が曲げられている。その場合、軸３３、３４は、可動の空気ガイド装置２７、２８の回転軸３３、３４に相当する。円弧状に曲げられた面３１、３２の半径は、空気ガイド装置２７、２８の長手方向の広がり、すなわち、フローチャネル３、４を通る空気質量流の流れ方向の可動空気ガイド装置２７、２８の広がりに相当する。
【００５８】
旋回可能な空気ガイド装置２７、２８は、回転軸３３、３４とは反対側の側縁部が、空気ガイド板２９、３０の端部によって形成される凹状に撓曲された面３１、３２に方向調整されている。空気ガイド装置２７、２８の自由な可動性のために、面３１、３２と空気ガイド装置２７、２８の側縁部との間には、空気質量流の流れに影響を及ぼさないか、無視できる程度にしか及ぼさない間隙が残る。
空気ガイド装置２７、２８をそれぞれの回転軸３３、３４を中心に、逆の回転方向３５、３６で同時に回転させることによって、第１フローチャネル３及び第２フローチャネル４における凝縮器８の領域の配分比率が設定可能である。その場合、凝縮器８の領域の分割は、実質的に無段で行うことができる。空気ガイド装置２７、２８の回動の範囲内で段が生じるとすれば、フローチャネル３、４を通る空気質量流の流れ方向に対して垂直の空気ガイド板２９、３０の間隔からである。空気ガイド装置２７、２８は、回動後、回転軸３３、３４に対して平行に、且つ回転軸３３、３４とは反対側に配置された側縁部が空気ガイド板２９、３０の一端の対向側に位置し、それによって空気質量流が一続きの面に沿って流れることができるように方向付けられる。空気ガイド装置２７、２８が空気ガイド板２９、３０に対して中間位置にあるときに生じる漏れ流は、無視することができる。中間位置とは、空気ガイド装置２７、２８の側縁部が空気ガイド板２９、３０の縁部と正確に向き合わず、２つの空気ガイド板２９、３０間に配置されているような空気ガイド装置２７、２８の位置と解される。
【００５９】
空気ガイド装置２７、２８が、回転方向３５、３６で空気ガイド板２９、３０の長手方向の最大の広がりにまで、すなわち、第２フローチャネル４の外側のハウジング壁に達するまで回動した場合、凝縮器８全体が第１フローチャネル３内に配置される。空気ガイド装置２７、２８は第１終端位置にある。空気ガイド装置２７、２８が回転方向３５、３６とは逆の方向に空気ガイド板２９、３０の長手方向の最大の広がりにまで、すなわち、第１フローチャネル３の外側のハウジング壁の方向、若しくはバイパスチャネル１５の方向に回動した場合、凝縮器８全体が第２フローチャネル４内に配置される。空気ガイド装置２７、２８は第２終端位置にある。２つの終端位置の他に、空気ガイド装置２７、２８は中間ポジションに設定可能である。平均的な中間ポジションが図２に示される。空気ガイド装置２７、２８をそれぞれの回転軸３３、３４を中心に逆の回転方向３５、３６に、且つ同じ角度だけ同時に回転させることによって、凝縮器８の領域の配分比率を無段で設定することができる。
【００６０】
全くの冷却設備運転、又は全くの加熱運転時には、空気ガイド装置２７、２８は第２終端位置に配置されている。凝縮器８は、熱交換面とともに完全に第２フローチャネル４内に配置されている。
【００６１】
冷却設備運転時、空気ガイド装置１３はバイパスチャネル１５を開き、周囲への冷気流路１１を閉鎖するので、ファン５によって吸入され蒸発器７を流れる際に冷却及び除湿された空気質量流は、バイパスチャネル１５及び冷気流路１２を通って客室９に誘導される。その一方で、ファン６を通じて送られ凝縮器８を流れる際に暖められた空気質量流は、空気ガイド装置１８によって開かれる暖気流路１６を通って周囲へ運ばれる。暖気流路１７は閉鎖されている。
第２フローチャネル４において冷媒から熱を取り込む空気質量流の値は、２０００ｋｇ／ｈ未満であり、好ましくは約１０００ｋｇ／ｈである。その場合、２ｋＷを上回る出力が伝達され、空気質量流は、冷媒の凝縮温度よりも高い温度に暖められる。
【００６２】
加熱運転時、空気ガイド装置１３は、冷気流路１１を開き、バイパスチャネル１５を閉鎖するので、ファン５によって吸入され蒸発器７を流れる際に冷却された空気質量流は、冷気流路１１を通って周囲へ運ばれる。その一方で、ファン６を通じて送られ凝縮器８を流れる際に暖められた空気質量流は、空気ガイド装置１８によって開かれる暖気流路１７を通って客室９へ送られるが、暖気流路１６は閉鎖されている。
第２フローチャネル４において冷媒から熱を取り込む空気質量流の値は１００ｋｇ／ｈよりも大きく、好ましくは約２５０ｋｇ／ｈである。その場合、１ｋＷよりも多い出力が伝達され、空気質量流は、冷媒の凝縮温度よりも高い温度に暖められる。空気質量流は、客室９に入る前には、冷媒の凝縮温度より１０Ｋよりも高い温度を有する。
【００６３】
再熱運転において、第１変形実施形態では、２０００ｋｇ／ｈ未満、好ましくは約１０００ｋｇ／ｈの空気質量流が２ｋＷよりも大きい熱出力で冷媒の凝縮温度よりも高い温度に暖められる。空調システムに導入される空気質量流は、加熱後に周囲へ導出される第１部分空気質量流と第２部分空気質量流とに分割される。第２部分空気質量流は、冷却及び除湿され、続いて再熱のための部分空気質量流と冷気質量流とに分割され、その場合、再熱された部分空気質量流は、再熱後にバイパス１５を通じて送られる冷気質量流と混合される。
その場合、再熱のための熱出力は、図１のフラップとして形成された空気ガイド装置１９、２２、２４によって、且つ、図２、又は、図３ａ及び図３ｂによるそれぞれフラップとして形成された空気ガイド装置１３、２４によって、従って、流路１４若しくはバイパスチャネル１５を通る部分空気質量流によって制御される。凝縮器８の第１領域の貫流時に加熱された部分空気質量流は、図１のフラップ２５が開くことによって、及び暖気流路１６が開いた場合に図２のフラップ１８の位置によって周囲へ誘導される。
【００６４】
従って、最終的に利用される熱出力の配分比率は、冷気質量流と混合される再熱された空気質量流の配分比率によって制御される。空気質量流は、流路１４とバイパス１５とがぶつかる領域において一緒にされて混合される。混合温度とも呼ばれる混合された空気質量流の温度は、混合された空気質量流における温度センサによって検出され、圧縮機８における冷媒の圧力レベルによって制御される。混合された空気質量流は、客室９に導入される。
【００６５】
第２変形実施形態では、再熱運転において、凝縮器８には、空気の温度が異なる、及び／又は絶対空気湿度が異なる２つの部分空気質量流から構成される空気質量流が供給される。その場合、凝縮器８の第１領域に第１部分空気質量流が貫流し、凝縮器８の第２領域に第２部分空気質量流が貫流する。熱交換面を流れる際に、部分空気質量流は混ざり合わないか、又は無視できる程度にしか混ざり合わない。凝縮器８によって伝達される出力は、第２領域を通じて誘導される部分空気質量流によって、若しくは空気ガイド装置２７、２８の位置調整による凝縮器８の領域の面の分割によって制御される。第１領域を通じて誘導される部分空気質量流は、凝縮器８の貫流後に暖気流路１６を通って周囲へ排出される。客室９に給送されるべき、凝縮器８の第２領域を通じて誘導される空気質量流の温度レベルは、空気の流れ方向で凝縮器８の下流に配置された温度センサによって検出され、凝縮器８内の冷媒の圧力レベルによって制御される。
【００６６】
第３変形実施形態では、図２、又は、図３ａ及び図３ｂによると、再熱のための加熱出力は、それぞれ、フラップとして形成された空気ガイド装置２７、２８、２７’、２８’によって、並びに、それぞれフラップとして形成された空気ガイド装置１３、２４によって制御される。従って、再熱のための熱出力は、熱交換面の大きさによって、若しくは凝縮器８の領域の面の分割によって、及びバイパスチャネル１５を通る混合されるべき部分空気質量流と流路１４を通る再熱された部分空気質量流との比率によって変更される。凝縮器８の第１領域を通じて誘導される加熱された部分空気流は、フラップ１８の位置によって暖気流路１６が開かれると周囲へ誘導される。
【００６７】
図３ａは、図２による可動のフラップとして形成された空気ガイド装置２７、２８と、空気ガイド板として形成された静的空気ガイド装置２９、３０とを有する中央に配置された凝縮器８の詳細図を示す。バイパス１５は、図１の空気ガイド装置２４によって開閉される。
空調システム１は、全くの冷却設備運転及び全くの加熱運転、並びに混合運転若しくは再熱運転で作動させることができる。図示されないファン５は、第１フローチャネル３を通じて空気質量流を送り、空気質量流の全部が蒸発器７を介して流れ、その際に冷却及び除湿される。図示されないファン６は、第２フローチャネル４を通じて空気質量流を送り、空気質量流は、凝縮器８の部分領域を介して誘導され、且つ蒸発器７において冷媒から取り込まれた熱を再び排出する。
その場合、空気ガイド装置２７、２８は、凝縮器８の第１領域が第２フローチャネル４に配置され、凝縮器８の第２領域が第１フローチャネル３に配置されるように方向調整されている。空気ガイド装置２４は、バイパス１５が閉じ、第１フローチャネル３を通り蒸発器７を介して送られる全空気質量流が凝縮器８の第２領域を通じて誘導されるように方向調整されている。冷却及び除湿された空気からなる空気質量流は、凝縮器８の第２領域の貫流時に再び暖められる。
第２空気質量流は、第１フローチャネル３において空気質量流に対して平行に、第２フローチャネル４における凝縮器８の第１領域を介して送られ、その際に暖められる。第２フローチャネル４を通って流れる空気質量流は周囲へ排出される。
【００６８】
図２及び図３ａによるフローチャネルに跨る凝縮器８の構成は、２つの領域への熱交換面の制御可能な分割をもたらす。その場合、凝縮器８は、熱交換面全体の０％〜１００％の領域に区分可能である。０％若しくは１００％の区分では、凝縮器８は、完全にフローチャネル３、４の１つに配置されている。熱交換面の０％又は１００％とは異なる分割の熱交換器装置では、領域が比率に応じてフローチャネル３内及びフローチャネル４内に配置されている。
【００６９】
図３ｂにおいて、凝縮器８は、熱交換面が０％から約３０％の範囲で制御可能に分割され得る構成で示されている。熱交換面の約７０％の比較的大きい部分領域は、フローチャネル４内に制御不可能に配置されている。制御可能な分割は、空気ガイド装置２７’、２８’及び空気ガイド板２９’、３０’を備えた空気ガイド機構によって行われる。
凝縮器８は、熱交換面全体が仕切り壁１０の片側に配置されるように方向調整されている。従って、凝縮器８は、完全にフローチャネル４の中に入っている。フローチャネル３、４は、仕切り壁１０によって、空気ガイド装置２７’、２８’によって、且つ静的空気ガイド装置２９’、３０’によって互いに分離される。
空気ガイド装置２７’、２８’及び空気ガイド板２９’、３０’の形状は、図２及び図３ａによる形態と類似であり、フローチャネル３、４内での空気質量流の混合が阻止されるように互いに調整されている。空気ガイド板２９’、３０’もまた、仕切り壁１０に対して平行に方向調整されている。空気ガイド板２９’、３０’の構成全体の終端は、それぞれ軸３３’、３４’を中心に均等に曲げられ凹状に形成された２つの面を形成する。円弧の中心点は、凹状に形成された面が曲げられる際の中心となる軸３３’、３４’と、可動の空気ガイド装置２７’、２８’の回転軸３３’、３４’とに相当する。円弧状に曲げられた面の半径は、空気ガイド装置２７’、２８’の長手方向の広がり、すなわち、可動の空気ガイド装置２７’、２８’の、フローチャネル３、４を通る空気質量流の流れ方向の広がりと同一である。
旋回可能な空気ガイド装置２７’、２８’は、回転軸３３’、３４’とは反対側の側縁部が、空気ガイド板２９’、３０’の端部の凹状に撓曲された面に方向調整されている。空気ガイド装置２７’、２８’の自由な可動性のために、空気ガイド装置２７’、２８’の面と側縁部との間には、空気質量流の流れに影響を及ぼさないか、無視できる程度にしか及ぼさない間隙が残る。
【００７０】
従って、図２、図３ａ及び図３ｂの実施形態の空気ガイド機構は類似である。図３ｂの空気ガイド機構は、凝縮器８の横断面のより小さい領域しか含まない。空気質量流の分割の設定の説明については図２に関する記載を参照されたい。空気ガイド装置２７’、２８’を空気ガイド板２９’、３０’の長手方向の最大の広がりにまで回動させた場合、凝縮器８の熱交換面の約３０％の領域が第１フローチャネル３内に配置される。仕切り壁１０の方向に空気ガイド装置２７’、２８’を方向調整した場合、凝縮器８全体が第２フローチャネル４内に配置される。図３ｂから明らかなように、空気ガイド装置２７’、２８’も同様に無段で中間ポジションに設定可能である。フローチャネル３内のバイパス１５は、空気ガイド装置２４によって開閉される。
【００７１】
凝縮器８が、例えば扁平管から形成されており、その扁平側が空気ガイド板２９、２９’、３０、３０’の方向に、従って空気の流れ方向に方向調整されているならば有利である。それに加えて、格子の空気ガイド板２９、２９’、３０、３０’の数が、凝縮器８の管の数に相当しているとよく、各管の短辺側が空気の流れ方向に空気ガイド板２９、２９’、３０、３０’と一直線に並んで配置されていることが有利である。凝縮器８の管の数と格子の空気ガイド板２９、２９’、３０、３０’の数とが異なる場合も空気ガイド板２９、２９’、３０、３０’と管の短辺側とが向き合うように方向調整されていなければならない。
その場合、凝縮器８は、幅が８ｍｍよりも大きい扁平管を有し、幅は、１１．５ｍｍ〜１８ｍｍの範囲であることが好ましい。有利な実施形態では、扁平管は、１２．３ｍｍ又は１６ｍｍの幅で形成されている。
【００７２】
凝縮器８として形成された第２熱交換器を備えた熱交換器装置を用いて、冷却設備運転及びヒートポンプ運転で、蒸発器７の熱交換面を通る際にはすでに調和された空気をモジュール仕切り壁によって周囲空気から分離することが可能になる。
【００７３】
図４において、空調システム１に組み込まれ、閉じた、且つ完全な冷媒回路６０を備えた図１の実施形態による空調システム１が示されている。冷媒回路は、Ｒ１３４ａ、Ｒ７４４、Ｒ１２３４ｙｆ又は他の冷媒用に設計されている。冷媒回路６０は、蒸発器７と圧縮機６１と凝縮器８とコレクタ６４と膨張素子６７とを備えている。
冷媒回路６０の構成部品は、冷媒管路６２、６３、６５、６６、６８、６９によって接続されている。吸引管６９は、蒸発器７を圧縮機６１と接続し、圧力管路６２は、圧縮機６１を凝縮器８と接続する。冷媒は、圧力管路６３を通って凝縮器８の第１区間からコレクタ６４に流れる。圧力管路６５及び６６は、コレクタ６４を凝縮器８の第２区間の入口と接続し、凝縮器８の第２区間の出口を膨張素子６７と接続する。冷媒は、膨張素子６７から冷媒管路６８を通って蒸発器７に流れる。
圧縮機６１は、電気的に駆動可能な圧縮機として形成されていることが好ましいが、変形例として、車両の内燃機関によって駆動されてもよい。膨張素子６７は、制御可能な膨張素子、若しくは膨張弁として形成されていることが有利であるが、変形例として、感温膨張弁として形成されていてもよい。
【００７４】
図４、図５ａ、及び図５ｂから、凝縮器８の種々の形態が明らかである。図４において、凝縮器８は、１つの構成部品として形成されている。冷媒は、冷媒管路６２を通って凝縮器８の第１区間に流入し、第１区間からの流出後に冷媒管路６３を通ってコレクタ６４に誘導される。冷媒は、コレクタ６４から出た後に冷媒管路６５を通って、例えば冷媒を過冷却するために形成された凝縮器８の第２区間に流入する。冷媒管路６６を介して、冷媒は膨張素子６７へと流れる。
【００７５】
図５ａ及び図５ｂによる実施形態では、凝縮器８は、２つの独立した構成部品８ａ、８ｂから構成されている。冷媒の流れ方向で構成部品８ａ、８ｂ間には、液体分離器と一体化されたコレクタ６４として形成された冷媒・相分離要素が配置されている。
【００７６】
冷媒は、冷媒管路６２を通って、冷媒の抜熱及び凝縮のために設けられた第１構成部品８ａに流入し、第１構成部品８ａから流出した後に冷媒管路６３を通ってコレクタ６４へと誘導される。冷媒は、コレクタ６４から出た後に冷媒管路６５を通り、冷媒を過冷却するために形成された第２構成部品８ｂに流入する。冷媒は、冷媒管路６６を介して膨張素子６７へと流れる。
【００７７】
冷媒・相分離要素として、液体分離器と一体化されたコレクタ６４を用いて、冷媒の流れ方向でコレクタ６４の下流に配置された第２構成部品８ｂには液体冷媒しか供給されない。気相を分離することによって、構成部品８ｂをより小さい体積で、従ってより少ない所要スペースで形成することができる。冷媒のために必要な流断面は、液相中に蒸気分を含む２相冷媒が貫流する場合よりも小さい。
【００７８】
熱換器装置は、複数列で形成された凝縮面及び抜熱面と、付加的過冷却面とを有する。冷媒の抜熱及び凝縮のための構成部品８ａは、少なくとも２列であるが、４列に形成されていることが好ましい。冷媒の過冷却のための構成部品８ｂは、少なくとも１列を有するが、２列を有することが好ましい。
【００７９】
図５ａの熱交換器装置では、凝縮器８の構成部品８ａ、８ｂが空気質量流に対して直列に相前後して方向調整されており、空気質量流が連続的に貫流する。その場合、空気質量流は、構成部品８ａの凝縮面及び抜熱面に当たり、続いて、構成部品８ｂの過冷却面を介して誘導される。
【００８０】
図５ｂの熱交換器装置では、凝縮器８の構成部品８ａ、８ｂは、並列に相並べて方向調整されている。その場合、抜熱面及び凝縮面を有する構成部品８ａは、第２フローチャネル４内に配置されていてもよいが、構成部品８ｂは、第１フローチャネル３内に配置されている。その場合、構成部品８ａ、８ｂ若しくは凝縮面及び抜熱面、並びに過冷却面に、フローチャネル３、４内で空気質量流が平行に当たる。フローチャネル３を通って流れる予め冷却及び除湿された空気質量流は、空調システム１の再熱運転において、構成部品８ｂの過冷却面を流れる際に再び暖められる。
変形例として、構成部品８ｂは、空調システム１のハウジング２の外側に配置されていてもよく、その場合、走行中の風が供給される。
【符号の説明】
【００８１】
１          空調システム
２          ハウジング
３          第１フローチャネル
４          第２フローチャネル
５、６      ファン
７          熱交換器、蒸発器
８          熱交換器、凝縮器
８ａ、８ｂ  凝縮器の構成部品
９          客室
１０          仕切り壁
１１、１２    冷気流路
１３          冷気流路の空気ガイド装置／フラップ
１４          第１フローチャネルの流路
１５          第１フローチャネルのバイパスチャネル
１６、１７    暖気流路
１８          暖気流路の空気ガイド装置／フラップ
１９          流路１４への吸入用の空気ガイド装置
２２          流路１４からの吐出用の空気ガイド装置
２３          冷気流路の冷気の空気ガイド装置／フラップ
２４          バイパスチャネル用の空気ガイド装置／フラップ
２５、２６    暖気流路の空気ガイド装置／フラップ
２７、２７’  第１フローチャネルと第２フローチャネル４の間で凝縮器に向かって流すための空気ガイド装置／フラップ
２８、２８’  第１フローチャネル３と第２フローチャネル４との間で凝縮器から離れる場合の空気ガイド装置／フラップ
２９、２９’  静的空気ガイド装置／空気ガイド板
３０、３０’  静的空気ガイド装置／空気ガイド板
３１、３２    静的空気ガイド装置の面
３３、３４    空気ガイド装置の軸、回転軸
３５、３６    空気ガイド装置の回転方向
６０          冷媒回路
６１          圧縮機
６２、６３    冷媒管路、圧力管路
６４          コレクタ
６５、６６、６８  冷媒管路、圧力管路
６７          膨張素子
６９          冷媒管路、吸引管路
Ｌ          長さ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【外国語明細書】
2014061877000001.pdf