(57)【要約】  本発明は、空調機と熱源用媒体回路が冷房及び／又は暖房のために共通媒体を使用する空調機と熱源とを備えた自動車に関する。媒体を膨張および圧縮させる手段は、媒体回路内に設けられ、これによって媒体回路の第１の分路は合流点と分岐点との間にのびる。媒体回路は、分岐点で熱源用第１の部分回路と空調機用第２の部分回路に分岐し、これらは合流点で再度合流する。大気で冷却されるコンプレッサおよび第１の熱交換器は、合流点と分岐点との間の第１の分路内に配置される。本発明はさらに自動車の温度を制御する方法に関する。
2005514261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置と熱源（８）とを有する自動車であって、
−  媒体回路は冷房及び／又は暖房用共通媒体を前記空調装置と前記熱源（８）とに使用し、
−  前記媒体回路内で前記媒体を膨張および圧縮させる手段（１０、７、８、９、１２、１４、１４’）があり、
−  前記媒体回路の第１の分路（１）は、結合点（５）と分岐点（６）との間に延び、前記分岐点（６）において、前記媒体回路は、前記熱源に割り当てられた第１のサブ回路（２）と、前記空調装置に割り当てられた第２のサブ回路（３）とに分岐し、これらのサブ回路は前記結合点（５）において再び結合し、
−  コンプレッサ（１０）と、周囲空気で冷却される第１の熱交換器（１１）とは、前記結合点（５）と前記分岐点（６）との間の、前記第１の分路（１）内に配置されることを特徴とする空調装置と熱源を有する自動車。
【請求項２】
前記媒体を所定の第１の圧力（ｐ１）まで膨張させる第１のバルブ（７）が、前記媒体の流動方向、前記熱源（８）の上流の前記第１のサブ回路（２）内に配置され、
前記媒体を第２の圧力（ｐ２）まで膨張させる第２のバルブ（９）が、前記媒体の流動方向、前記熱源（８）の下流の前記第１のサブ回路（２）内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項３】
第３のバルブ（１２）が前記第１の分路（１）内に提供されることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項４】
第２の熱交換器（１３）、第４のバルブ（１４）および第３の熱交換器（１５）が前記第２のサブ回路（３）内の前記媒体の流動方向に順に提供され、前記媒体は、前記第２の熱交換器（１３）の第１の領域（１３ａ）を通して送られることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項５】
前記第４のバルブ（１４）と前記結合点（５）との間の前記媒体は、前記第２の熱交換器（１３）の第２の領域（１３ｂ）を通して送られることを特徴とする請求項４に記載の自動車。
【請求項６】
前記第３の熱交換器（１５）には、ヒータ熱交換器（１７）が設けられることを特徴とする請求項４に記載の自動車。
【請求項７】
前記ヒータ熱交換器（１７）は、前記熱源（８）からの廃熱により作用されることを特徴とする請求項６に記載の自動車。
【請求項８】
前記コンプレッサ（１０）の下流に分流バルブ（１６）が配置され、第２の切換位置において前記第１の分路（１）の第１のセクション（１ａ）を前記第２のサブ回路（３）の第１のセクション（３ａ）に接続し、前記第１の分路（１）の第２のセクション（１ｂ）を前記第２のサブ回路（３）の第２のセクション（３ｂ）に接続することを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項９】
前記自動車の他の構成要素（１５’）の温度を制御する少なくとも１つの他のサブ回路（４）が前記第２のサブ回路（３）と並列に設けられることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１０】
前記媒体は、前記媒体回路内の標準条件下でガス状であることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１１】
前記媒体は二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１２】
前記第１の熱交換器（１１）は、前記自動車後部の領域に配置されることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１３】
前記熱源（８）は、燃料電池装置の一部であることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１４】
カソード排気を冷却するコンデンサは、燃料電池ユニットのカソード排気ガスライン内の熱源（８）として配置され、前記第１のサブ回路（２）の前記媒体は冷却目的で前記コンデンサを通って流れることを特徴とする請求項１３に記載の自動車。
【請求項１５】
前記燃料電池ユニット用作動媒体を発生させるため、前記燃料電池装置に割り当てられた、熱源（８）としての、ガス発生装置の熱交換構成要素は、その中を通って流れる前記第１のサブ回路（２）の媒体を有することを特徴とする請求項１３に記載の自動車。
【請求項１６】
前記燃料電池ユニットは、領域内にその中を通って流れる前記第１のサブ回路（２）の媒体を有することを特徴とする請求項１３に記載の自動車。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の自動車の温度を制御する方法であって、
並列サブ回路（２、３、４）内の共通媒体が熱源（８）および車室内の冷房装置及び／又は暖房装置を冷却及び／又は加熱するために使用されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記第１のバルブ（７）及び／又は前記第２のバルブ（９）を通る流路は、前記第１のサブ回路（２）内の所望加熱または冷却能力に応じて設定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２のサブ回路及び／又は他のサブ回路（３、４）内の熱交換構成要素（１５、１５’）を冷却する温度レベルは、前記熱交換構成要素の上流に接続されたバルブ（１４、１４’）のバルブ位置によって設定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記温度レベルは、前記第２のバルブ（９）に対し上流に接続された前記バルブ（１４、１４’）のバルブ位置を設定することによって個々の熱交換構成要素（１５、１５’）における需要に応じて設定されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
低外気温度において前記車室内を暖房するために、前記切換バルブ（１６）を第１の切換位置で作動させ、前記圧縮媒体が前記第３の熱交換器（１５）に送られて該熱交換器（１５）を加熱することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
低外気温度において、前記第１の熱交換器（１１）を除氷するために前記切換バルブ（１６）が第２の切換位置に移動され、そこで前記圧縮媒体が前記第１の熱交換器（１１）を加熱することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の熱交換器（１１）に割り当てられた所定温度しきい値を超えた場合、前記切換バルブ（１６）がその第２の切換位置からその第１の切換位置まで切り換えられることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記切換バルブ（１６）がその第２の切換位置にある限り、前記車室内は、別の冷媒回路に組み込まれるヒータ熱交換器（１７）を介して暖房されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記燃料電池装置がその動作温度まで暖まっているとき、および周囲温度が氷点より上であるとき前記車室内への給気を除湿するために、前記切換バルブ（１６）はその第２のバルブ位置に移動され、前記媒体が第４のバルブ（１４）を介して、氷点と周囲温度との間の温度にまで膨張させられ、前記給気が前記第３の熱交換器（１５）によって除湿され、次にもう１つのヒータ熱交換器（１７）によって加熱されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記媒体は、前記カソード排気ガスライン内のコンデンサ（８）を冷却することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記燃料電池排気ガスからの水の分離の増加が必要な場合、前記第１のサブ回路（２）だけが作動されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
高駆動力が必要な場合、関連の電気消費要素（１０、７、９１４、１４’）と共に前記媒体回路のスイッチが一時的に切られることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調装置と熱源とを備えた自動車、および自動車を暖房および冷房する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の燃料電池自動車において、自動車の廃熱の全てが中央冷却モジュールを経て周囲空気に放散される。高周囲温度において、および登坂走行またはトレーラを引くときなど、クリティカルな運転条件下では、駆動力が結果的に制限される。周囲温度が非常に高い場合、十分な熱量を放散させるに足る温度降下が得られない。熱の放散は、熱交換器が冷却モジュール内に流体−空気力学的に直列に接続されるので、高流動抵抗でさらに悪影響を受ける。逆に、外気温度が低い場合、特に常温始動中または部分負荷運転時に現れる燃料電池自動車内の熱不足が生じる。この熱不足を補償するために、水素またはメタノールバーナのような、付属加熱手段を取り付けることがすでに提案されている。
【０００３】
出願人による先行出願である独国特許出願１０１ ５２ ２３３号明細書には、燃料電池ユニットからの廃熱をより高温レベルにするためにヒートポンプを使用する燃料電池装置を記載している。この場合、比較的高外気温度において装置から効果的に熱を放散することも可能である。
【０００４】
特許文献１は、湿った供給空気が吸湿剤を通して流れ、乾燥されるために車室内が除湿される空調装置を備えた電気自動車を開示している。
【０００５】
さらに、特許文献２は、蒸発器、コンプレッサ、コンデンサおよび周囲空気で冷却される熱交換器が、空調装置に割り当てられたサブ回路内に連続して配置される、冷媒回路を備えた自動車を開示している。さらに、蒸発器と並列に配置された第２のサブ回路内には、付属熱源がある。
【０００６】
最後に、特許文献３は、コンプレッサ、周囲空気で冷却される熱交換器、内部熱交換器の第１の部分、車室内に割り当てられた熱交換器、および内部熱交換器の第２の部分が流動方向に連続して配置される、冷媒回路を備えた自動車を開示している。２つの切換装置が、第２の切換位置でコンプレッサ、車室内に割り当てられた熱交換器、および熱源に割り当てられた熱交換器を流動方向に連続して接続するために、車室内に割り当てられた熱交換器の上流と下流とに提供される。
【０００７】
【特許文献１】独国特許発明第４３  ０４  ０７６  Ｃ２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９６  ４４  ５８３  Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１９８  ０６  ６５４  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、高外気温度において、快適な空調と熱源の十分な冷却との両方を可能にし、低外気温度において、熱不足を容易に補償する、空調装置と熱源とを有する自動車を提供し、自動車を暖房および冷房する方法をも提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、自動車に関し、請求項１の特徴によって、および請求項１７の方法によって達成される。
【００１０】
本発明による解決法の利点は、熱源の冷却と自動車の空調との両方が共通媒体を使用して可能となることである。単一の冷媒回路を用いると、装置内の個々の熱源及び／又はヒートシンクの需要に応じて同時に複数の冷却および／加熱機能を実行することが可能である。さらに、自動車に必要な冷却回路数も低減される。加熱は需要に応じておよび選択的に実行できる。さらに、装置内の熱消費要素点数を必要に応じて簡単に増やすことが可能である。特に高外気温度における燃料電池自動車の駆動力が改良される。
【００１１】
本発明は、燃料電池装置を有する自動車で使用されることが特に好ましい。外気温度が低い場合、ヒートポンプモードで周囲の熱を導入することで電気的に暖房される自動車と比べて自動車の行動範囲を増すことが可能である。
【００１２】
本発明のさらなる利点や実施形態は、以下の明細書およびさらなる請求項に記載される。
【００１３】
本発明を図面に基づいて以下でより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明による、自動車は、空調装置、および冷却される熱源を有する。このタイプの熱源は、例えば、加熱、圧縮された空気が冷却されなければならない、内燃機関で駆動される自動車のインタークーラーであっても良い。
【００１５】
特に好ましい自動車は、熱源として燃料電池装置を有する。本発明の例として、以下、熱源が、燃料電池装置内で冷却されることになる少なくとも１つの構成要素であるこのタイプの自動車に基づいて説明する。燃料電池装置は、自動車の駆動力を供給するか、または自動車に付加設備を提供するために使用できる。燃料電池装置は、燃料電池ユニットに導く作動媒体のアノード側フィードライン、および燃料電池ユニットからアノード排気ガスを排出させるアノード側アノード排気ガスライン、燃料電池ユニットに酸化剤を送るカソード側フィードライン、および燃料電池ユニットからカソード排気ガスを排出させるカソード側カソード排気ガスラインを有する燃料電池ユニットを具備する。燃料電池装置は、燃料電池技術の分野における当業者にはよく知られているように、作動媒体、好ましくは水素を、燃料から生成させるガス発生装置を包含しても良い。
【００１６】
本発明によれば、空調装置および燃料電池装置の少なくとも１つの構成要素は、媒体回路による冷房及び／又は暖房目的の共通媒体によって作用される。媒体回路内の媒体は標準条件下でガス状であると特に好ましく、使用される媒体は二酸化炭素であると特に好ましい。用語の標準条件は、１気圧および約２０℃の周囲条件を意味すると理解されるべきである。ガス状媒体は、ガスの圧力と温度との両方をガスの圧縮と膨張とによって広範囲で容易に変更できるという大きな利点を有する。媒体の凝集状態も、例えば、ガス状状態から液状状態に変化する。温度範囲が大きいと、同媒体を使用しての構成要素の冷却および加熱が可能となる。二酸化炭素は、非中毒性で、不燃性である、ゆえに十分なレベルの安全性を図ることができるので自動車への使用に特に適している媒体である。
【００１７】
図１は、好ましい媒体回路の基本回路線図を例示する。燃料電池装置の細部は、図示されない。示された基本回路線図は、高外気温度において、特に冷房が自動車内で望まれるときの、特に夏期での運転に適している。
【００１８】
媒体回路の第１の分路１は、結合点５と分岐点６との間にある。媒体回路は、分岐点６において第１のサブ回路２と第２のサブ回路３とに分岐し、これらのサブ回路は結合点５において再び結合する。第１のサブ回路２は燃料電池装置に割り当てられ、第２のサブ回路３は自動車の空調装置に割り当てられる。１つの好ましい構成において、コンデンサは、燃料電池ユニットからのカソード排出空気を冷却する構成要素８としてカソード排気ガスライン内に配置される。このコンデンサ８は、第１のサブ回路２を通って流れる媒体で冷却される。プロセス水は燃料電池排気ガスから凝縮される。燃料電池ユニット内の反応で形成された生産水は、ほとんどカソード排出空気内で製造されるので、カソード排出空気の冷却は、プロセス水を回収する目的で特に好都合である。これは、プロセスガス加湿化のため、または公知目的の公知方法での化学反応を実行するために燃料電池に戻される。但し、対応する構成要素がアノード排気ガスライン内に配置されても良い。本発明によれば、コンデンサの凝縮能力は、燃料電池装置の従来形冷却回路と比べてより精密に、且つより自然に制御される。
【００１９】
但し、第１のサブ回路２の媒体を、燃料電池ユニットの作動媒体を発生させるための、燃料電池装置に割り当てられた、ガス発生装置の熱交換構成要素を通して流すことも可能であるので、熱交換構成要素は、この構成要素が、好ましくは、廃熱が生成され、放熱されなければならない一酸化炭素不純物または他の成分の選択的酸化の段階にあるように冷却される。例えば、第１のサブ回路２の媒体を燃料電池ユニットの領域を通して流すことも可能である。
【００２０】
コンプレッサ１０、第１の熱交換器１１および第３のバルブ１２は、結合点５と分岐点６との間の第１の分路１内に、媒体の流動方向に見られるように、縦並びの順で配置される。第１の熱交換器１１は、媒体と熱エネルギーを交換できるように熱交換器を通って流れる周囲空気を有する空気冷却器であるのが好ましい。コンプレッサ１０は、媒体を高圧に圧縮し、そのプロセス中に媒体が結果的に加熱される。その媒体は、第１の熱交換器１１内で冷却され、熱は大気中に放出される。次にその媒体は、第３のバルブ１２、好ましくはオープンエクスパンションバルブを通過する。媒体の流量は、前記サブ回路内の冷却の需要に応じてサブ回路２、３の間で分配される。
【００２１】
第１のバルブ７は、媒体の流動方向に見られるように、燃料電池装置の構成要素８の上流の、第１のサブ回路２内に配置される。このバルブは、媒体を所定の第１の圧力ｐ１まで膨張させる。その結果、媒体は、第１の温度Ｔ１に冷却される。媒体を第２の圧力ｐ２まで膨張させる第２のバルブ９は、構成要素８の下流に配置される。この第２の圧力は、結合点５の領域の第２のサブ回路３内の媒体圧力に相当する。第１のバルブ７によって中間圧力レベルまで膨張された媒体は、第２のバルブ９によって、低圧力ｐ２まで膨張される前に構成要素８内の熱を吸収する。湿ったプロセスエアは、好ましいコンデンサ８内で冷却され、除湿される。バルブ７は、制御可能であっても、または設定が固定された単純なバルブであっても良い。バルブ９は、制御可能なバルブであるのが好ましい。バルブ９に加えて、バルブ７も制御可能である場合、構成要素８における冷却能力をより良く制御すること、およびその設定を最大効率の動作点または最大冷却または加熱能力の動作点のいずれにも制御することも可能となる。これは、構成要素８に対応する他の熱消費要素にも当てはまる。個々の熱消費要素における冷却能力は、熱消費要素の上流および下流の制御可能なバルブによって目標を決めて設定できる。
【００２２】
第２の熱交換器１３、第４のバルブ１４および第３の熱交換器１５は、第２のサブ回路３内の、媒体の流動方向に見られるように、縦並びの順で配置され、その媒体は第２の熱交換器１３の第１の領域１３ａを通って流れる。第３の熱交換器１５を通過した後、サブ回路３内の媒体は、第４のバルブ１４と結合点５との間の、第２の熱交換器１３の第２の領域１３ｂを通って流れる。この第２の熱交換器１３は、内部熱交換器として働き、コンプレッサ１０までの途中で媒体を再加熱するが、同時に第２のサブ回路３に入る媒体を冷却する。第４のバルブ１４、好ましくはエクスパンションバルブを通過するとき、内部熱交換器１３内で冷却された媒体は、第３の熱交換器１５を通過する前に膨張によってさらに冷却される。好ましい温度レベルは１０℃と０℃の間である。第３の熱交換器１５は、車室内に割り当てられるのが好ましい。この第３の熱交換器１５において、媒体は、車室内への給気から熱エネルギーを吸収し、そこで媒体が過熱され最終的にコンプレッサ１０に戻される、第２の領域１３ｂにおける第２の熱交換器１３を再度通過する前にこの空気を冷却し、乾燥させる。
【００２３】
さらなる熱源が第３の熱交換器１５と並列に接続され、冷却されることも随意に可能である。自動車内のパワーエレクトロニクスが、この種のもう１つの熱源を構成しても良い。
【００２４】
媒体が上流のエクスパンションバルブによって各付属熱交換器において対応する冷却能力を需要に応じて利用できるようになると好都合である。上流のバルブは、バルブを通る媒体の流量を、ゆえに冷却能力を設定するために使用でき、適切であれば、所望の圧力レベルを第２の下流のバルブを使用して設定できる。
【００２５】
媒体回路内で利用できる全冷却エネルギー、およびその冷却の温度レベルは、第４のバルブ、別のサブ回路４内に配置された別のバルブ１４’および第２のバルブ９のバルブ位置を相互に変更することによって特定の需要に応じて個々の熱源に分配できると好都合である。バルブ９、１２、１４、１４’は、好ましくは制御可能であり、バルブ７も制御可能であっても良い。
【００２６】
他の好ましい構成が図２で例示される。図１に示されたこれらと同一の構成要素には同一参照番号で示す。
【００２７】
提示された概略図において、分流バルブ１６は、媒体の流動方向に見られるように、コンプレッサ１０の下流に配置される。分流バルブ１６は、第１の分路１を第２のサブ回路３に接続する。分流バルブ１６は、第１の分路１を２つのセクション１ａ、１ｂに分割し、第２のサブ回路３を第１のサブセクション３ａと第２のサブセクション３ｂとに分割する。第１の分路１の第１のセクション１ａは、結合点５と分流バルブ１６との間の領域であり、セクション１ｂは、分流バルブ１６と分岐点６との間の領域である。第２のサブ回路３のセクション３ａは、分流バルブ１６と分岐点６との間の領域であり、セクション３ｂは、分流バルブ１６と結合点５との間の領域である。
【００２８】
分流バルブ１６の利点は、動作モード間で選択することが可能であり、コンプレッサ１０内で圧縮された媒体を媒体回路の様々な部分内に通過させることができることである。その結果、例として、自動車の、または燃料電池装置の様々な構成要素を加熱させることが可能となる。
【００２９】
媒体回路の個々の部分内の媒体の流動方向は、分流バルブ１６が第１の分路１内で第１および第２のセクション１ａ、１ｂを接続し、第２のサブ回路３内で第１および第２のセクション３ａ、３ｂを接続するので、図１で示されたものに対応する。この切換位置は、比較的低い外気温度において過剰な廃熱があり、燃料電池装置がすでにその動作温度にまで加熱している場合に好ましい。
【００３０】
周囲温度が約５℃まで下がる比較的低い場合、この方法で給気を除湿することが可能である。そのプロセスにおいて、第１の熱交換器１１は、媒体を低外気温度まで冷却する。媒体は、給気を除湿するために、外気温度と氷点の間の温度まで第４のバルブ１４内で膨張させられる。乾燥給気は、次に加熱構成要素を使用して所望温度にまで加熱される。この加熱のために燃料電池装置からの過剰な廃熱を使用できれば好都合である。自動車の他の熱源からの廃熱を使用することも可能である。
【００３１】
周囲温度が氷点下である場合、第３の熱交換器１５が凍結するのを防止するために、第４のバルブ１４が都合良く閉じられる。過剰な熱が、例えば、燃料電池装置内にある場合、車室内への給気は、図３に示されるように、ヒータ熱交換器を使用して問題なく加熱される。
【００３２】
図３は、別の好ましい構成を示す。同一構成要素は、図１および図２と同一の参照番号で示す。第３の熱交換器１５は、ヒータ熱交換器１７に割り当てられる。熱交換器１５、１７の両方とも、車室内を暖房するために使用できる。ヒータ熱交換器１７は、燃料電池装置が過剰な熱を有する場合、熱交換器１７が燃料電池装置からの廃熱によって作用されるように、燃料電池装置の任意の別の冷却回路内に都合良く組み入れられても良い。
【００３３】
その構成は、自動車内に熱不足があるとき、または燃料電池装置の低温始動段階時など、冬期の運転に特に適している。
【００３４】
分流バルブ１６は、第１の分路１の第１のセクション１ａが第２のサブ回路３の第１のセクション３ａに接続され、第１の分路１の第２のセクション１ｂが第２のサブ回路３の第２のセクション３ｂに接続される、第２の切換位置に移動される。これは、第２のサブ回路３内の媒体の領域的逆流につながる。従って、その領域３ｂにおいて、媒体は尚も、結合点５と分流バルブ１６との間で図１および図２における場合と同方向に流れるが、セクション３ａにおいて、分岐点６と分流バルブ１６との間でその流動方向は反転する。
【００３５】
分流バルブ１６は切り換えられ、高温圧縮媒体が、車室内に割り当てられる第３の熱交換器１５向けて通過し、そこで媒体が冷却され、車室内の冷気を加熱する。さらなるヒートシンクが第３の熱交換器１５と並列に接続され、加熱されることも可能である。
【００３６】
例えば、燃料電池装置の高温冷媒回路がその動作温度まで非常に速やかに加熱されるので、この回路がヒートシンクとして使用されると特に好都合である。これは、燃料電池装置の低温始動段階を都合良く短縮できるようにする。
【００３７】
第２の熱交換器１３において、媒体は、領域１３ａを通過するとさらに冷却され、最終的に分岐点６において第１のサブ回路２と第１の分路１とに分岐する。第１の分路１において、媒体は、第３のバルブ１２において周囲温度未満の温度レベルまで膨張され、第１の熱交換器１１内で環境からエネルギーを吸収する。
【００３８】
媒体は、分流バルブ１６および第２の熱交換器１３を経由してコンプレッサ１０に戻る。
【００３９】
上述の図による夏期動作におけるように、媒体は、第１のサブ回路２内の第１のバルブ７を通り中間圧力レベルまで膨張され、第２のサブ回路３内の結合点５における場合と同圧力レベルまで、第２のバルブ９を通って、膨張され、次にコンプレッサ１０に戻る前に、構成要素８内で熱を吸収する。車室内の除湿が必要な場合、分流バルブ１６は、図２で示された第１の切換位置に一時的に移動される。第２の切換位置はそれに続いて復帰される。
【００４０】
図４は、低外気温度において第１の熱交換器１１を除氷するのに特に適した好ましい構成を示す。同一構成要素は、図１〜３と同一参照番号で示す。
【００４１】
氷点下の周囲温度において、第１の熱交換器１１を通って流れる空気は、露点未満に降下するまで冷却される。それで第１の熱交換器１１が次第に凍結するリスクがあるのでもはや環境からいかなる熱も吸収できない。図による第１の切換位置に分流バルブを切り換えると、コンプレッサ１０によって圧縮された高温媒体で第１の熱交換器を解凍させる。媒体は、第１のバルブにおけるその膨張後の構成要素８からと、コンプレッサ１０内との両方で熱を吸収する。他の熱源からの、例えば自動車のパワーエレクトロニクスからの廃熱がもう１つのサブ回路４内の媒体回路に取り込まれることも随意に可能である。
【００４２】
第１の熱交換器１１を出るなり媒体の温度が所定温度しきい値、好ましくは約５℃を超えると直ちに解凍プロセスが決定され、分流バルブ１６が図３に示されるようにその第２の切換位置に戻るように切り換えられる。温度が上方温度しきい値を超えるかまたは下方温度しきい値未満に下降するかを決定し、第１の熱交換器１１を通って流れる空気の温度に応じて分流バルブ１６の切換位置を選択するために監視する温度センサが第１の熱交換器１１に割り当てられることが好ましい。
【００４３】
短期解凍段階中、第４のバルブ１４は、熱エネルギーが第３の熱交換器１５を介して媒体から全く奪われないように都合良く閉じられる。これは解凍段階を都合良く短縮する。
【００４４】
車室内の空気はヒータ熱交換器１７によってこの期間の間加熱される。このヒータ熱交換器１７は、例えば、燃料電池装置の高温冷媒回路内に組み込まれても良い。
【００４５】
第１の熱交換器１１が自動車後部の領域に配置されると特に好都合である。燃料電池装置用の標準的な空冷高温冷媒回路がある場合、その熱交換器は、通常では自動車のラジエータ領域に配置され、外気流に露出している。空調装置の熱交換器１１が、このラジエータの前部に配置される場合、エアハイドロリックに関して、空調装置の熱の放散と、熱交換器１１に起因する空気抵抗との両方が高温冷媒回路の熱交換器における熱の放散に悪影響がある。この問題は、熱交換器１１が自動車の後部に移動されれば解消される。
【００４６】
本発明によれば、並列サブ回路２、３、４内の媒体は、燃料電池装置の、および車室内の冷房装置及び／又は暖房装置の構成要素を冷却及び／又は加熱するために使用できる。第２のバルブ９及び／又は第１のバルブ７を通る流路は、第１のサブ回路２内の所望加熱または冷却能力に応じて設定されても良く、熱交換構成要素の上流に接続されたバルブ１４、１４’のバルブ位置によって第２のサブ回路及び／又は別のサブ回路３、４内の熱交換構成要素１５、１５’を冷却する温度レベルを設定することができる。
【００４７】
燃料電池自動車にとって、不都合な動作条件、例えば追い越し時、長期の登坂走行などの場合、排気ガスコンデンサ８内のプロセス水の排除が一時的に最大化されなければならない。熱的に快適な車室内条件で、空調装置のパワーは、コンデンサ８における最大冷却能力を得るために一時的に低減されるかまたはスイッチが切られる。乗員室内の空調快適さは、車室内の空気再循環モードへの切り換えなどの手法を利用して一定期間維持される。
【００４８】
冷却装置の連続部分負荷動作における需要に応じた排気コンデンサ８内のプロセス水の回収は、エネルギーに関して、周期的オン／オフ冷却動作よりもかなり経済的である。
【００４９】
最大走行パワーの一時的な需要がある、例えば追い越し時のような場合、冷却装置は、その補助設備と共にスイッチが切られる。このように自由になった電力は、次に電気駆動モータまたは他の構成要素で完全に利用できるようになる。この方法は、冷却動作の中断時に燃料電池装置に利用できるプロセス水の十分な蓄積がある場合には好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】高外気温度用の好適な冷媒回路の基本回路線図を示す。
【図２】高外気温度用の好適な拡張冷媒回路の基本回路線図を示す。
【図３】低外気温度用の好適な冷媒回路の基本回路線図を示す。
【図４】低外気温度用の好適な拡張冷媒回路の基本回路線図を示す。
【図１】
2005514261.tif 000003
【図２】
2005514261.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年12月7日(2004.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置と熱源（８）とを有する自動車であって、
媒体回路は冷房及び／又は暖房用共通媒体を前記空調装置と前記熱源（８）に使用し、
前記媒体回路内で前記媒体を膨張および圧縮させる手段（１０、７、８、９、１２、１４、１４’）があり、
前記媒体回路の第１の分路（１）は、結合点（５）と分岐点（６）との間に延び、前記分岐点（６）において、前記媒体回路は、前記熱源に割り当てられた第１のサブ回路（２）と、前記空調装置に割り当てられた第２のサブ回路（３）とに分岐し、これらのサブ回路は前記結合点（５）において再び結合し、
コンプレッサ（１０）と、周囲空気で冷却される第１の熱交換器（１１）とは、前記結合点（５）と前記分岐点（６）との間の、前記第１の分路（１）内に配置され、
前記媒体を所定の第１の圧力（ｐ１）まで膨張させる第１のバルブ（７）が、前記媒体の流動方向、前記熱源（８）の上流の前記第１のサブ回路（２）内に配置され、
前記媒体を第２の圧力（ｐ２）まで膨張させる第２のバルブ（９）が、前記媒体の流動方向、前記熱源（８）の下流の前記第１のサブ回路（２）内に配置されることを特徴とする空調装置と熱源を有する自動車。
【請求項２】
第３のバルブ（１２）が前記第１の分路（１）内に提供されることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項３】
第２の熱交換器（１３）、第４のバルブ（１４）および第３の熱交換器（１５）が前記第２のサブ回路（３）内の前記媒体の流動方向に順に提供され、前記媒体は、前記第２の熱交換器（１３）の第１の領域（１３ａ）を通して送られることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項４】
前記第４のバルブ（１４）と前記結合点（５）との間の前記媒体は、前記第２の熱交換器（１３）の第２の領域（１３ｂ）を通して送られることを特徴とする請求項３に記載の自動車。
【請求項５】
前記第３の熱交換器（１５）には、ヒータ熱交換器（１７）が設けられることを特徴とする請求項３に記載の自動車。
【請求項６】
前記ヒータ熱交換器（１７）は、前記熱源（８）からの廃熱により作用されることを特徴とする請求項５に記載の自動車。
【請求項７】
前記コンプレッサ（１０）の下流に分流バルブ（１６）が配置され、第２の切換位置において前記第１の分路（１）の第１のセクション（１ａ）を前記第２のサブ回路（３）の第１のセクション（３ａ）に接続し、前記第１の分路（１）の第２のセクション（１ｂ）を前記第２のサブ回路（３）の第２のセクション（３ｂ）に接続することを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項８】
前記自動車の他の構成要素（１５’）の温度を制御する少なくとも１つの他のサブ回路（４）が前記第２のサブ回路（３）と並列に設けられることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項９】
前記媒体は、前記媒体回路内の標準条件下でガス状であることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１０】
前記媒体は二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１１】
前記第１の熱交換器（１１）は、前記自動車後部の領域に配置されることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１２】
前記熱源（８）は、燃料電池装置の一部であることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項１３】
カソード排気を冷却するコンデンサは、燃料電池ユニットのカソード排気ガスライン内の熱源（８）として配置され、前記第１のサブ回路（２）の前記媒体は冷却目的で前記コンデンサを通って流れることを特徴とする請求項１２に記載の自動車。
【請求項１４】
前記燃料電池ユニット用作動媒体を発生させるため、前記燃料電池装置に割り当てられた、熱源（８）としての、ガス発生装置の熱交換構成要素は、その中を通って流れる前記第１のサブ回路（２）の媒体を有することを特徴とする請求項１２に記載の自動車。
【請求項１５】
前記燃料電池ユニットは、領域内にその中を通って流れる前記第１のサブ回路（２）の媒体を有することを特徴とする請求項１２に記載の自動車。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の自動車の温度を制御する方法であって、
並列サブ回路（２、３、４）内の共通媒体が熱源（８）および車室内の冷房装置及び／又は暖房装置を冷却及び／又は加熱するために使用されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記第１のバルブ（７）及び／又は前記第２のバルブ（９）を通る流路は、前記第１のサブ回路（２）内の所望加熱または冷却能力に応じて設定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のサブ回路及び／又は他のサブ回路（３、４）内の熱交換構成要素（１５、１５’）を冷却する温度レベルは、前記熱交換構成要素の上流に接続されたバルブ（１４、１４’）のバルブ位置によって設定されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記温度レベルは、前記第２のバルブ（９）に対し上流に接続された前記バルブ（１４、１４’）のバルブ位置を設定することによって個々の熱交換構成要素（１５、１５’）における需要に応じて設定されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
低外気温度において前記車室内を暖房するために、前記切換バルブ（１６）を第１の切換位置で作動させ、前記圧縮媒体が前記第３の熱交換器（１５）に送られて該熱交換器（１５）を加熱することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
低外気温度において、前記第１の熱交換器（１１）を除氷するために前記切換バルブ（１６）が第２の切換位置に移動され、そこで前記圧縮媒体が前記第１の熱交換器（１１）を加熱することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の熱交換器（１１）に割り当てられた所定温度しきい値を超えた場合、前記切換バルブ（１６）がその第２の切換位置からその第１の切換位置まで切り換えられることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記切換バルブ（１６）がその第２の切換位置にある限り、前記車室内は、別の冷媒回路に組み込まれるヒータ熱交換器（１７）を介して暖房されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記燃料電池装置がその動作温度まで暖まっているとき、および周囲温度が氷点より上であるとき前記車室内への給気を除湿するために、前記切換バルブ（１６）はその第２のバルブ位置に移動され、前記媒体が第４のバルブ（１４）を介して、氷点と周囲温度との間の温度にまで膨張させられ、前記給気が前記第３の熱交換器（１５）によって除湿され、次にもう１つのヒータ熱交換器（１７）によって加熱されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記媒体は、前記カソード排気ガスライン内のコンデンサ（８）を冷却することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記燃料電池排気ガスからの水の分離の増加が必要な場合、前記第１のサブ回路（２）だけが作動されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
高駆動力が必要な場合、関連の電気消費要素（１０、７、１４、１４’）と共に前記媒体回路のスイッチが一時的に切られることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
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