(57)【要約】  圧縮機（１）、室内熱交換器（２）、膨張装置（６）、および室外熱交換器（３）を備え、導管によって機能を果たす関係になるように接続されて一体化した主回路を形成する可逆蒸気圧縮システムである。主回路の圧縮機と室内熱交換器との間に第１の手段が設けられ、主回路の反対側の室内熱交換器と室外熱交換器との間に第２の手段が設けられて、システムを冷房モードからヒートポンプモードへ、およびヒートポンプモードから冷房モードへと逆転することができる。
2005512014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１）と、
流れ逆転装置（６）と、
室内熱交換器（２）と、
多機能膨張装置（９）と、
内部熱交換器（４）と、
室外熱交換器（３）と、
他の多機能膨張装置（８）と、
クーラントが循環する補助熱交換器（７）と、
アキュムレータ（５）と
を少なくとも備え、導管を介して機能を果たす関係になるように接続されて閉じた主回路を形成する、車両の室内または客室の暖房および快適冷房用の可逆蒸気圧縮システムであって、
周囲空気と車両駆動システムから循環されるクーラントの両方の一部または全部が、ヒートポンプモードでは熱源として、快適冷房モードではヒートシンクとして用いられることができるように、前記システムの前記構成要素（１，２，３，４，５，６，７，８，９）の内部接続が設けられていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
ヒートポンプモード動作から快適冷房モード動作への可逆プロセスと、
快適冷房モード動作からヒートポンプモード動作への可逆プロセスと
は、
前記圧縮機（１）の高圧側と前記アキュムレータ（５）の入口とに接続された流れ逆転装置（６）と、
前記補助熱交換器（７）と前記室外熱交換器（３）との間および前記室内熱交換器（２）と前記内部熱交換器（４）との間でそれぞれ回路に設けられた２つの多機能膨張装置（８）および（９）と
によって行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ヒートポンプモード動作から快適冷房モード動作へ可逆プロセスと、
快適冷房モード動作からヒートポンプモード動作への可逆プロセスと
は、
前記圧縮機（１）の高圧側と前記アキュムレータ（５）の入口とに接続された流れ逆転装置（６）と、
３つの多機能膨張装置（８，９）および（９）’と
によって行われ、
ヒートポンプモードで周囲空気または周囲空気とクーラントとの組合せが熱源として用いられるときには、
前記内部熱交換器（４）と前記室外熱交換器（３）との間の前記多機能膨張装置（９）’において膨張が行われ、
クーラントが唯一の熱源として用いられるときには、前記補助熱交換器（７）と前記室外熱交換器（３）との間の前記多機能膨張装置（８）において膨張が行われる
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
弁（１２）を含む付加的なバイパス導管（２４）が、前記室外熱交換器（３）と並列に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項５】
前記内部熱交換器（４）をバイパスするさらなるバイパス導管（２５）および分流装置（１９）が、前記内部熱交換器（４）と並列に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記多機能膨張装置（８）は、前記室外熱交換器（３）と前記内部熱交換器（４）との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記補助熱交換器（７）は、暖房モード動作のときに、前記補助熱交換器の上流側に設けられた膨張装置（２０）と共に、導管によって、前記室外熱交換器（３）に関して並列に接続されていることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
圧縮は２つの圧縮機（１）および（１”）によって２段階で行われ、
前記補助熱交換器（７）からの冷媒は、回路ループ（２２）を通って前記圧縮機（１）からの排出冷媒と混合されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
付加的な中間冷却熱交換器（１９）は、前記補助熱交換器（７）および前記膨張装置（２０）よりも前の前記回路ループ（２２）で、かつ前記圧縮機（１，１’）の相互接続の間の付加的な回路ループ（２３）に設けられ、
前記中間冷却熱交換器を通る流れを制御するために、前記回路ループ（２３）に弁（２１）が設けられていることを特徴する請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記２段階の圧縮機（１、１’）は単一の複合圧縮機の形態であることを特徴とする請求項８または９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記多機能膨張装置（９）は、前記内部熱交換器（４）と前記室外熱交換器（３）との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
一端が前記アキュムレータ（５）と前記補助熱交換器（７）との間の前記主回路に接続され、他端が前記内部熱交換器（４）と前記室内熱交換器（２）との間の前記主回路に接続された、第３の導管ループ（２６）に設けられた付加的な除湿熱交換器（２’）と、
前記主回路と前記第３の導管ループ（２６）との間の第４の導管ループ（２７）に設けた２つの逆止弁（１１，１１’）と、
前記第３のループ（２６）に設けた弁（１０）と
を備え、
冷房モード動作では、前記除湿熱交換器（２’）と前記室内熱交換器（２）とが直列に接続され、
暖房モードでは、前記除湿熱交換器（２）’が、空気を前記室内熱交換器（２）によって加熱される前に除湿する
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
中間アキュムレータ（１５）が、前記内部熱交換器（４）と前記多機能膨張装置（９）との間の前記主回路に設けられ、
他の多機能膨張装置（１７）が、前記圧力アキュムレータ（１５）と前記外部熱交換器（４）との間に設けられる
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
圧縮プロセスは、第１段階圧縮機（１）と第２段階圧縮機（１”）とを用いて２段階で行われ、
前記第１段階からの排出冷媒は、前記第２段階圧縮機（１”）に入る前に、前記中間圧力アキュムレータ（１５）内へと送られる
ことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、車両の室内または客室の暖房および快適冷房用の可逆蒸気圧縮システムに関し、少なくとも圧縮機、流れ逆転装置、室内熱交換器、多機能膨張装置、内部熱交換器、室外熱交換器、他の多機能膨張装置、クーラントが循環する補助熱交換器、および、アキュムレータを備え、機能的関係に接続されて閉じた主回路を形成する。本システムは、なんらかの冷媒、特に二酸化炭素を用いて、超臨界状態または半臨界状態下で動作している。さらに詳細には、本システムは、電気式、内燃式、またはハイブリッドの駆動システムで動作する、車両用の可逆冷却／ヒートポンプシステムに関する。
【０００２】
［従来技術の説明］
自動車用途向けの可逆蒸気圧縮システムにおいては、ヒートポンプモードで動作しているときの蒸気圧縮システムの熱源として、車両の駆動システムからのおよび／または周囲空気からの廃熱を用いることが望ましい。車両駆動システムは、１つまたはそれよりも多くのエンジン、電動機、燃料電池、パワーエレクトロニクスユニット、および／またはバッテリーを有していてもよく、これらはすべて、廃熱を生じる可能性がある。
【０００３】
特許ＤＥ１９８１３６７４Ｃ１は、内燃機関からの排気ガスを熱源として用いる自動車用の可逆ヒートポンプシステムを開示している。このシステムの不利な点は、排気ガスの温度が比較的高いので、排気ガス熱回収熱交換器（使用中でないとき）において油が分解してしまう可能性がある、ということである。他の不利な点は、熱回収熱交換器における排気側で腐食という問題が生じる可能性がある、ということである。第３の不利な点は、排気／冷媒熱交換器がかなりの大きさになってしまい、車両の下の無防備な位置にある、ということである。このシステムの第４の不利な点は、回路がヒートポンプモードで動作しているときには、回路の高圧側の圧力を制御することができない、ということである。これにより、能力不足や低効率等の動作上の問題が生じる可能性がある。最後に、このシステムの第５の不利な点は、回路内に内部熱交換器がない、ということである。この熱交換器がないと、システムは、周囲温度が高いときに冷房モードの動作において最大の能力および効率を達成しない。
【０００４】
さらに、特許出願ＤＥ１９８０６６５４は、エンジンクーラントシステムを熱源として用いる内燃機関によって動力が供給される自動車用の可逆ヒートポンプシステムを記載している。このシステムの不利な点は、エンジン冷媒回路からの熱しか吸収できず、始動時には、これによってエンジンクーラントおよびエンジン自体が温まる時間が遅れてしまう可能性がある、ということである。したがって、エンジンが正常な温度に達するのに要する時間が長くなり、その結果として、汚染物質の放出および燃料消費が増大する可能性が高い。さらに、このシステムは、始動時に極端に低い蒸発温度で動作しなければならない可能性がある。このシステムでの他の不利な点は、ヒートポンプモードで客室の空気を除湿することができない、ということである。これによって、除湿オプションを有するシステムと比較して、フロントガラスの曇りや霜を取り除く効果が低減してしまう可能性がある。
【０００５】
［発明の概要］
本発明は、車両の快適な冷暖房用の新規かつ改良した蒸気圧縮システムを導入し、車両駆動システムから及び周囲空気からの両方の廃熱を、暖房モードでは熱源として、冷房モードではヒートシンク（heat sink）として、利用することができる。本発明は、添付の独立クレーム１において定義されるような各特徴によって特徴づけられる。本システムは、従属クレーム２〜１８において定義されるような、その実施形態のいくつかにおいて、ヒートポンプモードで除湿を行うことができる。本システムは、内燃機関、電動機、またはハイブリッドの駆動システムと熱を交換する冷却流体回路を有する車両において用いることを主として意図している（しかしこれに限定するものではない）。
【０００６】
本システムは冷房モードで動作するときに、補助熱交換器を介してエンジン冷媒回路に熱を供給して、より迅速にエンジン加熱を行い、室外熱交換器にかかる熱負荷を減らすことができる。ヒートポンプモードで動作するときには、本システムは、熱源としてクーラントシステムを完全にまたは部分的に用いることができる。ヒートポンプモード動作から冷房モード動作への可逆プロセス、および冷房モード動作からヒートポンプモード動作への可逆プロセスは、流れ逆転装置と２つの多機能膨張装置とによって行うことができる。
【０００７】
本発明を、実施例によって、および以下の図面を参照して、より詳細に説明する。
【０００８】
［本発明の詳細な説明］
開示する蒸気圧縮システムは、車両、すなわち自動車、列車、トラック、バス、および航空機等の輸送手段、において用いることを意図している（しかしこれに限定するものではない）。このような車両においては、快適にする目的で冷暖房の必要があり、蒸気圧縮システムがヒートポンプモードで動作するときに、熱源の役割を果たすことができる駆動システムから、いくらかの廃を利用できる。車両駆動システムは、内燃機関、その他のタイプのエンジン、電動機、燃料電池、バッテリー、およびパワーエレクトロニクスシステム、という構成要素のうちの１つまたはそれよりも多くを含んでもよい。これらはすべて、動作中にいくらかの廃熱を放熱する必要がある。開示するシステムにおいては、駆動システムの構成要素が、駆動システムを冷却流体が循環する冷媒回路を通して放熱する、と想定している。冷媒回路は、単相流体（液体または気体）を用いてもよく、二相流体を用いてもよい。通常、クーラントシステムはまた、周囲空気に放熱することができるラジエータも含む。開示する蒸気圧縮システムは、室内熱交換器、室外熱交換器、冷却流体が循環する補助熱交換器、冷媒回路内で熱を交換する内部熱交換器、アキュムレータ、圧縮機、および流れ制御（flow-controlling）装置を含む冷媒回路から構成する。室内熱交換器は、快適冷房モードでは客室または室内から熱を吸収し、暖房モードでは客室または室内に熱を伝達する。熱は、室内熱交換器を通って循環する客室／室内の空気に／から直接的に伝達されてもよく、または、熱は、二次流体を通して間接的に伝達されてもよい。室外熱交換器は、ヒートポンプモードでは周囲空気から熱を吸収し、快適冷房モードでは周囲空気に放熱する。熱は、室外熱交換器を通って循環する周囲空気に／から直接的に伝達されてもよく、または、熱は、二次流体を通して間接的に伝達されてもよい。  
【０００９】
車両が、周囲温度が低い低温状態から始動する場合には、客室／室内を迅速に温めることが望ましく、駆動システムの構成要素もまた、できるだけ迅速に正常な動作温度に達するべきである。これを実現するために、開示するシステムは、ヒートポンプモードでの始動後最初の動作期間においては、室外熱交換器によって周囲空気から熱を吸収する。したがって駆動システムの構成要素は、急速に正常な温度に達することができる。冷媒回路から熱が奪われないからである。実際、ヒートポンプの圧縮機の動力の要求事項のために駆動システムに上乗せされる負荷によって、構成要素および冷却流体の温度がより迅速に上昇する。ヒートポンプによって、熱が室内熱交換器を通って客室／室内に供給される。駆動システムの構成要素と冷媒回路との温度が好適な温度レベルに達すると、ヒートポンプの動作が変化して、補助熱交換器によって冷媒回路から熱を吸収することによって、クーラントを代わりに熱源として用いるようになる。最終的には、ヒートポンプをオフにすることができ、室内／客室は、別個の熱交換器（ヒータコア）を通る冷媒回路によって直接的に温めることができる。また、熱源としての周囲空気とクーラントとの組合せによってヒートポンプシステムを動作して、室内熱交換器とヒータコアとの組合せによって客室／室内を温めることも可能である。システムのいくつかの実施形態においては、室内熱交換器は、ヒートポンプモードで、室内熱交換器の一部を用いて空気を冷却することによってその空気を除湿するのに対して、室内熱交換器の残りの部分はエアヒータの役割を果たす、という点で、２つの機能を提供することができる。
【００１０】
車両が、周囲温度が高い状態で始動する場合には、客室／室内の気温をできるだけ急速に下げて、次に蒸気圧縮システムを快適冷房モードで動作することが望まれる。熱は今度は、室内熱交換器によって、客室／室内の空気から吸収される。始動時に冷却流体と駆動システムとの温度が所望レベルよりも低い場合には、補助熱交換器によって、蒸気圧縮システムから冷媒回路に廃熱を生じる可能性がある。この、冷媒回路への熱入力によって、駆動システムの構成要素がより迅速に最適動作温度に達することができる。駆動システムの構成要素が正常な温度レベルにある場合には、蒸気圧縮システムから冷媒回路への熱はまた、放出することができる。このようにして室外熱交換器にかかる熱負荷を減らすことによって、蒸気圧縮システムの能力および効率を改善することができる。もちろんこの動作モードは、冷媒回路のラジエータにおいて十分な放熱能力があるということに依存する。熱入力の、補助熱交換器と室外熱交換器との間での分配は、バイパス装置（arrangements）および流れ制御装置によって制御されることができる。
【００１１】
蒸気圧縮回路は、流れ逆転装置、分流装置、および多機能膨張装置を用いることによって、ヒートポンプモードと快適冷房モードとの間で、およびさまざまな熱吸収と放熱のモードの間で切り換えられる。流れ逆転装置は、四方弁、三方弁を組み合わせたもの、またはその他の、回路における流れの方向を逆転させる流れ装置（flow arrangements）であってもよい。分流装置は、三方弁、通常の弁を組み合わせたもの、またはその他の、流れ回路における２つの枝路の間で流れを分流させる流れ装置であってもよい。多機能膨張装置は、動作モード次第で、一方向に冷媒の膨張及び一方向または両方向に自由な流れを提供する。多機能膨張装置は、スロットリング手段、ワークリカバリーのあるまたはない膨張装置（machines）またはタービン、および流れ制御手段の、いかなる組合せを含んでもよい。
【００１２】
第１の実施形態
可逆蒸気圧縮サイクルについての本発明の第１の実施形態を、ヒートポンプモードでは図１に、快適冷房動作については図２に、概略的に示す。本発明によれば、装置は、圧縮機１、流れ逆転装置６、室内熱交換器２、多機能膨張装置９、内部熱交換器４、室外熱交換器３、他の多機能膨張装置８、補助熱交換器７、およびアキュムレータ５を含む。ヒートポンプモードおよび冷房モードのシステムの動作を、それぞれ図１および図２を参照して説明する。
【００１３】
ヒートポンプ動作（図１）
システムがヒートポンプとして動作しているときには、圧縮機を通った後の圧縮された冷媒は、まず、暖房モードの流れ逆転装置６を流れる。冷媒は次に、室内熱交換器２に入ってヒートシンク（室内／客室の空気、または二次流体）に放熱し、その後、開状態の、すなわち前後の圧力が略同じの、多機能膨張装置９を通過する。高圧冷媒は次に内部熱交換器４を通過し、そこで、低圧冷媒と熱を交換することによってその温度（エンタルピー）が下がる。冷却された高圧冷媒は次に室外熱交換器３に入り、その後その圧力は、多機能膨張装置８によって蒸発圧力まで下がる。低圧冷媒は補助熱交換器７に入り、そこで、熱を吸収することによって蒸発する。補助熱交換器７および室外熱交換器３において吸収される熱量は、それぞれ冷却流体および／または空気流量を制御することによって制御することができる。冷媒は次に、流れ逆転装置６、低圧アキュムレータ５、および内部熱交換器４をそれぞれ通過し、その後、圧縮機に入ってサイクルを終了する。
【００１４】
冷房モード動作（図２）
流れ逆転装置６は今度は冷房モード動作であり、室内熱交換器２が蒸発器の役割を果たす一方で室外熱交換器３が放熱器（凝縮器／気体冷却器）の役割を果たすようになっている。このモードでは、圧縮機１を通った後の圧縮された気体は、流れ逆転装置６を通過し、その後、補助熱交換器７に入る。補助熱交換器７が動作中である（例えば、内燃機関で典型的である不所望の気体の放出を減らすことができる正常な温度までエンジン温度を上げるための始動期間中である）かどうか次第で、高圧冷媒を冷却することができる。その後、実質的な圧力低下なしに（前後の圧力が略一定のままで）、多機能膨張装置８を通過する。高圧冷媒は次に室外熱交換器３に入り、そこで、ヒートシンクに放熱することによって冷却される。冷媒は、内部熱交換器４においてさらに冷却され、その後その圧力は、多機能膨張装置９によって蒸発圧力まで下がる。低圧冷媒は、内部熱交換器２において熱を吸収することによって蒸発する。冷媒は次に、流れ逆転装置６、アキュムレータ５、および内部熱交換器４をそれぞれ通過し、その後、圧縮機１に入ってサイクルを終了する。
【００１５】
第２の実施形態
第２の実施形態をそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モードで、図３および図４に概略的に示す。本実施形態と第１の実施形態との主な相違点は、必要であれば室外熱交換器３をバイパスするオプションを付け加える弁１２を設けたバイパス導管２４が存在することである。
【００１６】
第３の実施形態
図５および図６はそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モード動作での本実施形態の概略図を示す。第１の実施形態と比較すると、本実施形態は、内部熱交換器４をバイパスする付加的な導管および分流装置１９を有する。第２の実施形態におけるように、室外熱交換器３をバイパスするために、バイパス導管２５を設けることもまた可能である。非常に低い周囲（熱源）温度（低い蒸発温度）の下では、高すぎる排出温度は避けるのが望ましいかもしれない。そのような場合には、多機能膨張装置９を通った後の冷媒は、内部熱交換器４をバイパスするために、分流装置１９によって完全にまたは部分的に分流する。暖房モードから冷房モード動作への可逆プロセスは、第１の実施形態において説明した２つの多機能膨張装置８、９を用いることによって行われる。
【００１７】
第４の実施形態
第４の実施形態をそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モードで、図７および図８に概略的に示す。本実施形態と第１の実施形態との主な相違点は、必要であれば補助熱交換器７をバイパスするオプションを付け加える弁１２を設けたバイパス導管２４が存在することである。
【００１８】
第５の実施形態
図９および図１０はそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モード動作での本実施形態の概略図を示す。第１の実施形態と比較して、本実施形態は、室外熱交換器３と内部熱交換器４との間に配置された付加的な多機能膨張装置９’を有する。本実施形態は、第１の実施形態の改良を表す。室外熱交換器３と内部熱交換器４との間に多機能膨張装置９’が存在することによって、システムに新たな柔軟性が付け加えられるからである。ヒートポンプモードでは、多機能膨張装置９’を通った後の冷媒を膨張させることを選択することができる。これによって、室外熱交換器３は吸熱器（蒸発器）の役割を果たす。または、上記熱交換器と補助熱交換器７とを異なる蒸発温度で動作することを選択することができる。これは、まず多機能膨張装置９’によって冷媒圧力を室外熱交換器３における（第１の）蒸発温度まで下げ、次に多機能膨張装置８によって冷媒圧力を補助熱交換器７における（第２のより低温の）蒸発温度まで下げることによって、行うことができる。冷媒が、いかなる実質的な圧力低下もなく上記膨張装置９’を通って流れて、冷媒が室外熱交換器３に放熱することができるようにし、その後、その圧力を多機能膨張装置８によって下げることもまた、可能であろう。低圧冷媒は次に、吸熱器（蒸発器）の機能を果たす補助熱交換器７に入る。
【００１９】
第６の実施形態
図１１および図１２はそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モード動作での本実施形態の概略図を示す。第１の実施形態と比較して、多機能膨張弁８が、室外熱交換器３に関して反対側に動かされている。その結果、暖房モードでは室外熱交換器３が蒸発器の機能を果たす。これは、システムが、始動中、エンジン温度が正常な動作温度に達することができるまで、周囲空気を熱源として用いることができ、その後は、エンジン冷却システムからの過剰熱を熱源として用いることができる状況において、有益になり得る。暖房モードから冷房モード動作への可逆プロセスは、第１の実施形態において説明した２つの多機能膨張装置８、９を用いることによって行われる。冷房モード動作では、第１の実施形態におけるように、多機能膨張装置９によって圧力を低下させる。
【００２０】
第７の実施形態
図１３および図１４はそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モード動作での本実施形態の概略図を示す。第６の実施形態と比較して、補助熱交換器７を、バイパス導管内に設けたさらなる多機能膨張装置２０を用いることによって、室外熱交換器３に関して並列に連結された別個の導管枝路（conduit branch）２６内に設けた。ヒートポンプモードおよび冷房モードでのシステムの動作を、それぞれ図１３および図１４を参照して説明する。
【００２１】
ヒートポンプ動作（図１３）
システムがヒートポンプとして動作しているときには、圧縮機を通った後の圧縮された冷媒は、まず、暖房モードの流れ逆転装置６を通って流れる。冷媒は次に、室内熱交換器２に入ってヒートシンクに放熱し、その後、開状態の、すなわち前後の圧力が略同じの、多機能膨張装置９を通過する。高圧冷媒は次に内部熱交換器４を通過し、そこで、低圧冷媒と熱交換することによって、その温度（エンタルピー）が下がる。内部熱交換器を通った後の冷却された高圧冷媒は次に、２つの枝路に分割することができる。必要であれば、冷媒のうちのいくらかを、室外熱交換器３と並列に設けた補助熱交換器７に向かって分流する。上記冷媒の圧力は次に、さらなる多機能膨張装置２０によって蒸発圧力まで下がり、その後補助熱交換器７を通る。補助熱交換器７からの冷媒は次に、アキュムレータ５の入口内へと送られる。冷却された高圧冷媒の残りは、多機能膨張装置８を通って流れ、多機能膨張装置８によってその圧力が蒸発圧力まで下がる。低圧冷媒は次に、室外熱交換器３に入り、そこで熱を吸収することによって蒸発する。冷媒は次に流れ逆転装置６を通過し、流れ逆転装置６を通った後または通る前に、補助熱交換器７からのなんらかの冷媒と混合され、アキュムレータ５に入る。冷媒は次に、内部熱交換器４を通って流れ、その後、圧縮機１に入ってサイクルを終了する。
【００２２】
冷房モード動作（図１４）
流れ逆転装置６は、今度は冷房モード動作であり、室内熱交換器２が蒸発器の役割を果たす一方で、室外熱交換器３が放熱器（凝縮器／気体冷却器）の役割を果たすようになっている。このモードでは、圧縮機１を通った後圧縮された気体は、流れ逆転装置６を通過し、その後、室外熱交換器３に入り、そこで放熱することによって冷却され、その後、スロットリングなしに（前後の圧力が略一定のままで）、多機能膨張装置８を通過する。いくらかの冷媒を分流させて多機能膨張装置２０に通すことによって、補助熱交換器７においていくらか放熱することもまた可能であろう。高圧冷媒は、内部熱交換器４においてさらに冷却され、その後その圧力は、多機能膨張装置９によって蒸発圧力まで下がる。低圧冷媒は、内部熱交換器２において熱を吸収することによって蒸発する。冷媒は次に、流れ逆転装置６を通過し、その後、補助熱交換器７からの冷媒のうちのいずれかと混合され、アキュムレータ５に入る。冷媒は次に、内部熱交換器４を通過し、その後、圧縮機１に入ってサイクルを終了する。
【００２３】
第８の実施形態
第８の実施形態を、ヒートポンプモードで図１５に、冷房モード動作で図１６に、概略的に示す。第７の実施形態と比較して、本実施形態は、２段階の圧縮システムを表す。補助熱交換器７からの冷媒は、回路ループ２２を通って第１段階圧縮機１の排出側に送られ、その後、第２段階圧縮機１”によって圧縮される。その結果、補助熱交換器７における蒸発圧力は独立し、中間圧力（第１段階圧縮機１を通った後の圧力）に対応する。暖房モードから冷房モード動作への可逆プロセスは、第７の実施形態において説明したように行われる。
【００２４】
第９の実施形態
第９の実施形態を、ヒートポンプモードで図１７に、冷房モード動作で図１８に、概略的に示す。第８の実施形態と比較して、本実施形態は、付加的な回路ループ２３に設けた付加的な中間冷却熱交換器１９を有する。回路ループ２３は、一端において、補助熱交換器７の前に回路ループ２２に接続され、他端において、熱交換器７の後の回路ループ２２に接続されており、回路ループ２２における膨張装置２０と補助熱交換器７との間には、弁２１が設けられている。暖房モードでは、弁２１は開状態であり、膨張装置２０を通った後の冷媒のうちのいくらかが中間冷却熱交換器１９へと分流され、そこで上記冷媒は、内部熱交換器４を通った後の高圧と熱交換して蒸発する。冷房モードでは、弁２１は閉じ、膨張装置２０を通った後の冷媒は、中間冷却熱交換器１９を通って流れ、そこで、多機能膨張装置８を通った後の高圧冷媒と熱交換して蒸発する。どちらの場合も、第１段階圧縮機１を通った後の排出気体の過熱戻し（de-superheating）を行う結果となり、その結果、圧縮の比仕事（specific work of compression）が小さくなり、システムの性能がよくなる。暖房モードから冷房モード動作への可逆プロセスは、第８の実施形態において説明したように行われる。
【００２５】
第１０の実施形態  第１０の実施形態を、ヒートポンプモードで図１９に、冷房モード動作で図２０に、概略的に示す。第１の実施形態と比較して、唯一の相違点は、多機能膨張弁９の位置である。本実施形態においては、多機能膨張弁９は室外熱交換器３と内部熱交換器４との間に配置されている。第２の実施形態におけるように、室外熱交換器３をバイパスするために、バイパス導管を設けることもまた可能である。したがってヒートポンプモードでは、膨張は多機能膨張装置９において行われて室外熱交換器３において熱を吸収することができ、または、膨張は多機能膨張装置８において行われて補助熱交換器７において熱を吸収することができる。後者の場合には、第２の実施形態におけるように、バイパス導管（図示せず）を用いて室外熱交換器３をバイパスすることが可能であろう。したがって熱源は、始動中は周囲空気で、次にクーラント温度が許容レベルに達するとエンジンクーラントに切り換えることができる。冷房モード動作中、内部熱交換器４の両側の圧力は略同じであり、熱交換のための温度というドライビングフォースがない。その結果、内部熱交換器４は、一方の動作モード、冷房モードまたはヒートポンプモード動作のどちらかでのみ動作中となる。可逆プロセスは、第１の実施形態におけるように行われる。
【００２６】
第１１の実施形態
図２１および図２２はそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モード動作での本実施形態の概略図を示す。第１の実施形態と比較して、第３の回路ループ２５に設けた付加的な除湿熱交換器２’を組み込んでいる。第３の回路ループ２５は、一端において流れ逆転装置６と補助熱交換器７との間で、他端において内部熱交換器４と室内熱交換器２との間で、主回路に接続されており、主回路と第３の回路ループ２５との間の第４の回路ループ２４に２つの逆止弁１１、１１”が設けられ、第３の回路ループ２５には弁１０（例えばソレノイド弁）が設けられている。ヒートポンプモードおよび冷房モードでのシステムの動作を、それぞれ図２１および図２２を参照して説明する。
【００２７】
ヒートポンプ動作（図２１）  ヒートポンプモード動作において、圧縮機を通った後の圧縮された冷媒は、まず暖房モードの流れ逆転装置６を通って流れる。冷媒は次に、室内熱交換器２に入ってヒートシンクに放熱する。高圧冷媒は逆止弁１１を通過し、次に内部熱交換器４を通過して、そこで、低圧冷媒と熱を交換することによってその温度（エンタルピー）が下がる。冷却された高圧冷媒は次に、室外熱交換器３に入り、その後その圧力は、多機能膨張装置８によって蒸発圧力まで下がる。第２の実施形態におけるように、バイパス導管（図示せず）を用いて室外熱交換器３をバイパスすることもまた可能であろう。低圧冷媒は補助熱交換器７に入り、そこで熱を吸収することによって蒸発する。除湿熱交換器２’が動作しているときには、逆止弁１１を通った後の高圧冷媒のいくらかが、多機能膨張装置９によって除湿熱交換器２’内へと流出し、そこで蒸発し、それによって室内空気を除湿する。低圧冷媒は、開状態の弁１０を通過し、補助熱交換器７からの冷媒と混合される。冷媒は次に、流れ逆転装置６，アキュムレータ５、および内部熱交換器４をそれぞれ通過し、その後、圧縮機に入ってサイクルを終了する。
【００２８】
冷房モード動作（図２２）
流れ逆転装置６は、今度は冷房モード動作であり、室内熱交換器２および除湿熱交換器２’が共に蒸発器の役割を果たす一方で、室外熱交換器３が放熱器（凝縮器／気体冷却器）の役割を果たすようになっている。このモードでは、圧縮機１を通った後の圧縮された気体は、流れ逆転装置６を通過し、その後、補助熱交換器７に入る。補助熱交換器７が動作中であるかどうか次第で、高圧冷媒を冷却することができる。その後、高圧冷媒は、スロットリングなしに（前後の圧力が略一定のままで）、多機能膨張装置８を通過する。高圧冷媒は次に、室外熱交換器３に入り、そこで放熱することによって冷却される。冷媒は、内部熱交換器４においてさらに冷却され、その後その圧力は、多機能膨張装置９によって蒸発圧力まで下がる。低圧冷媒は、まず除湿熱交換器２’において熱を吸収することによって蒸発する。低圧冷媒は、次に逆止弁１１’を通過し（弁１０は閉状態である）、その後、室内熱交換器２においてさらに蒸発する。冷媒は次に、流れ逆転装置６、アキュムレータ５、および内部熱交換器４をそれぞれ通過し、その後、圧縮機に入ってサイクルを終了する。
【００２９】
第１２の実施形態
第１２の実施形態を、ヒートポンプモードで図２３に、冷房モード動作で図２４に、概略的に示す。第６の実施形態と比較して、第１２の実施形態は、第１０の実施形態と同様に付加的な除湿熱交換器２’を組み込んでいるが、室内熱交換器の一端は、今度は、室外熱交換器３と内部熱交換器４との間の導管２７によって主回路に接続されており、除湿熱交換器２’は内部熱交換器４に接続されている。第４の回路ループ２４に設けた逆止弁１１’に加えて、導管２７には逆止弁１１”が設けられている。
【００３０】
動作の点で第１１の実施形態と比較して、唯一の相違点は、多機能膨張弁９の位置である。本実施形態においては、多機能膨張弁９は室外熱交換器３と内部熱交換器４との間に配置されている。したがってヒートポンプモードでは、膨張は多機能膨張装置９において行われて、室外熱交換器３において熱を吸収することができ、または、膨張は多機能膨張装置８において行われて、補助熱交換器７において熱を吸収することができる。後者の場合には、第１の実施形態におけるように、バイパス導管（図示せず）を用いて室外熱交換器３をバイパスすることが可能であろう。したがって熱源は、始動中は周囲空気で、次にクーラント温度が許容レベルに達すると、エンジンクーラントに切り換えることができる。冷房モード動作中、内部熱交換器４の両側の圧力は略同じであり、熱交換のための温度というドライビングフォースがない。その結果、内部熱交換器４は、一方の動作モード、冷房モードまたはヒートポンプモード動作のどちらかのみで動作中となる。ヒートポンプモードから冷房モード動作への可逆プロセスは、第１１の実施形態において説明したように行われる。
【００３１】
第１３の実施形態
図２５および図２６はそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モード動作での本実施形態の概略図を示す。第１１の実施形態と比較して、唯一の相違点は、バイパス弁１２が付け加えられるということであり、それによって、必要であれば、冷媒が補助熱交換器７をバイパスすることができる。
【００３２】
第１４の実施形態
第１４の実施形態を、ヒートポンプモードで図２７に、冷房モード動作で図２８に、概略的に示す。本実施形態は、逆止弁１１の位置を除いて、第１２の実施形態と略同じである。逆止弁１１は、除湿熱交換器２’の出口と室内熱交換器２の入口との間にある他の逆止弁１１’’’に置き換えられている。冷房モードからヒートポンプモードへのシステムの動作の逆転は、第１２の実施形態におけるように行われる。
【００３３】
第１５の実施形態
図２９および図３０はそれぞれ、ヒートポンプおよび冷房モード動作での第１５の実施形態の概略図を示す。これまでの実施形態と比較して、主な相違点は、逆転を行う方法にある。本実施形態において、流れ逆転装置６は、２つの分流装置１３、１４に置き換えられている。ヒートポンプモードおよび冷房モードでのシステムの動作を、それぞれ図２９および図３０を参照して説明する。
【００３４】
ヒートポンプ動作（図２９）
ヒートポンプモード動作では、分流装置１３、１４は暖房モードである。圧縮機を通った後の圧縮された冷媒は、まず分流装置１３を通って流れて、その後、室内熱交換器２に入ってヒートシンクに放熱する。高圧冷媒は逆止弁１１’を通過し、次に内部熱交換器４を通過して、そこで低圧冷媒と熱を交換することによってその温度（エンタルピー）が下がる。冷媒の圧力は、多機能膨張装置８によって蒸発圧力まで下がり、その後、冷媒は室外熱交換器３に入る。除湿熱交換器２’が動作しているときには、逆止弁１１’を通った後の高圧冷媒のいくらかが、多機能膨張装置９によって除湿熱交換器２’内へと流出し、そこで蒸発し、それによって室内空気を除湿する。低圧冷媒は、開状態の弁１０を通過し、その後、室外熱交換器３からの冷媒と混合される。冷媒は次に、分流装置６、アキュムレータ５、および内部熱交換器４をそれぞれ通過し、その後、圧縮機に入ってサイクルを終了する。
【００３５】
冷房モード動作（図３０）
ヒートポンプモード動作では、分流装置１３、１４は冷房モードであり、室内熱交換器２および除湿熱交換器２が蒸発器の役割を果たす一方で、室外熱交換器３が放熱器（凝縮器／気体冷却器）の役割を果たすようになっている。このモードでは、圧縮機１を通った後の圧縮された気体は、分流装置１３を通過し、その後、室外熱交換器３に入る。高圧冷媒は次に、スロットリングなしに（前後の圧力が略一定のままで）、多機能膨張装置８を通過する。冷媒は次に、内部熱交換器４に入り、そこで、熱交換器の他方の側の低圧冷媒に放熱することによって冷却される。冷媒の圧力は次に、多機能膨張装置９によって蒸発圧力まで下がる。低圧冷媒は、まず除湿熱交換器２’において熱を吸収することによって蒸発する。低圧冷媒は次に、逆止弁１１’’’を通過し（弁１０は閉状態である）、その後、室内熱交換器２においてさらに蒸発する。冷媒は次に、分流装置６、アキュムレータ５、および内部熱交換器４をそれぞれ通過し、その後、圧縮機に入ってサイクルを終了する。
【００３６】
第１６の実施形態（図３１および３２）
本実施形態は、圧縮機１、流れ逆転装置６、室内熱交換器２、多機能膨張装置１７、中間圧力アキュムレータ１５、内部熱交換器４、室外熱交換器３、２つの多機能膨張装置８，９、および補助熱交換器７を含む。ヒートポンプモードおよび冷房モードでのシステムの動作を、それぞれ図３１および図３２を参照して説明する。
【００３７】
ヒートポンプ動作（図３１）
圧縮機を通った後の圧縮された冷媒は、まず、暖房モードの流れ逆転装置６を通って流れる。冷媒は次に、室内熱交換器２に入ってヒートシンクに放熱し、その後、膨張装置９を通過する。膨張装置９によって、冷媒圧力は中間圧力まで下がる。膨張装置は開状態であってもよく、その場合、上記膨張装置による圧力低下はなく、内部熱交換器４内の圧力および室外熱交換器３内の圧力は、中間圧力と略同じである。冷媒圧力は次に、多機能膨張装置８によって蒸発圧力まで下がり、その後、補助熱交換器７を通る。低圧蒸気は次に、流れ逆転装置６を通って流れ、その後、内部熱交換器４に入り、最後に圧縮機１に入る。多機能膨張装置１７において、いくらか圧力低下がある場合には、内部熱交換器４内の圧力および室外熱交換器３内の圧力は、中間アキュムレータ１５内の圧力と補助熱交換器７内の蒸発圧力との間のどこかである。どちらの場合にも、バイパス導管（図示せず）を用いて、内部熱交換器４および室外熱交換器３、またはその両方をバイパスすることが可能であろう。
【００３８】
冷房モード動作（図３２）
流れ逆転装置６は、今度は冷房モード動作であり、室内熱交換器２が蒸発器の役割を果たす一方で、室外熱交換器３が放熱器（凝縮器／気体冷却器）の役割を果たすようになっている。このモードでは、圧縮機１を通った後の圧縮された気体は、流れ逆転装置６を通過し、その後、補助熱交換器７に入る。補助熱交換器７が動作中であるかどうか次第で、高圧冷媒を冷却することができる。高圧冷媒はその後、スロットリングなしに（前後の圧力が略一定のままで）、多機能膨張装置８を通過する。高圧冷媒は次に、室外熱交換器３に入り、そこで、放熱することによって冷却される。冷媒は次に、内部熱交換器４を通って流れて、そこでさらに冷却され、その後その圧力は、多機能膨張装置１７によってアキュムレータ圧力まで下がる。アキュムレータを通った後、冷媒圧力は、膨張装置９によって室内熱交換器２における蒸発圧力まで下がる。低圧冷媒は、上記熱交換器において熱を吸収することによって蒸発する。その後、冷媒は流れ逆転装置６および内部熱交換器４をそれぞれ通過し、その後、圧縮機に入ってサイクルを終了する。
【００３９】
第１７の実施形態
図３３および図３４はそれぞれ、ヒートポンプモードおよび冷房モード動作での第１７の実施形態の概略図を示す。本実施形態と第１６の実施形態との主な相違点は、圧縮プロセスが、２つの圧縮機１、１”によって２段階で行われる、ということである。第１段階圧縮機１からの排出冷媒気体は中間圧力アキュムレータ内へと送られ、その結果、上記冷媒の過熱戻しが行われる。その結果、第２段階圧縮機１”の吸引ガスが飽和するか、またはほとんど飽和することができ、その結果、１段階の圧縮（第１６の実施形態）と比較して、圧縮の比仕事が小さくなる。暖房モードおよび冷房モードでのシステムの動作は、その他の点では第１６の実施形態においてと同じである。
【００４０】
さまざまな図において示したアキュムレータは概略図であり、実際の解決法はそのような図に示すものとは異なる可能性がある、ということもまた、理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ヒートポンプモード動作での第１の実施形態の概略図である。
【図２】冷房モード動作での第１の実施形態の概略図である。
【図３】ヒートポンプモード動作での第２の実施形態の概略図である。
【図４】冷房モード動作での第２の実施形態の概略図である。
【図５】ヒートポンプモード動作での第３の実施形態の概略図である。
【図６】冷房モード動作での第３の実施形態の概略図である。
【図７】ヒートポンプモード動作での第４の実施形態の概略図である。
【図８】冷房モード動作での第４の実施形態の概略図である。
【図９】ヒートポンプモード動作での第５の実施形態の概略図である。
【図１０】冷房モード動作での第５の実施形態の概略図である。
【図１１】ヒートポンプモード動作での第６の実施形態の概略図である。
【図１２】冷房モード動作での第６の実施形態の概略図である。
【図１３】ヒートポンプモード動作での第７の実施形態の概略図である。
【図１４】冷房モード動作での第７の実施形態の概略図である。
【図１５】ヒートポンプモード動作での第８の実施形態の概略図である。
【図１６】冷房モード動作での第８の実施形態の概略図である。
【図１７】ヒートポンプモード動作での第９の実施形態の概略図である。
【図１８】冷房モード動作での第９の実施形態の概略図である。
【図１９】ヒートポンプモード動作での第１０の実施形態の概略図である。
【図２０】冷房モード動作での第１０の実施形態の概略図である。
【図２１】ヒートポンプモード動作での第１１の実施形態の概略図である。
【図２２】冷房モード動作での第１１の実施形態の概略図である。
【図２３】ヒートポンプモード動作での第１２の実施形態の概略図である。
【図２４】冷房モード動作での第１２の実施形態の概略図である。
【図２５】ヒートポンプモード動作での第１３の実施形態の概略図である。
【図２６】冷房モード動作での第１３の実施形態の概略図である。
【図２７】ヒートポンプモード動作での第１４の実施形態の概略図である。
【図２８】冷房モード動作での第１４の実施形態の概略図である。
【図２９】ヒートポンプモード動作での第１５の実施形態の概略図である。
【図３０】冷房モード動作での第１５の実施形態の概略図である。
【図３１】ヒートポンプモード動作での第１６の実施形態の概略図である。
【図３２】冷房モード動作での第１６の実施形態の概略図である。
【図３３】ヒートポンプモード動作での第１７の実施形態の概略図である。
【図３４】冷房モード動作での第１７の実施形態の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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2005512014.tif 000038
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