(57)【要約】  本発明は、冷媒が循環され、自動車の乗員室の空気と熱交換が可能な、冷却及び暖房用の一体型熱ポンプを具備する自動車用空調システムに関する。熱伝達は、乗員室を流れる空気を介して冷却水／空気の熱交換器により、または二次冷却水回路により、直接行われる。２つの膨張装置及び３つの熱交換器が、熱ポンプの冷媒回路内に設けられる。
2005512869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の内部車室のための流入する空気流を加熱するための熱ポンプシステムであって、
気体冷媒を実質的に圧縮するための冷媒圧縮器と、
前記冷媒から熱を放散するために、前記冷媒圧縮器の下流に接続された、第１の熱交換器と、
第１の膨張装置と、
前記冷媒に熱を輸送するための第２の熱交換器と、
を含む、冷媒回路を備えた熱ポンプシステムであって、
最初に、第２の膨張装置、及び
第２に、第３の熱交換器が、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器との間の前記冷媒回路内に接続され、前記第１の及び第２の膨張装置の、それに対する作動により、前記第３の熱交換器の圧力レベルを設定できることを特徴とする熱ポンプシステム。
【請求項２】
前記第１の及び第３の熱交換器の、導入された熱輸送容量が、前記内部車室のための前記流入する空気のための前記熱ポンプシステムの最大暖房容量に対応することを特徴とする請求項１に記載の熱ポンプシステム。
【請求項３】
前記第１の及び／又は前記第３の熱交換器が、１つ以上の冷媒／熱輸送液の熱交換器として設計され、
熱輸送液が、第２の回路内を案内され、それを介して、
熱が、前記冷媒回路から前記内部車室のための前記流入する空気流に輸送され得ることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の熱ポンプシステム。
【請求項４】
自動車用の熱ポンプシステムであって、
前記自動車の前記内部車室のための前記流入する空気が、冷媒回路の第１の熱交換器を介して加熱され、
前記冷媒が、第１の膨張装置により、より高い圧力レベルから適切な中間圧力レベルに膨張され、
熱が、第２の熱交換器を介して熱源から取り込まれ得る熱ポンプシステムであって、
熱が、前記中間圧力レベルで第３の熱交換器を介して前記冷媒からまたは前記冷媒に輸送され、
前記冷媒が、第２の膨張装置により、前記中間圧力レベルから膨張できることを特徴とする特に請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱ポンプシステム。
【請求項５】
前記内部車室のための前記流入する空気流が、前記中間圧力レベルで前記冷媒回路に供給される熱の助けによって乾燥されることを特徴とする請求項４に記載の熱ポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
車両内の空調装置が、内部車室の冷房、除湿、暖房、及び換気に関する先行技術の一部をなす。空気は、冷房設備によって冷却され、乾燥されるが、その一方、暖房については、運転室の空気は、通常、エンジンからの廃熱を使用できるようにする暖房用熱交換器内で加熱される。運転室は、外気、または送風機を介して運転室からの再循環空気によって換気される。さらに、空調装置は、運転室内の空気の分散を制御するためにも用いられる。
【０００２】
車両内の運転室の空気を空調するための冷房設備が、冷房／除湿、及び暖房するためのものとしても既知であり、これらの設備においては、回路内の臨界圧の臨界点を超過している圧力が蒸気圧縮回路の高圧側で生成され、この蒸気圧縮回路は、連続して接続された、圧縮器と、気体冷却器／凝縮器と、内部熱交換器と、少なくとも１つの蒸発器を備えた絞り装置とを含み、冷房容量または暖房容量を供給するための一体式の閉回路を形成し、同時に回路の低圧側では亜臨界圧に到達し、蒸発器を介して、低圧側で冷却された冷媒に熱エネルギが供給されるか、または冷房エネルギがその冷媒から放出され、回路内の冷媒の質量流量が、圧縮器内でそれを調整することによって制御される（特許文献１）。暖房、冷却、及び除湿の様々な運転モードを提供するために、車両の空調ユニット内に本願発明のような設備を組み込むことについての開示はない。
【０００３】
特許文献２では、冷房回路を用いて、車両の運転室の空気に熱を伝達する熱ポンプ機能を有する冷房設備について記載している。この場合、その目的は、車両が始動した直後の暖房効率を上げ、その反応時間を短縮することである。このことは、冷房設備を熱ポンプとして使用することによって達成されるが、その熱は、外気を用いる周囲熱交換器内の冷媒内に導入され、さらなる加熱が、内燃機関の排気ガスを用いて排ガス熱交換器内で行われる。その後、冷媒は冷媒圧縮器内で圧縮され、吸い込まれた冷たい内部車室の空気が、内部車室の熱交換器内を流れる。このようにして、内部車室の空気は、内部車室の熱交換器内で加熱され、その結果、車両の運転室が暖房される。その設備が、内部車室の空気を冷却し、除湿するために使用されると、内部車室の熱交換器は、吸い込まれた湿気のある内部車室の空気を冷却し、乾燥する。その結果、内部車室の空気は冷却され、吸い込まれた空気に含まれている水蒸気は液化され、車両の運転室は空調される。
この文献では、冷房設備が冷却及び除湿から暖房に切り換わった時に、車両の運転室内の窓が曇るという問題を解決していない。
【０００４】
特許文献３では、廃熱を生成する駆動装置が装備された車両の内部車室の空調用装置について記載している。これには、少なくとも１つの第１の熱交換器を介して熱交換するためにのみ結合され得る、冷房回路と加熱回路とが含まれる。加熱回路は、駆動装置から廃熱を取り込むための熱交換器と、内部車室に運ばれる空気の経路内に取り付けられた暖房用熱交換器とを含むのに対し、冷房回路は、空気の経路内に、蒸発器と、蒸発器に通じるバイパス通路及び蒸発器に通じる排気通路と、排気ポートと、冷媒圧縮器とを具備する。冷却運転については、凝縮器及び冷却器が切換弁により２つの回路内に統合され、暖房用熱交換器は弁に取り付けられたバイパスによって切断される。その意図は、車両内の空調の様々な省エネ目的を達成することである。
【０００５】
これらの解決策の１つの欠点として、運転室の空気が、直接加熱されるのではなく、エンジン冷却システムの一部としての熱輸送媒体回路内の暖房用熱交換器によって加熱されることがある。それに使われる熱の大きさのために、冷却システムの慣性が高くなり、これが熱効率に悪影響を及ぼし、安全の目的に合致しない。
【０００６】
特許文献４では、暖房作用を有する、即ち熱ポンプとして作用する空調システムが装備された自動車について開示している。調整されるべき空気により、直前の冷却モードにおいて蒸発器で凝結した湿度を、暖房モードにおいて取り込むのを防ぐために、様々な対策が提案されている。たとえば暖房モードには別個の熱交換器が設けられ、さらに、判断された湿度レベルにより、暖房モードを抑えるか、または調整されるべき空気のために冷却蒸発器の下流に設けられた除湿装置を起動する湿度センサが、内部車室の熱交換器に取り付けられ得る。
【０００７】
１つの解決策の欠点として、たとえば０℃〜１０℃の外気温度で、車両の運転室のための空気の事前乾燥などの頻繁に起こる車両動作状況においては、暖房運転ができないか、または設備から非常に限られた容量しか取ることができないことがある。他の解決策では、熱ポンプモードで冷房設備を利用している時には、望ましい空気の連続乾燥を避けており、したがって、特に再循環空気モードにおいて、車両の運転室内の窓を曇らないようにするという要求に対応していない。たとえば吸着物質を使った除湿装置においては、車両の運転室を換気するための空気質量流量の圧力が低下し、吸着物質を周期的に除去しなければならない。この場合、連続性を得るために、切り換えが可能な、少なくとも２つの除湿装置を設けることが必要となり、電気暖房、空気供給手段、及び吸着物質を除去するための流出流量と合わせて、かなりの技術費用を伴うこととなる。
【０００８】
特許文献５では、熱ポンプを備えた車両用冷房回路について記載している。このシステムは、２つの熱交換器を備えた空調装置を含み、冷媒が、そこを通って第１の凝縮器及び蒸発器を流れる。空調ユニットにおいて、流入する運転室の空気に対して下流に取り付けられた熱交換器は、圧縮器の高圧側に直接流体接続され、運転状況により、高圧の熱い冷媒がそこを通って流れる。運転室の所望の暖房については、所望の場合にのみ、内部車室の空気流がこの構成部品を介して通過する。冷却及び除湿モードにおいては、冷媒は、空調ユニット内で圧縮器から第１の凝縮器を通って流れ、次いで第２の凝縮器内で冷却され、絞り装置内で膨張、液化され、次いで運転室の空気を冷却するために熱を取り込むために、蒸発器内に進む。したがって、純冷却モードの場合には、空気流は第１の凝縮器を通過しない。除湿のために必要な、再加熱を行う冷却モードにおいては、一部の流れがこの構成部品を通過する。除湿するために、冷媒は、連続して、第１の凝縮器を通り、第２の凝縮器を通り、液化された形で絞り位置を通って蒸発器内に流れ込み、アキュムレータに進み、そして圧縮器に戻る。３つのすべての運転モード（冷却、冷却及び再加熱、暖房）においては、すべての冷媒が常に、最初に第１の凝縮器を通り、次いで第２の凝縮器、蒸発器を通り、アキュムレータを介して進むので、異なる絞り位置で異なる圧力及び温度を設定し、かつ様々なバイパス位置を用いて、異なる方法で回路を構成することが可能となる。
【０００９】
欠点として、高い熱負荷が絶えず空調ユニット内に導入されること、暖房用熱交換器が高温及び高圧負荷に耐えなければならないこと、車両内の設備の配管が複雑であり、かなりの空間をとること、回避可能な圧力低下が起きること、それにより効率が低下すること、かなりのレベルの冷媒が必要となることがある。したがって、このような設備は、複雑さ、コスト、効率、性能、及び自然環境上の要求についての一般的な需要を満たさない。
【００１０】
したがって、先行技術では、冷房設備の蒸発器、即ちそこを通って冷媒が流れる熱交換器は、冷房設備が冷却モードで運転している場合には、内部車室に入ってくる空気を冷却し、乾燥する、または冷房設備が暖房モードで運転している場合には、内部車室に入ってくる空気を加熱するシステムについて記載している。冷却モードにおいて、空気中の水蒸気は、熱交換器の冷たい表面で凝縮する。したがって、暖房モードにおいて、そこを通って冷媒が流れる熱交換器の表面に付着した水は蒸発し、内部車室に入ってくる空気の質量流量を加湿し得る。このことにより、窓の曇りが増すこととなる。このような窓の曇りをなくすために、先行技術によれば、空調通路に流入する空気は、冷房設備により冷却モードでおおよそ−４℃〜１０℃の温度で冷却され、それにより乾燥され、次いで暖房用熱交換器内で、所謂「再加熱モード」で所望の空気温度まで加熱される。しかしながら、冷媒が流れる熱交換器が暖房のために使用されている場合には、冷却、すなわち乾燥の機能を同時に実施することができないという欠点がある。
【００１１】
【特許文献１】独国特許発明第４４３２２７２Ｃ２号明細書
【特許文献２】独国特許発明第１９８１３６７４Ｃ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第４３１８２５５Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許発明第３９０７２０１Ｃ２号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第０９８９８００３Ａ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記に概略した諸問題及び不備を鑑みて、本発明は、すべての運転状態において車両内の暖房容量を上げるように、車両内の冷房設備の構成部品の構造を再構成・拡張し、それにより冷房設備が、窓が曇ることなく、暖房運転と冷却運転との間のいかなる状況でも動作させることを目的とする。
【００１３】
本発明の第２の目的は、たとえ熱ポンプが、室温よりかなり低い外気温度の時に運転している場合にも、流入する運転室の空気を除湿することである。
【００１４】
本発明の第３の目的は、エンジンが短時間切られた場合にも、（たとえば暖房及び冷却のための）熱を貯えることにより、乗員の快適性を維持することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、２つの基本構造により、内部車室について達成される。
Ａ：車両の運転室のための空気流にエネルギを直接導入する、冷却及び暖房用の一体型の熱ポンプ設備。これは、車両内の空調ユニット内のそこを通って冷媒が流れ、加熱するために冷媒が冷却され、しかるべき場合には凝縮され、冷却するために冷媒が蒸発する熱交換器によって達成される。
Ｂ：熱輸送液を介して、車両の運転室のための空気流にエネルギを間接的に導入する、冷却及び暖房用の一体型の熱ポンプ設備。これは、空気流を加熱するために二次冷媒が冷却され、空気流を冷却するために二次冷媒が加熱される、車両の空調ユニット内の液体／空気の熱交換器によって達成される。
【００１６】
この構造は、上述した形態においても、また互いに組み合わせても構成され得る。
【００１７】
両方の構造について、熱ポンプモードにおいては、車両駆動装置のための冷却水（図５、７、１１、１２、１４、１６）または外気（図６、８、１３、１５、１７、１８、２０、２１、２２）を、それぞれ主要な熱源として使用するという選択肢がある。顕熱及び潜熱は、補助熱源（図９、１０、１９）として熱ポンプ機能に寄与し得る。
【００１８】
冷房回路における本発明に関して、冷却モードにおいて、冷媒は、圧縮器から出て、切換弁を介して、凝縮器／気体冷却器、しかるべき場合には内部熱交換器の高圧側を介して、冷媒がその中で液化される第１の膨張弁に、かつ蒸発器を介して、収集器に、しかるべき場合には内部熱交換器の低圧側に、かつさらなる切換弁を介して、冷媒圧縮器内へと流れる。気体冷却器は、周囲に熱を放散する。蒸発器は、空調ユニット内に配置される。蒸発器は、車両の運転室のための内部車室の空気を冷却し、乾燥する。回路内を循環している冷媒の質量流量は、圧縮器によって設定でき、その供給量は制御可能である。このことにより、所望の蒸発器温度が設定できる。冷房設備が冷却運転している場合には、２つの運転状況、即ち冷却及び乾燥、または冷却／乾燥及び再加熱が起こり得る。冷却／除湿及び再加熱運転モードにおいては、空気は、蒸発器の下流の暖房用熱交換器によって加熱される。
【００１９】
熱ポンプ回路において、冷媒は、圧縮器から出て、切換弁によって方向を転換され、空調ユニット内の気体冷却器／凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器、熱を取り込むための第２の膨張弁を通り、熱交換器内に流れ込み、第２の切換弁を介して、圧縮器に戻る。したがって、回路が閉じられる。有効な熱が、気体冷却器／凝縮器内の熱ポンプで解放される。気体冷却器／凝縮器は、様々な方法で熱を伝え得る。気体冷却器／凝縮器は、蒸発器及び暖房用熱交換器の下流の空調ユニット内に直接取り付けられ得るか、または加熱剤の流れの中に導入され、運転室のために内部車室の空気を加熱するための暖房用熱交換器によって用いられ得る。冷媒蒸発器内の圧力、したがって温度は、第１の膨張弁及び第２の膨張弁によって変更され得る。このことは、一方では、乾燥を維持するために不可欠であり、他方では、熱交換器のマトリックスが乾燥している場合には、蒸発器は、設備の暖房容量を上げるために用いられ得る。熱が、外気温度より低い蒸発器の温度で、周囲熱交換器を介して冷房回路内に取り込まれる。周囲熱源の代替形態として、エンジン冷却水／冷媒の熱交換器を用いてエンジンの熱を利用することも可能である。この場合、冷媒は、圧縮器から出て、切換弁によって方向を転換され、熱ポンプ凝縮器、第１の膨張弁を通り、蒸発器を通り、熱を取り込むための第２の膨張弁を介して、エンジン冷却水／冷媒の熱交換器内に流れ込み、次いでしかるべき場合には第２の切換弁を介して、圧縮器に戻る。したがって同様に、回路が閉じられる。
【００２０】
熱ポンプが暖房運転している場合には、２つの運転状況、即ち暖房及び除湿、または暖房が生じ得る。第１の場合には、圧縮された冷媒は、熱ポンプ凝縮器内で凝縮／冷却される。このプロセスにおいて、冷媒は、その熱を運転室の空気に直接解放するか、または暖房用熱交換器の上流の加熱剤の流れの中に間接的にそれを導入する。次いで、冷媒は、制御可能な膨張弁に到達し、その中で、空気を乾燥するのに十分な、かつできる限り快適な温度に制御される。次いで、冷媒は、熱源の温度より低い温度まで膨張する。ここで、冷房回路は熱を取り込む。暖房運転モードにおいて、圧縮された冷媒は、凝縮器内で凝縮／冷却される。このプロセスにおいて、冷媒は、その熱を運転室の空気に直接解放するか、または暖房用熱交換器の上流の加熱剤の流れの中に間接的にそれを導入する。次いで、冷媒は、冷媒の流れがほんのわずか絞られている、全開している第１の膨張弁に到達し、冷媒はさらに冷却され得る。流入する運転室の空気は予熱される。このことにより、設備の暖房容量をさらに上げることができる。次いで、冷媒は、熱源の温度より低い温度まで膨張する。このプロセスにおいて、冷房回路は熱を取り込み、冷媒は冷媒圧縮器に戻る。
【００２１】
運転の開始時に、一体型の熱ポンプ設備は、暖房モードにおいて、車両を暖房するのに十分となっており、エンジン冷却水による車両の初期暖房はない。
【００２２】
一体型の熱ポンプ設備内の熱の放散が、暖房モードにおいて、熱輸送媒体回路を介して間接的にもたらされる場合には、他の動作液及び構成部品と熱を交換するさらなる熱交換器をこの回路内に設けることが可能となる。回路の接続は、構成部品またはシステムの暖房優先度に依存する。したがって、それらは、暖房用熱交換器の上流または下流に配置される。
【００２３】
したがって、冷却モードで運転している一体型の熱ポンプ設備で運転が開始した場合には、加熱するために、熱輸送媒体回路を介して回路内に間接的に熱が導入され、この熱を用いて、他の動作液及び構成部品を加熱し得る。この場合、冷媒回路からの熱の放散は、非常に高い
【００２４】
さらに、本発明は、空調ユニット内の空気及び冷媒によって直接作用する蒸発器ではなく、空調ユニット内の熱輸送液／空気の熱交換器を含む。したがって、内部車室の空気への熱の輸送は、熱輸送液の小さい能動回路を介して間接的に行われる。熱輸送液回路は、液体ポンプと液体／空気の熱交換器とを具備する。その上、熱輸送液回路は、循環中に存在する液体の量をしかるべく増加し得る液体貯蔵容器を含み得る。貯蔵器を充填するための基準が満たされるまで、ほんの小量の液体がこの液体回路内を循環する。次いで、貯蔵器が所望のまたは達成可能な温度をとるまで、循環する液体量の一部が貯蔵器内に流れ込む。標準的な車両運転中、このことが維持され得る。次いで、冷房設備の容量が低下するか、または冷房設備が切られると、貯蔵器内に含まれている熱輸送液を除去することにより、循環する熱輸送液の温度を、一定時間、有効温度レベルに保つことができる。
【００２５】
本発明はまた、空気流の冷却及び暖房中に熱輸送が間接的に起き、かつ冷房回路内の冷媒の流れの方向が可逆的である冷房回路についても記載する。冷却運転中、冷媒は、圧縮器から出て、切換弁を介して、凝縮器／気体冷却器及び内部熱交換器の高圧側を介して、その中で冷媒が液化される第１の膨張弁に、かつ蒸発器、収集器、及び内部熱交換器の低圧側を介して、かつさらなる切換弁を介して、冷媒圧縮器内に流れ込む。気体冷却器は、周囲に熱を放散する。蒸発器は、冷媒／熱輸送液の熱交換器として設計され、空調ユニットの外部に配置される。蒸発器は、その熱を熱輸送液と交換し、次いで液体／空気の熱交換器内で、車両の運転室のための内部車室の空気流を冷却し、乾燥する。回路内を循環している冷媒の質量流量は、圧縮器によって設定され得、その供給量は制御可能である。所望の蒸発器温度が、熱輸送液を汲み上げるための、任意に制御できるポンプによって設定され得る。冷房設備が冷却運転している場合には、２つの運転状況、即ち冷却及び乾燥、または冷却／乾燥及び再加熱が起こり得る。冷却／乾燥及び再加熱運転モードにおいては、内部車室のための空気流は、蒸発器の液体／空気の熱交換器の下流の暖房用熱交換器を介して空調ユニット内で加熱される。
【００２６】
暖房モードにおいて、冷媒は、圧縮器から出て、切換弁を介して、冷媒／熱輸送液の熱交換器を介して、バイパス内に入り、第１の膨張弁、内部熱交換器を通り、冷媒がその中で液化されるさらなる膨張装置に、かつ気体冷却器／凝縮器を介して、さらなる切換弁を介して、冷媒圧縮器内に流れ込む。この場合、媒体が、収集器及び内部熱交換器を通って流れ得る。気体冷却器は、周囲から熱を供給する。熱交換器の空気側が乾燥しており、かつ車両の運転室のための内部車室の空気流を加熱する場合には、熱い熱輸送液は、液体／空気の熱交換器の空調ユニットを通って流れる。熱交換器の空気側が湿っている場合には、暖かい熱輸送液は、車両駆動装置の冷却水回路を通過し、空調ユニット内の暖房用熱交換器を介して内部車室に送られる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、車両の運転室のための内部車室の空気の冷却及び乾燥及び暖房用に熱ポンプ設備を使用することが可能となる。特に冬季に、窓が曇ることによる悪影響がなく、所望通りに暖房運転モードと冷却運転モードとの間を切り換えることが可能である。さらに必要ならば、たとえ熱ポンプが運転している場合にも、内部車室の空気の連続乾燥が可能となる。加熱器としての熱ポンプの瞬時反応とは、加熱するためにエンジン冷却水が不要であることを意味する。したがって、駆動しているエンジンは、その動作温度に素早く到達する。消費及び汚染物質のエミッションを減少させることができる。熱輸送液を用いて、内部車室の空気を冷却し、加熱するためのエネルギが輸送される場合には、内部車室内または空気流内の冷媒を車両の運転室に運ぶ構成部品がない。このことは、特定の適用形態については好ましいが、燃焼性のためにまたは毒性があるという理由により除外されている冷媒を、車両内で使用することも可能であることを意味する。熱輸送液が用いられると、能動液の量が少なくなる。したがって、車両が始動した後も動力学が保持され、それにより内部車室が急速に暖房または冷却される。回路は、追加の貯蔵容積によって膨張し得る。このことにより、たとえ短時間停止した場合にも、高度な温度の快適さが維持される。運転が短時間中断した後に車両が始動した場合には、内部車室の調整を素早く実施するために、それに応じた熱容量を有する、予め調整された貯蔵容積が使用できる。
【００２８】
熱ポンプ設備が冷却及び暖房に使用される場合には、放散されるべき熱、または駆動エンジン、変速機、差動変速機などのさらなる車両システムを加熱できるようにされた有効な熱のいずれかを用いることが可能である。その結果、コールドスタート後の燃料消費が著しく低下し、構成部品の磨耗が著しく減る。さらに、冷却モードにおいては、最初に非常に多量の熱が回路から外に出、その結果、冷房設備の初期性能が高くなり、それにより、内部車室において快適な状態を得ることがより素早く可能となる。
【００２９】
本発明のさらなる特徴及び実施形態が、請求項、図面、及び図面についての記述から見出される。上記に記載し、かつ以下に列挙する特徴及び特徴の組み合わせは、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれの例に示した組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、またはそれらの例単独でも用いられ得る。
【００３０】
図において、本発明のさらなる実施形態を示し、説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、連続して次々に接続された、圧縮器１２と、気体冷却器／凝縮器１４と、内部熱交換器１５と、絞り手段１６と、蒸発器５と、収集器１９とを含む回路を示す図である。圧縮器内の冷媒の質量流量は、制御可能である。膨張弁として設計され得る絞り手段１６も同様に、制御可能である。
【００３２】
図２は、熱ポンプとして設計され、かつ、連続して次々に接続された、圧縮器１２と、気体冷却器／凝縮器２０と、第１の絞り手段１６と、第１の蒸発器５と、第２の絞り手段１７と、第２の蒸発器１８と、収集器１９とを含む冷房回路を示す図である。圧縮器内の冷媒の質量流量は、制御可能である。第１の絞り手段１６も制御可能であり、第２の絞り手段１７は、制御可能かつ密閉されて遮断され得るように設計され得る。第２の絞り手段１７はまた、追加遮断手段を備えた固定絞り要素としても設計され得る。熱ポンプ設備が冷却モードである場合には、蒸発器５は蒸発器として操作される。暖房モードにおいては、蒸発器５は、蒸発器としてまたは気体冷却器としての２つの機能を実施し得る。暖房モードにおいて、運転室の空気の実際の暖房に先立って、この空気が乾燥されると、または蒸発器の空気側の表面が凝縮液でまだ湿っていると、蒸発器は蒸発器として動作する。この動作状況は、凍結点より近似的に１０Ｋ高い外気温度と凍結点より近似的に１０Ｋ低い外気温度との間でしばしば起こる。たとえば空気入口温度が凍結点より低いなどの、空気側の表面が乾燥しており、かつ空気が乾燥していないと、蒸発器５は、気体冷却器／凝縮器として操作される。
【００３３】
圧縮器１２が、高負荷で、即ち暖房モードの熱ポンプ設備において、たとえば臨界点を超える冷却プロセスとして動作すると、図３に示されるように、圧縮器１２は、始動圧力Ｐ１から臨界圧より高い圧力Ｐ２に冷媒の質量流量を圧縮し、プロセス温度がＴ１からＴ２に上昇する。圧縮された気体冷媒は、車両の運転室のための空気質量流量などを流れる冷却水、または熱輸送液により、気体冷却器／凝縮器２０内で温度Ｔ３まで等圧冷却される。
【００３４】
膨張弁１６を通って流れる時、冷媒は、始動圧力Ｐ１と圧縮圧力Ｐ２との間の中間圧力Ｐ４まで等エンタルピー膨張し、冷媒は、既に冷媒の液化範囲内にあり得る温度Ｔ４までさらに冷却される。このようにして形成され得る冷媒の二相気体／液体混合物が蒸発器５に到達すると、熱が取り込まれるので、二相混合物の液体留分が蒸発する。膨張弁１７を通って流れる時、冷媒は、始動圧力Ｐ１まで等エンタルピー膨張し、冷媒の温度はＴ６に低下する。外気またはエンジン冷却水からの熱供給により、冷媒は温度Ｔ７まで加熱される。冷媒の液体留分のすべてが蒸発するわけではない場合には、液体冷媒は緩衝容器１９内で集まり、そこから液体及び気体冷媒の混合物として圧縮器１２内に進む。
【００３５】
これと対照的に、図４においては、膨張弁１６は全開位置で示されている。したがって、冷媒はわずかに膨張するだけである。中間圧力Ｐ４は、ほぼ圧縮圧力Ｐ２に対応する。冷媒は、さらに温度Ｔ５まで冷却される。蒸発器５は、現在、気体冷却器／凝縮器として運転している。膨張弁１７を通って流れる時、冷媒は始動圧力Ｐ１まで等エンタルピー膨張し、冷媒の温度はＴ６まで低下する。外気またはエンジン冷却水からの熱供給により、冷媒は温度Ｔ７まで加熱される。冷媒の液体留分のすべてが蒸発する分けではない場合には、冷媒は緩衝容器１９内で集まり、そこから圧縮器１２内に進む。
【００３６】
図５は、一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【００３７】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で切換弁１３内に進み、冷却または暖房運転モードに切り換わる。弁１３が冷却運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して熱を周囲に放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内で加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内で蒸発圧力まで膨張する。動作点は二相領域内にある。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り込み、その結果運転室内は冷却される。第２の膨張弁（１７）は接続されておらず、したがって閉じられる。冷媒は、開放弁（２６）を通って収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側では、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００３８】
弁１３が暖房運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器／凝縮器（２０）を介して車両の運転室のための空気流に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は第１の膨張弁（１６）に入る。蒸発器５内での、それに対応する絞り及び熱の取り込みまたは熱の放散の後に、冷媒は第２の膨張弁１７を通って流れ、その中で熱の取り込み部の蒸発器圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。弁２６は閉じられる。冷媒／熱輸送流体の熱交換器１８において、熱がエンジン冷却水から冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。冷媒は、収集器１９を通って流れ、定められた冷媒品質、即ち冷媒の全質量流量に対する気体質量流量の比率で、収集器１９を出る。次いで、冷媒は、内部熱交換器の低圧側を通って流れ、圧縮器に到達する。逆止め弁（６）及び（１０）は、熱ポンプ設備が機能するのに必ずしも必要ではない。両運転状況において、逆止め弁（６）及び（１０）は、それぞれの場合において、必要ではない回路の一部が冷媒で充填されることを防ぐ。性能及び効率に関して、このことが起きるのを補償するために、より多くの冷媒を設備内に導入することが必要となり、このことは環境保護の理由により余り好ましいとは言えない。
【００３９】
膨張弁１６及び１７の開放、したがって中間圧力レベルの設定を制御するために、２つの運転戦略が可能である。
第１の場合においては、車両の運転室内に進む空気は、加熱される前に乾燥されるべきであり、そうでないと、熱交換器の空気側の表面が凝縮液で湿ることとなる。流入する空気が凍結点より高い露点を有する場合は常に、空気の乾燥が必要である。しかしここでは、衛生上の理由により過度に空気を除湿することなく、窓が曇るのを確実に防ぐための所望の乾燥を保証するために、この構成部品内の冷媒の蒸発温度が外気温度に一致することが好ましい。したがって、たとえば運転室を暖房している場合に快適性を上げるため、または運転室内に導入される汚染物質レベルを減少させるために、たとえ冬季においても再循環空気モードで空調ユニットを操作することができる。蒸発器内に流れ込む空気の湿度含有量は、湿度センサ、露点センサ、フロントガラス上の曇りセンサなどによって判断され得る。したがって、外気温度が分かっていれば、乾燥する必要があるかどうかが判断できる。蒸発器の表面上の好ましい位置に設けた湿り度センサにより、蒸発器が湿っているかどうかが判断できる。次いで、この場合、蒸発器は続けて蒸発器として操作され得る。蒸発温度は、乾燥中と同じ方法で制御されるか、またはほぼ凍結点に保たれる。
膨張弁の制御中、実際の温度が余りに低い場合は、蒸発器内の蒸発温度が所望の設定温度に到達するまで、第１の膨張弁１６はやや多く開放され、膨張弁１７はやや多く閉じられる。反対に、実際の蒸発器温度が設定温度より高い場合は、膨張弁１６はやや少なく開放され、膨張弁１７はやや多く開放される。第１の膨張弁１６、蒸発器５、及び第２の膨張弁１７を通る全圧力損失は一定であるので、所望の圧縮圧力は、この対策による影響を受けない。
第２の場合においては、蒸発器は、運転室内に流れ込む空気を予熱するために用いられる。このことは、蒸発器の空気側の表面が乾燥している場合にのみ適切である。水の蒸発による内部車室内への湿度の導入が、適切な対策により確実に回避され得る場合には、膨張弁１６は全開している。その結果、空調ユニット内の運転室の空気とは逆流の２つの熱交換器が、加熱される。非常に高い容量が輸送され得る。冷媒が蒸発器５に入る温度は、空調ユニット３内の気体冷却器／凝縮器２０の冷媒出口温度にほぼ等しい。
【００４０】
図６は、暖房モードにおいて、二段膨張で動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。暖房中の冷房回路による実際の熱の取り込みは、外気からなされる。圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で切換弁１３内に進み、冷却または暖房運転モードに切り換わる。弁１３が冷却運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。動作点は二相領域内にある。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り、その結果冷却される。冷媒は、収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００４１】
切替弁１３が暖房運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器／凝縮器（２０）を介して車両の運転室のための空気流に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内に進む。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは放散の後、冷媒は、収集器１９を通って流れ、次いで定められた冷媒品質で、収集器１９を出て、内部熱交換器の低圧側へと進む。切換弁２１は、圧縮器への直接経路を閉鎖し、その結果、媒体は第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。凝縮器／気体冷却器１４において、周囲からの熱が冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。次いで、冷媒は、切換弁２１を介して圧縮器１２に戻る。
この回路構造の特定の利点として、車両の暖機中に、運転室を暖房するためにエンジン冷却水回路が用いられないことがある。熱を取り込むためには、冷房回路内にある熱交換器が用いられる。したがって、駆動エンジンは素早く加熱され、それにより、消費、磨耗、及びエミッションが低レベルに保たれる。
【００４２】
図７は、一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【００４３】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で切換弁１３内に進み、冷却または暖房運転モードに切り換わる。弁１３が冷却運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。動作点は二相領域内にある。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り込み、その結果冷却される。第２の膨張弁（１７）は接続されておらず、したがって閉じられる。冷媒は、開放弁（２６）を介して収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００４４】
切替弁１３が暖房運転モードに切り換わると、冷媒は、冷媒／熱輸送流体の熱交換器（２７）を介してエンジン冷却水に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内に進む。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは熱の放散の後に、冷媒は、第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。弁２６は閉じられる。冷媒／熱輸送流体の熱交換器１８において、熱がエンジン冷却水から冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。冷媒は、収集器１９、内部熱交換器１５の低圧側を通って流れ、圧縮器１２に進む。
【００４５】
暖房モードにおいては、熱は、エンジン冷却水により間接的に輸送される。加熱されたエンジン冷却水は、加熱ポンプ（８）により暖房用熱交換器（７）内に運ばれ、車両の運転室のための空気流に熱を放散する。次いで、エンジン冷却水は、排気ガス再循環用の冷却器（２３）などの、熱を取り込み、放散するための、さらなる熱交換器を通って流れ得る。エンジンに入る前のエンジン冷却水の温度が、エンジン内のエンジン冷却水の温度より高いと、またはエンジンを加熱するための、エンジンを通る冷却水の流れがないと、エンジン冷却水は、弁（２２）を介して冷媒／エンジン冷却水の熱交換器（２７）に直接進む。エンジン内のエンジン冷却水が、エンジンに入る前のエンジン冷却水の温度より高いと、エンジン冷却水は、熱を取り込むために、エンジン９を通過する。この種の構造の利点として、２つの熱交換器を用いるだけで、熱ポンプ設備及び従来の加熱器を使用する暖房モードにおいて、空調ユニット内の圧力の損失を抑えながら、運転室内の温度及び空気供給量の制御ができることである。さらなる利点として、２つの空調ユニットを備えた車両を提供できることである。このことにより、暖房費用を制限することができる。
【００４６】
まず最初に、逆流原理を用いて冷媒／熱輸送流体の熱交換器（２７）を使用し、第２に、冷媒内に残っているエネルギにより蒸発器５内の空気が著しく予熱されることにより、高温レベルで熱を放散するという基本的な欠点が打ち消され得る。もちろん、この選択肢は、蒸発器５の空気側の表面が乾燥している場合にのみ利用され得る。
【００４７】
蒸発器５の空気側の表面が乾燥していないと、熱交換器は加熱され、形成された水蒸気は、空気流の一部により空調ユニットから車外に排出される。
【００４８】
図８は、暖房中、二段膨張で動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。暖房中の冷房回路内の実際の熱の取り込みは、外気からなされる。
【００４９】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で切換弁１３内に進み、冷却運転モードと暖房運転モードとの間を切り換える。弁１３が冷却運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。動作点は二相領域内にある。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り、その結果運転室内は冷却される。冷媒は、収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００５０】
弁１３が暖房運転モードに切り換わると、冷媒は、冷媒／エンジン冷却水の熱交換器（２７）を介してエンジン冷却水に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内に進む。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは放散の後に、冷媒は、収集器１９を通って流れ、次いで定められた冷媒品質で収集器１９を出て、内部熱交換器の低圧側へと進む。切換弁２１は、圧縮器への直接経路を閉鎖し、したがって、媒体は第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。凝縮器／気体冷却器１４において、熱が、周囲から冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。次いで、冷媒は、切換弁２１を介して圧縮器１２に戻る。
【００５１】
この回路の特定の利点として、熱ポンプによる熱の取り込みが外気からなされ、したがってエンジン冷却水回路が特に素早く加熱されることがあり、このため、消費、磨耗、及びエミッションについて利点が得られる。
【００５２】
図９は、一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で、切換弁２４及び２５の上流に進む。弁２４が開放されると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。動作点は二相領域内にある。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り、その結果冷却される。冷媒は、収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００５３】
弁２５が回路内に接続されると、冷媒は、気体冷却器／凝縮器２０に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は、膨張弁１６内に進む。蒸発器５内の冷房回路内の適切な絞り及び熱の取り込みの後に、冷媒は、収集器１９を通って流れ、定められた冷媒品質で収集器１９を出て、内部熱交換器の低圧側を介して、圧縮器１２へ進む。
【００５４】
この回路の特定の利点として、熱ポンプによる熱の取り込みが運転室の空気の空気流からなされ、したがってエンジン冷却水回路が特に素早く加熱されることがあり、このため、消費、磨耗、及びエミッションについて利点が得られる。この設備の加熱パワーは、運転室のための送り空気から除去され得る熱、及び導入される圧縮器パワーによって制限される。
【００５５】
図１０は、一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で、切換弁２４及び２５の上流に進む。弁２４が開放されると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。動作点は二相領域内にある。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り、その結果運転室内は冷却される。冷媒は、収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００５６】
弁２５が回路内に接続されると、冷媒は、冷媒／エンジン冷却水の熱交換器（２７）を介してエンジン冷却水に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は、膨張弁１６内に進む。蒸発器５内の冷房回路による適切な絞り及び熱の取り込みの後に、冷媒は、収集器１９を通って流れ、定められた冷媒品質で収集器１９を出て、内部熱交換器の低圧側を介して圧縮器１２へ進む。
【００５７】
この回路の特定の利点として、熱ポンプによる熱の取り込みが運転室の空気の空気流からなされ、エネルギがエンジン冷却水回路内に導入されることがある。さらなる利点が、冷却運転モードにおいて生まれる。車内が熱せられた状態の車両が始動した場合には、非常に著しい熱フラックスが、エンジン冷却水内に短時間放散されることが可能である。このことにより、かなりの冷房容量が提供される。エンジン冷却水温度が４０℃未満である場合は常に、この回路モードが適切である。その結果、駆動しているエンジンは効果的に暖気される。
【００５８】
図１１は、図７の回路を示す図であるが、但し例外として、切換弁１３が２つの遮断弁２４及び２５によって置換される。したがって、加熱された内部車室の車両が始動した後に、非常に著しい熱フラックスが、エンジン冷却水内に短時間放散され得る。このことにより、かなりの冷房容量が提供される。エンジン冷却水温度が４０℃未満である場合は常に、この回路が適切である。その結果、駆動しているエンジンは加熱されることが好ましい。
【００５９】
図１２は、一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【００６０】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で、切換弁２４及び２５の上流に進む。弁２４が開放されると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り、その結果運転室は冷却される。第２の膨張弁（１７）は、回路内に接続されておらず、したがって閉じられる。冷媒は、開放弁（２６）を介して収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される
【００６１】
弁２５が回路内に接続されると、冷媒は、気体冷却器／凝縮器２０に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は、膨張弁１６内に進む。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは放散の後に、冷媒は、第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。弁２６は閉じられる。冷媒／熱輸送流体の熱交換器１８において、熱が、エンジン冷却水から冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱され、次いで冷媒は、圧縮器１２に戻る。収集器１９及び内部熱交換器１５の低圧側は、それらを通って流れる循環冷媒を含まず、圧縮器の入口と連通している。
【００６２】
このような回路構造が暖房モードである場合には、循環冷媒は、収集器及び内部熱交換器の低圧側を通って流れない。収集器の動作特性とは、通常の状況下で、一部の液体冷媒が常に放出されることを意味するので、このことにより、圧縮器の入口でわずかな過熱が生じる。つまり圧縮器の出口温度が低くなる。その結果、熱ポンプの最大性能が、通常、達成されなくなる。さらに、吸込側に起こる圧力損失が著しく低くなる。このような回路はこれらの特徴を有さないので、好ましい適用形態であると言える。
【００６３】
図１３は、暖房モード中に、二段膨張で動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【００６４】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で、切換弁２１及び２５の上流に進む。切替弁２１が開放されると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。動作点は二相領域内にある。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り、その結果冷却される。冷媒は、収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によってしかるべく加熱される。
【００６５】
弁２５が回路内に接続されると、冷媒は、気体冷却器／凝縮器２０で車両の運転室のための空気流に熱を放散する。逆止め弁（１０）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内に進む。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは放散の後に、冷媒は、第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。開放弁２６は、収集器１９への経路を閉鎖する。凝縮器／気体冷却器１４において、周囲からの熱が冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。次いで冷媒は、切換弁２１を介して圧縮器１２に戻る。
【００６６】
この回路構造の特定の利点として、車両が暖機している間、エンジン冷却水回路は運転室を暖房するのに用いられないことがある。
【００６７】
冷房回路内にある熱交換器が、熱を取り込むために用いられる。その結果、駆動しているエンジンは素早く加熱され、消費、磨耗、及びエミッションについて利点が得られる。
【００６８】
図１４は、一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【００６９】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で切換弁１３内に進み、冷却運転モードと暖房運転モードとの間を切り換える。弁１３が冷却運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。第２の膨張弁（１７）は、回路内に接続されておらず、したがって閉じられる。冷媒は、開放弁（２６）を介して収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７により適宜加熱される。
【００７０】
弁１３が暖房運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器／凝縮器２０を介して車両の運転室のための空気流に熱を放散する。逆止め弁１０を通過した後、冷媒は、内部熱交換器１５の高圧側の入口に、次いで第１の膨張弁１６内に進む。逆止め弁６は、冷媒が気体冷却器１４内に流れ戻るのを防ぎ、その中で熱が周囲に放散され得、含まれている冷媒が凝縮する。このプロセスにおいて、特定量が増加し、それにより冷媒が回路から流れる。その結果、気体冷却器は液体冷媒で充満する。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは放散の後に、冷媒は、第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。開放弁２６は閉じられる。冷媒／熱輸送流体の熱交換器１８において、熱が、エンジン冷却水から冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。冷媒は、収集器１９、内部熱交換器１５の低圧側を通って流れ、圧縮器１２に進む。
【００７１】
このような回路構造により、冷媒内に留まっていたエネルギが、圧縮器１２に入る前に、内部熱交換器１５により冷媒を過熱するために用いられる。この場合、圧縮器１２内の吸気温度が高いことを確実にするために、エネルギの一部が回路に留まっているので、高い圧縮器出口温度に到達する。したがって、高温の熱が使用できる。
【００７２】
図１５は、暖房中、二段膨張で動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。暖房中の冷房回路による実際の熱の取り込みは、外気からなされる。
【００７３】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で切換弁１３内に進み、冷却運転モードと暖房運転モードとの間を切り換える。弁１３が冷却運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。蒸発器５において、冷媒は、車両の運転室のための空気流から熱を取り、その結果冷却される。冷媒は、収集器（１９）内に流れ込む。内部熱交換器（１５）の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００７４】
弁１３が暖房運転モードに切り換わると、冷媒は、冷媒／エンジン冷却水の熱交換器（２７）を介してエンジン冷却水に熱を放散する。逆止め弁１０を通過した後、冷媒は、内部熱交換器１５の高圧側の入口に、次いで第１の膨張弁１６内に進む。逆止め弁６は、冷媒が気体冷却器１４内に流れ戻るのを防ぐ。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは放散の後に、冷媒は、収集器１９を通って内部熱交換器１５の低圧側に流れる。切換弁２１は、圧縮器への直接経路を閉鎖し、したがって媒体は第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。凝縮器／気体冷却器１４において、熱が周囲から冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。次いで、冷媒は、切換弁２１を介して圧縮器１２に戻る。
【００７５】
図１６は、一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【００７６】
圧縮後、冷媒は、高圧及び高温で切換弁１３内に進み、冷却運転モードと暖房運転モードとの間を切り換える。弁１３が冷却運転モードに切り換わると、冷媒は、気体冷却器（１４）を介して周囲に熱を放散し、内部熱交換器（１５）の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁（６）を通過した後、冷媒は、第１の膨張弁（１６）内の蒸発圧力まで膨張する。第２の膨張弁（１７）は、回路内に接続されておらず、したがって閉じられる。冷媒は、開放弁（２６）を介して収集器（１９）内に流れ込む。冷媒は、内部熱交換器（１５）の低圧側で過熱され、次いで圧縮器（１２）によって吸い込まれる。なお、冷却運転モードにおいて、切替弁１３を暖房位置にセットして、冷房を行うことが可能である。冷媒は、冷媒／エンジン冷却水の熱交換器２７を介してエンジン冷却水に熱の一部を放散し、次いで切換弁３０を通り、逆止め弁１０を通り、気体冷却器１４に流れ込み、ここで周囲にさらなる熱を放散し、内部熱交換器１５の高圧部内でさらに加熱される。逆止め弁６を通過した後
、冷媒は、第１の膨張弁１６内の蒸発圧力まで膨張する。第２の膨張弁１７は、回路内に接続されておらず、したがって閉じられる。冷媒は、開放弁２６を介して収集器１９内に流れ込む。内部熱交換器１５の低圧側で、冷媒は過熱され、次いで圧縮器１２によって吸い込まれる。
【００７７】
空調ユニットにおいて、運転室のための空気流は冷却され、空気流が含んでいる大気湿度は、熱交換器の冷たい表面で凝縮される。必要な場合には、空気は、暖房用熱交換器７によりしかるべく加熱される。
【００７８】
弁１３が暖房運転モードに切り換わると、冷媒は、冷媒／エンジン冷却水の熱交換器（２７）を介してエンジン冷却水に熱を放散する。暖房運転モードのための位置にある切換弁３０で、冷媒は、内部熱交換器１５の高圧側の入口に、次いで第１の膨張弁１６内に進む。逆止め弁６は、気体冷却器１４内に冷媒が流れて戻るのを防ぎ、ここで熱が周囲に放散され得、それが含んでいる冷媒が凝縮する。このプロセスにおいて、特定量が増加し、それにより冷媒が回路から流れて戻る。その結果、気体冷却器は、液体冷媒で充満する。蒸発器５内の適切な絞り及び熱の取り込みまたは放散の後に、冷媒は、第２の膨張弁１７を通って流れ、熱の取り込み部の蒸発圧力レベルまで等エンタルピー膨張する。弁２６は閉じられる。冷媒／熱輸送流体の熱交換器１８において、熱が、エンジン冷却水から冷媒に送られ、しかるべき場合には過熱される。冷媒は、収集器１９、内部熱交換器１５の低圧側を通って流れ、圧縮器１２に進む。このような回路構造で、圧縮後の冷媒内に含まれているエネルギが、エンジン冷却水内に導入され、したがって、運転が開始された後に素早く加熱される。このことにより、磨耗、消費、及びエミッションについて利点が得られる。さらに、冷却運転について、かなりのヒートシンクが最初から使用できるようになり、それにより、冷房設備の初期反応が向上する。その上、冷房設備の運転について、さらなる利点がある。熱の放散が、気体冷却器内だけでなくエンジンの冷却器を介しても起きる。このことにより、熱の放散がより効率的となる。さらに、気体冷却器への冷媒の入口温度が、著しく減少する。したがって、温度が１００℃未満となり、これは、熱交換器において通常用いられるアルミニウム材料の強度について、かなりの利点であると言える。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】制御可能な圧縮器と絞り手段とを備えた蒸気圧縮回路を示す概略図である。
【図２】圧縮器と、第２の熱交換器と、第２の絞り手段とを備えた蒸気圧縮回路を示す概略図である。
【図３】圧縮器と、熱交換器と、絞り手段とを備えた冷媒回路を概略的に示すＰ−ｈ線図である。
【図４】圧縮器と、熱交換器と、絞り手段とを備えた冷媒回路を概略的に示すＰ−ｈ線図である。
【図５】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ水側で熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図６】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ空気側で熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図７】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ冷却水から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図８】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ周囲空気から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図９】暖房モードにおいて、二段階で膨張を行い、かつ運転室の空気から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１０】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ運転室の空気から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１１】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ冷却水から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１２】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ冷却水から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１３】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ空気から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１４】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ冷却水から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１５】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ空気から熱を取り込みながら動作する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１６】冷却モードにおいて、熱輸送液により、次いで外気により、熱を間接的に輸送する一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１７】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ第１の熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ第２の熱輸送液により空気を間接的に冷却または加熱するために熱を輸送し、熱ポンプモードにおいて、空気から熱を取り込む一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１８】暖房モードにおいて、二段膨張が可能であり、かつ第１の熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ第２の熱輸送液により空気を間接的に冷却または加熱するために熱を輸送し、熱ポンプモードにおいて、空気から熱を取り込む一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図１９】暖房モードにおいて、第１の熱輸送液により熱を間接的に輸送し、かつ第２の熱輸送液により空気を間接的に冷却または加熱するために熱を輸送し、冷却中に、熱が、回路から第１の熱輸送液に及び／又は外気に輸送され得る一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図２０】空気を冷却または加熱するための熱を、駆動エンジンの冷却水回路内に間接的に、または冷却水回路の閉じられたサブシステム内に間接的に輸送し、熱ポンプモードにおいては、空気から熱を取り込む一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図２１】空気を冷却または加熱するための熱を、駆動エンジンの冷却水回路内に間接的に、または冷却水回路の閉じられたサブシステム内に間接的に輸送し、熱ポンプモードにおいては、空気から熱を取り込み、かつ冷却水回路の切り換えを行う一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【図２２】空気を冷却または加熱するための熱を、駆動エンジンの冷却水回路内に間接的に、または冷却水回路の閉じられたサブシステム内に間接的に輸送し、熱ポンプモードにおいては、空気から熱を取り込み、かつ弁ユニット内の冷却水回路の切り換えを行う一体型の熱ポンプ設備を示す概略図である。
【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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【国際調査報告】
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