(57)【要約】【課題】小型車両温度調節システムを提供する。【解決手段】本発明の小型車両温度調節システムは、蒸発器ユニット、凝縮器ユニット、およびコンポーネントユニット、ならびに冷媒回路を備え、該蒸発器ユニットおよび該凝縮器ユニットは、それぞれ、筐体内に、空気流熱交換器、ならびに送風器を有する。該コンポーネントユニットの内部には、他の回路コンポーネントが配設される。該蒸発器ユニット、該凝縮器ユニット、および該コンポーネントユニットの該筐体は、相互接続された小型筐体配設を形成する。該熱交換器は、該小型筐体配設の内側に配設される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器ユニット（２）と、凝縮器ユニット（３）と、コンポーネントユニット（４）、ならびに冷媒回路（１０）とを備える、小型車両温度調節システム（１）であって、
前記蒸発器ユニット（２）は、筐体内に、２つの空気流熱交換器（１１、１３）、ならびに送風器（６）を有し、
前記凝縮器ユニット（３）は、筐体内に、１つの空気流熱交換器（１２）、ならびに送風器（７）を有し、
前記コンポーネントユニット（４）は、他の回路コンポーネントを含むように提供され、
前記蒸発器ユニット（２）、前記凝縮器ユニット（３）、および前記コンポーネントユニット（４）の前記筐体は、前記熱交換器（１１、１２、１３）が、小型筐体配設（５）の内側に配設されるように、相互接続された小型筐体配設（５）を形成する、ことを特徴とする小型車両温度調節システム（１）。
【請求項２】
前記冷媒回路（１０）のすべての回路コンポーネント（１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、３８）は、前記筐体配設（５）の内側に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項３】
前記蒸発器ユニット（２）、前記凝縮器ユニット（３）、および前記コンポーネントユニット（４）は、前記小型筐体配設（５）のために共に接続することができる、単一コンポーネントとして構成されることを特徴とする、請求項１〜２のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項４】
空気のためのフローチャネルは、前記蒸発器ユニット（２）内および前記凝縮器ユニット（３）内に形成され、一方、それぞれのフローチャネルは、周囲からの新鮮な空気、パッセンジャー空間からの循環空気、または新鮮な空気および循環空気の混合を受容するように設計されることを特徴とする、請求項１〜３のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項５】
前記冷媒回路（１０）の圧縮器（１４）は、前記凝縮器ユニット（３）の前記フローチャネル内に配設されることを特徴とする、請求項１〜４のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項６】
前記蒸発器ユニット（２）および前記凝縮器ユニット（３）の前記フローチャネルは、前記蒸発器ユニット（２）を離れる空気の流れ方向（８）および前記凝縮器ユニット（３）を離れる空気の流れ方向（９）が、互いに対して平行に配向されるように配設されることを特徴とする、請求項１〜５のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項７】
前記蒸発器ユニット（２）および前記凝縮器ユニット（３）の前記フローチャネルは、前記蒸発器ユニット（２）を離れる前記空気の前記流れ方向（８）および前記凝縮器ユニット（３）を離れる前記空気の前記流れ方向（９）が、互いに対して反対に共通軸に沿って配向されるように配設されることを特徴とする、請求項１〜６のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項８】
空気を送るための前記送風器（６、７）は、前記フローチャネルの横隣に配設されることを特徴とする、請求項１〜７のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項９】
空気を送るための前記送風器（６、７）は、前記筐体配設（５）の反対側に配設されることを特徴とする、請求項８に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項１０】
前記冷媒回路（１０）の前記圧縮器（１４）は、電動圧縮器（１４）であることを特徴とする、請求項１〜９のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項１１】
前記車両温度調節システム（１）は、前記パッセンジャー空間の真下に配設され、一方、前記蒸発器ユニット（２）、前記凝縮器ユニット（３）、および前記コンポーネントユニット（４）は、前記車両の床に組み込まれることを特徴とする、請求項１〜１０のうちの一項に記載の小型車両温度調節システム（１）。
【請求項１２】
冷媒回路（１０）であって、
圧縮器（１４）と、冷媒と周囲との間で熱伝導するための双方向流熱交換器（１２）と、前記冷媒を反対方向に搬送する２つの流れ経路を有する第１の膨張要素（１５）と、調整されている前記車両内部の空気からの熱を前記冷媒に供給するための双方向流熱交換器（１１）とを有する、一次回路と、
２つの流れ経路（２５、２６）からなる二次分岐であって、前記第１の流れ経路（２５）は、前記圧縮器（１４）と前記熱交換器（１２）との間に配設される分岐点（２３）から、前記熱交換器（１１）と前記圧縮器（１４）との間に配設される放出点（２２）に延在し、前記冷媒から前記車両内部の調整されている前記空気に熱を伝導するための熱交換器（１３）、ならびにそれに接続される第２の膨張要素（２０）を有し、
前記第２の流れ経路（２６）は、前記圧縮器（１４）と前記熱交換器（１２）との間に配設される分岐点（２４）から、前記熱交換器（１１）と前記圧縮器（１４）との間に配設される放出点（２１）に延在し、
弁（１９）は、前記第１の流れ経路（２５）の前記分岐点（２３）と前記第２の流れ経路（２６）の前記分岐点（２４）との間に配設される、二次分岐と、を備え、
複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、ならびに再加熱動作のために構成される、冷媒回路（１０）。
【請求項１３】
前記第１の流れ経路（２５）の前記分岐点（２３）と前記第２の流れ経路（２６）の前記分岐点（２４）との間に配設される前記弁（１９）は、遮断弁（１９）として設計されることを特徴とする、請求項１２に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項１４】
前記熱交換器（１１）は、蒸発器（１１）として構成され、前記熱交換器（１３）は、凝縮器／ガス冷却器（１３）として構成され、前記熱交換器（１２）は、前記冷媒回路（１０）の動作モードに依存して、凝縮器／ガス冷却器または蒸発器として構成されることを特徴とする、請求項１２または１３のうちの一項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項１５】
内部熱交換器（１７）は、前記一次回路内に配設され、前記内部熱交換器（１７）は、蓄圧器（１６）に組み込まれるように設計され、前記蓄圧器（１６）は、放出点（２１）と前記内部熱交換器（１７）との間の前記冷媒の流れ方向の低圧側に定置されることを特徴とする、請求項１２〜１４のうちの一項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項１６】
前記放出点（２１）は、受動３方向弁（２１）として構成され、前記冷媒の前記流れ方向は、受動的に切り替えることができることを特徴とする、請求項１２〜１５のうちの一項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項１７】
前記受動弁（２１）は、より高い圧力が存在する側が、前記弁（２１）上に存在する圧力差によって閉鎖されるように構成されることを特徴とする、請求項１６に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項１８】
中圧を生成するために提供される前記膨張要素（２０）は、その流れ横断面で調節することができることを特徴とする、請求項１２〜１７のうちの一項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項１９】
上流に接続される膨張要素を有する追加の熱交換器（３８）は、前記一次回路に組み込むことができ、膨張要素を有する前記熱交換器（３８）は、前記熱交換器（１１）と並列に切り替えられることを特徴とする、請求項１２〜１８のうちの一項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項２０】
前記一次回路の前記熱交換器（１１、１２）は、前記冷媒と流動体との間の前記高圧側の熱伝導およびより低い圧力側の熱伝導の両方が、中間回路内で生じるように、前記中間回路に繋がれることを特徴とする、請求項１２〜１９のうちの一項に記載の冷媒回路（１０）。
【請求項２１】
複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、ならびに再加熱動作のための冷媒回路（１０）を動作させるための方法であって、一次回路は、前記冷蔵システムモードで冷媒を搬送し、前記一次回路および二次分岐の両方は、前記ヒートポンプモード、ならびに前記再加熱モード、また前記ヒートポンプおよび再加熱モードで、冷媒を搬送し、
蒸発器（１１）として構成される熱交換器（１１）、凝縮器／ガス冷却器（１２）として構成される第１の膨張要素（１５）、内部熱交換器（１７）、および熱交換器（１２）は、前記冷蔵システムモードと対比して反対方向への冷媒の流れを有し、
前記蒸発器（１１）内の前記冷媒側の圧力／温度レベルは、第２の膨張要素（２０）の流れ横断面を調節することによって調節され、
調整されている車両内部の空気は、前記蒸発器（１１）内で冷却され、脱湿され、次いで前記凝縮器／ガス冷却器（１３）内で加熱され、
前記再加熱モードでは、さらに、凝縮器／ガス冷却器（１３）として構成される前記熱交換器（１３）の加熱力、および蒸発器（１１）として構成される前記熱交換器（１１）の冷却力は、互いから独立して調節される、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、種々のユニットを備える、小型車両温度調節システムに関する。ユニットは、相互接続された小型筐体配設を形成する。小型車両温度調節システムは、パッセンジャーコンパートメント内の調整されている空気の加熱、冷却、および脱湿のための複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、ならびに再加熱モードのために設計される。さらに、本発明は、システムを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の自動車内には多数の技術コンポーネントがあるため、自動車の限られた空間内にすべてのコンポーネントを収容することによって、所望の機能的多様性を達成するために、一般に、それらは、個々のコンポーネントの体積およびそれらの互いに対する配設を最適化するという要件下にある。この理由のため、固定型空調機においてよく知られるような空調用の大体積コンポーネントは、限られた空間条件という理由で、自動車に使用することができない。
【０００３】
自動車用の空調機は、従来技術において長く既知である。従来の車両温度調節システムは、通常、車両の前方に配設される凝縮器、車両のエンジンに接続され、それによって駆動される圧縮器、パッセンジャー空間内に配設される蒸発器等の種々の個々のコンポーネント、ならびにチューブおよび接続部からなる。温度調節システムは、空気を調整し、次いで、これは、パッセンジャー空間に運ばれる。圧縮器を動作させるために、通例、機械的エネルギーを連結して圧縮器シャフトを駆動することによって、自動車のエンジンが使用される。冷却器通風器および送風器は、１２Ｖのオンボードネットワークによって電気的に動作する。
【０００４】
システムのコンポーネントは、従来、個々に車両製造業者に供給され、そこで取り付けられる。多数のコンポーネントのため、種々の組み立てステップが要求され、複数の接続を必要とし、組み立てプロセスを費用のかかるものにする。さらに、組み立て中になされる接続は、潜在的漏れ部位となり、これは、修正するのに非常に時間がかかり、かつ費用のかかるものとなり得る。さらに、温度調節システムの冷媒での充填は、冷媒回路の一部であるすべてのコンポーネントの取り付け後にのみ行われる。これは、車両組み立て中の取り付け費用をさらに増加させる。
【０００５】
車両推進の高効率内燃エンジンの冷却回路からそれらの加熱力を引き出す、冷媒／空気熱交換器を有する既知のシステムは、−１０℃より低い温度等の低周囲温度では、もはや、パッセンジャー空間の快適な加熱に要求されるレベルを達成しない。ハイブリッド駆動の車両内のシステムにおいても同じことが言える。これらの車両では、将来、効率的な補助的加熱概念の使用が必要となるであろう。
【０００６】
また、グリコール／空気ヒートポンプも、熱源として内燃エンジンの冷媒を使用する。このプロセスでは、熱は、冷媒から取り込まれる。結果として、内燃エンジンは、低温で長時間にわたり動作され、これは、排ガスおよび燃料消費に悪影響を及ぼす。ハイブリッド車両における内燃エンジンの間欠的動作のため、長距離運転中は、十分に高い冷媒温度が達成されない。結果として、低周囲温度で、内燃エンジンの始動／停止動作が妨害される。内燃エンジンは、切られることがない。
【０００７】
バッテリまたは燃料電池によって駆動される車両等、駆動システムを完全に電力化する傾向が存在する。この場合、内燃エンジンの排熱は、もはや、空気を加温するための熱の有力源ではない。車両のバッテリに蓄積することができるエネルギー量は、現在のところ、燃料タンク内に液体燃料の形態で貯蔵することができるエネルギー量より少ない。したがって、電動車両のパッセンジャー空間の空気調整に必要とされる力は、さらに、車両の走行距離に重要な影響を与える。
【０００８】
独国特許第ＤＥ１０ ２００７ ０４６ ６６３Ａ１号（特許文献１）は、Ｚ型送風器／熱交換器配設および事前に充填された冷媒回路を有する、温度調節システムの事前に組み立てられたシステムを説明する。該システムは、車両のエンジンから独立して動作させることができ、油圧で互いに接続される蒸発器、圧縮器、および凝縮器、ならびに燃料動作式冷媒加熱器および放熱器を有する、冷媒の閉回路を有する、補助温度調節システムを構成する。圧縮器は、発電器、バッテリ、または外部から等、車両のエンジンから独立したエネルギー源から電流が供給される。送風器は、例えば、ブラシレス電気モータによって駆動される。閉回路は、補助温度調節システムを車両に取り付ける前に、冷媒を充填することを可能にする。その欠点は、例えば、補助燃料加熱器としての冷媒加熱器が、エンジン冷却回路に加熱力を与え、これは、最終的に、放熱器を介して調整されている空気に熱を伝導し、それによって、不適切な動特性ならびに低効率を得るということである。
【０００９】
独国特許第ＤＥ１０ ２００６ ０１２ ７４９Ａ１号（特許文献２）は、それぞれが電動送風器を有する、電動圧縮器、蒸発器、および凝縮器を有する、特に、停車状態での空調のための自動車温度調節システムを説明する。電動ユニットは、コンポーネントを車両のエンジンから独立して動作させることを可能にし、それらは、発電器、バッテリ、または燃料電池によって電圧が印加される。温度調節システムは、パッセンジャー空間および／または周囲から空気を取り込むように、ならびにまた、筐体内に配設される小型システムとして設計され、その欠点は、加熱機能を有しないということである。
【００１０】
複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、およびしたがって、また、加熱動作のために設計される従来技術の空気／空気ヒートポンプは、周囲空気から熱を除去する。周囲空気の冷却は、不利にも、ヒートポンプモードで蒸発器として動作されているガス冷却器内に氷形成をもたらす可能性がある。熱伝導表面上への氷形成は、ヒートポンプの専用制御システムによって回避することができる。いずれの場合でも、これは、ヒートポンプの有効加熱力を低減する。熱交換器の許容される氷形成で、ヒートポンプは、冷媒回路の冷蔵システムとしての短時間動作によって、能動的に解凍することができる。しかし、この動作モードは、ヒートポンプの平均加熱力も低減する。
【００１１】
冷媒と空気との間で力が伝導されるヒートポンプシステムは、多くの場合、車両に供給される空気を脱湿すること、および加熱することの両方を行うことができない。結果として、自動車の温度調節システムは、低周囲温度で循環空気を用いて動作させることができない。循環空気動作では、パッセンジャー空間からの空気は、再循環される。脱湿機能の欠如のため、空気の残存湿気および乗客によって放出される蒸気形態の水は、窓の曇りをもたらし得る。
【００１２】
従来の温度調節システムでは、周囲温度が２０℃を超える際、パッセンジャー空間に供給される空気は、熱的快適性を達成した後、脱湿されると同時に、約３℃〜１０℃に冷却され、次いでこれは、わずかな加熱力を用いて、所望の吸入空気温度に加熱される。熱的快適性は、例えば、約２０℃〜２５℃のパッセンジャー空間の公称温度を含む。例えば、エンジンの排熱、電気システムの排熱、または補助抵抗加熱（ＰＴＣ）を使用しない電動車両は、温度調節システムの冷蔵システムまたは脱湿モードにおける低加熱力を用いた再加熱の実現性がない。
【００１３】
独国特許第ＤＥ１０ ２００６ ０２６３５９Ａ１号（特許文献３）は、複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のための温度調節システムを記載する。開示されるヒートポンプシステムは、一次回路および種々のセグメントに分割される二次通路からなり、一次回路は、圧縮器、２つの熱交換器、および絞り要素等、古典的な圧縮式冷蔵機の既によく知られるコンポーネントを備える。二次通路は、一方に、追加の熱交換器と、それに接続される絞り要素とを有し、他方に、追加の接続線を有する。欠点として、この温度調節システムは、ヒートポンプモードでのみ再加熱することができる。さらに、二次通路の追加の熱交換器内の空気に放出される加熱力は、常に、一次回路の蒸発器として設計される熱交換器に取り込まれる冷却力よりも大きい。
【００１４】
再加熱モードでは、パッセンジャー空間に供給される空気は、冷却され、脱湿され、脱湿された空気は、次いでわずかに加熱される。この動作モードでは、必要とされる再加熱力は、空気を冷却および脱湿するために必要とされる冷却力より小さい。この動作モードは、独国特許第ＤＥ１０ ２００６ ０２６３５９Ａ１号（特許文献３）に開示される温度調節システムでは実現不可能である。
したがって、パッセンジャー空間に必要とされる吸入空気温度は、蒸発器温度レベルを上昇させることによってのみ提供することができ、これは、不利にも、より低い脱湿性能、したがってより低い快適性をもたらす。
【００１５】
冷蔵システムモードにおける温度調節システム内の従来の冷媒回路の別の主な不利点は、ガス冷却器または凝縮器の下流の高圧側で、冷媒を周囲温度より低い温度に冷却することができないということである。特に、高い周囲温度での膨張プロセスの前の冷媒のさらなる冷却は、力および効率の大幅な増加効果を有し得る。この欠点は、従来技術においては、内部熱交換器を使用することによって改善される。
【００１６】
しかしながら、冷媒を高圧レベルに冷却するために放出される熱は、低圧側に伝導され、そこで、圧縮プロセスの前に再び気体冷媒に供給され、これは、圧縮器での冷媒の吸入密度を低減し、したがって再び力の増加を妨げる。さらに、より高い吸入温度は、より高い圧縮温度をもたらし、これは、圧縮器のエネルギー効率および耐用期間に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】独国特許第ＤＥ１０ ２００７ ０４６ ６６３Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許第ＤＥ１０ ２００６ ０１２ ７４９Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許第ＤＥ１０ ２００６ ０２６３５９Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の課題は、加熱機能性を有する小型の事前に組み立てられた温度調節システムを、特に、動力伝達装置からの熱源が不十分な自動車に使用するために、冷媒回路が密閉設計であり、また、温度調節システムを車両のエンジンコンパートメントの外側に配設することができるように、修正することである。
【００１９】
さらに、本発明の根本的な課題は、パッセンジャー空間のための調整されている空気を加熱、冷却、および脱湿するための単純な方法での複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、ならびに再加熱モードのための冷媒回路をさらに開発すること、およびより優れた制御能力を可能にする、冷媒回路を動作させるための方法を提供することである。システムは、冷媒回路が、低減した加熱力で、大きな冷却力でもって動作できるようにするべきである。
【００２０】
課題は、それぞれが冷媒回路のコンポーネントを備える、蒸発器ユニットと、凝縮器ユニットと、コンポーネントユニットとを有する小型車両温度調節システムによって、本発明に従って解決される。冷媒回路は、複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、ならびに再加熱モードのために設計される。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の概念によると、蒸発器ユニットは、筐体の内側に、２つの空気流熱交換器、ならびに送風器を有する。熱交換器のうちの１つは、蒸発器として構成され、調整されている空気を冷却および／または脱湿する役割を果たす。第２の熱交換器は、再加熱器であり、後でパッセンジャー空間に取り込まれる前に、冷却された空気を乗客が所望する温度に加温する機能を有する。
【００２２】
本発明の小型車両温度調節システムは、同様に筐体の内側に空気流熱交換器および送風器を有する、凝縮器ユニットと、中に追加の回路コンポーネントが配設されるコンポーネントユニットとをさらに含む。蒸発器ユニット、凝縮器ユニット、およびコンポーネントユニットの筐体は、有利に、相互接続された小型筐体配設を形成する。空気流熱交換器は、意図的に、すべて小型筐体配設の内側に配設される。
【００２３】
代替として、蒸発器ユニットおよびコンポーネントユニットは、結合コンポーネントとして共に組み立てられる。蒸発器ユニットおよびコンポーネントユニットの筐体は、事前に組み立てられる、つまり、共通の筐体に接続されるか、または蒸発器ユニットおよびコンポーネントユニットが共通の筐体を有するかのいずれかである。蒸発器ユニットを通って流れる空気は、熱交換器を通して運ばれる。空気流内にない回路コンポーネントは、隔壁によって空気流から分離される。
【００２４】
蒸発器ユニット、コンポーネントユニット、および凝縮器ユニットの相互接続、つまり、ユニットの筐体を共に結合して小型システムにすることは、特に有利であり、そのため、冷媒回路のすべての回路コンポーネントは、筐体配置の内側に配設される。蒸発器ユニット、凝縮器ユニット、およびコンポーネントユニットは、個々のコンポーネントとして存在し、多部分筐体としての小型筐体配設のために、それらを共に結合することができるように設計されるか、またはそれらが、すべてのコンポーネントを収容する単一部分筐体の内側に組み込まれるかのいずれかである。
【００２５】
温度調節システムは、集積冷媒回路と共に完全に事前に組み立て、車両の組み立て中に、小型ユニットとして取り付けることができる。さらに、冷媒回路は、車両への取り付け前に、既に充填しておくことができ、これは、車両の最終組み立てを大幅に容易にする。
【００２６】
さらに、温度調節システムの品質検査が容易になる。システムは、車両への取り付け前に、例えば、圧力試験を行い、いずれかの漏れが存在するかを調べることができるため、システムが車両に取り付けられた後、さらなる機械加工は必要ない。
【００２７】
蒸発器ユニットおよび凝縮器ユニットは、好ましくは、それぞれが空気のフローチャネルとして設計される。ユニットの送風器は、遠心送風器によって空気を取り込み、それをチャネルを通し、チャネル内に配設される熱交換器を通って送る。それぞれのフローチャネルに、有利に、周囲からの新鮮な空気、パッセンジャー空間からの循環空気、または新鮮な空気および循環空気の混合を供給することができる。
【００２８】
冷媒回路の圧縮器は、圧縮器の周囲を流れる空気によって冷却されるようにするために、凝縮器ユニットのフローチャネル内に配設される。凝縮器ユニットの内側に配設する代わりに、また、圧縮器は、コンポーネントユニットの内側に配設することができる。
【００２９】
蒸発器ユニットおよび凝縮器ユニットのフローチャネルは、蒸発器ユニットを離れる空気の流れ方向および凝縮器ユニットを離れる空気の流れ方向が、互いに対して平行に配向されるように配設される。本発明の好ましい一実施形態によると、フローチャネルはさらに、空気が、共通軸に沿って互いに対して反対にチャネルから流れ出るように構成される。流れ方向は、互いに対して１８０°である。
【００３０】
空気を送るための蒸発器ユニットおよび凝縮器ユニットの送風器は、好ましくは、筐体配設の反対側に、フローチャネルの横隣に配設される。送風器は有利に、遠心送風器として構成され、筐体配設の下側または上側から空気を取り込む。
【００３１】
本発明の温度調節システムの圧縮器は有利に、電動であり、これは、密閉圧縮器を使用できるようにする。筐体配設の内側の温度調節システムの小型設計、およびしたがって、いかなる動的封止も必要としない回路コンポーネント間の接続において、冷媒回路には、理論的には漏れがない。回路コンポーネント間の相対運動の均等化は必要ない。
【００３２】
さらに、小型車両温度調節システムは、電動のため、パッセンジャー空間の真下、パッセンジャー空間の前壁上、または車両のトランク内等、車両内のいかなる所望の場所にも配設することができる。蒸発器ユニット、凝縮器ユニット、およびコンポーネントユニットは、パッセンジャー空間の壁、車両のトランク又は床の壁に組み込まれる。車両の床に組み込まれる場合、送風器が中心および縦方向のいずれかの側に配設され、細い円柱状の構造が達成され、その際、両方の空気流は、送風器を横断する側でシステムに入り、円柱の末端部でシステムから出る。車両の床に配設される場合、円柱状の構造を有する温度調節システムは、水平に配向される。
【００３３】
要約すれば、小型車両温度調節システムの主な利点は、そのモジュール構造であり、これはまた、モジュールの小型配設も可能にする。小型構造は、温度調節システムの車両への取り付け、充填、および品質検査における利点を有する。モジュール構造のため、モジュールは、車両内の使用可能な構造空間により、互いに対していずれの所望の位置関係でも配設することができる。
【００３４】
パッセンジャー空間のための調整されている空気を加熱、冷却、および脱湿するための冷媒回路のさらなる開発の課題は、複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、ならびに再加熱モードのための冷媒回路によって解決される。冷媒回路は、一次回路と、２つの流れ経路からなる二次分岐とを備える。
【００３５】
圧縮器、冷媒と周囲との間での熱伝導のための第１の熱交換器、膨張要素、ならびにパッセンジャー空間のための調整されている空気からの熱を冷媒に供給するための第２の熱交換器を有する、一次回路は、温度調節システムの従来の冷媒回路のコンポーネントを有する。熱交換器は、両方向の冷媒の流れを受容することができ、膨張要素は、冷媒の向流を可能にする２つの流れ経路と共に設計される。
【００３６】
二次分岐は、２つの流れ経路を有する。一次回路の圧縮器と第１の熱交換器との間に配設される分岐点から、第２の熱交換器と圧縮器との間に配設される放出点に延在する、第１の流れ経路は、冷媒から車両内部のための調整されている空気に熱を伝導するための熱交換器、ならびにそれに接続される膨張要素を有する。第２の流れ経路は、一次回路の圧縮器と第１の熱交換器との間に配設される分岐点を、第２の熱交換器と圧縮器との間に配設される放出点に接続する。
【００３７】
本発明の概念によると、第１の流れ経路の分岐点と第２の流れ経路の分岐点との間に、弁が配設される。
【００３８】
本発明の好ましい一実施形態によると、第１の流れ経路の分岐点と第２の流れ経路の分岐点との間に配設される弁は、遮断弁として設計される。遮断弁は、好ましくは連続して、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で調節することができる。
【００３９】
冷媒と周囲との間で熱を伝導するための熱交換器に対応する、一次回路の第１の熱交換器は、冷媒回路の動作モードに依存して、凝縮器／ガス冷却器または蒸発器として構成される。パッセンジャー空間のための調整されている空気からの熱を冷媒に供給するための熱交換器に対応する、一次回路の第２の熱交換器は、蒸発器として提供される。二次分岐の熱交換器は、凝縮器／ガス冷却器としての役割を果たし、それと同時に、調整され、パッセンジャー空間に供給されている、冷却された空気を再加熱する。
【００４０】
本発明の有利な一実施形態によると、内部熱交換器は、一次回路内に配設され、使用可能な構造空間を有利に利用するために、蓄圧器に組み込まれるように設計される。蓄圧器は、冷媒流動体を分離し、回収する役割を果たし、放出点と内部熱交換器との間の冷媒の流れ方向の低圧側に定置される。
【００４１】
第２の流れ経路の放出点は、好ましくは、受動３方向弁として設計される。冷媒の流れ方向は、受動的に反転させることができ、より高い圧力が優勢である側は、弁上に存在する圧力差によって閉鎖される。
【００４２】
二次分岐の第１の流れ経路内の第２の膨張要素は、冷媒回路内に圧力を生成するように設計される。第２の膨張要素の流れ横断面は、設計上、有利に調節可能である。断面を能動的に調節する手段によって、蒸発器上の氷形成、ならびに急速な曇り、つまり、蒸発器の加熱による窓の突然の曇り、およびそれと同時に生じる、蒸発器表面上に集められた凝縮水の急激な蒸発の発生が防止される。
【００４３】
本発明は、さらに、上流に接続される膨張要素を有する追加の熱交換器を、一次回路に組み込むことができることを明記する。次いで、対応する膨張要素を有する追加の熱交換器は、第２の熱交換器と並列に切り替えられる。
【００４４】
本発明の別の有利な実施形態によると、一次回路の第１および第２の熱交換器は、冷媒と熱伝導流動体との間の、高圧側の熱伝導およびより低い圧力側の熱伝導の両方が、中間回路内で生じるように、中間回路に繋がれる。
【００４５】
本発明による、冷媒回路内部のコンポーネントの配設は、温度調節システムのヒートポンプモードと冷蔵システムモードとの間の切り替えを可能にする。さらに、該配設は、有利な再加熱動作を可能にする。
【００４６】
本発明による、複合冷蔵システムおよびヒートポンプ動作のため、ならびに再加熱モードのための温度調節システムの冷媒回路を動作させるための方法では、一次回路は、冷蔵システム動作で冷媒の流れを受容し、一次回路および二次分岐の両方は、ヒートポンプ動作ならびに再加熱モードで、冷媒の流れを受容する。
【００４７】
ヒートポンプ動作および再加熱モードでは、冷媒は、蒸発器として設計される第２の熱交換器、膨張要素、内部熱交換器、および一次回路のコンポーネントとして凝縮器／ガス冷却器として設計される第１の熱交換器を通って、冷蔵システム動作と比較して反対方向に流れる。
【００４８】
二次分岐の第１の流れ経路の膨張要素の流れ横断面を調節することによって、冷媒側での一次回路の蒸発器内の圧力／温度レベルは、再加熱モード中、有利に制御される。パッセンジャー空間のための調整されている空気は、蒸発器内で冷却され、脱湿され、次いで、二次分岐の第１の流れ経路の凝縮器／ガス冷却器内で加熱される。
【００４９】
本発明によると、一次回路内、ならびに二次分岐の第１の流れ経路内の冷媒の質量流は、分岐点としてのＴ字型部品および第１の流れ経路の膨張要素と併せて、第１の流れ経路の分岐点と第２の流れ経路の分岐点との間に配設される遮断弁を制御することによって、分割することができる。このようにして、再加熱モードでの熱交換器のそれぞれの力、つまり、二次分岐の凝縮器／ガス冷却器の加熱力および一次回路の蒸発器の冷却力は、特に有利に、互いから独立して調節することができる。
【００５０】
このプロセスの加熱力は、調整されている空気の温度、および調節可能な断面を有する、凝縮器／ガス冷却器または膨張要素を通る冷媒の質量流、したがって、冷媒側の蒸発器内の温度レベルに依存し、二次分岐の流れ経路の分岐点間の遮断弁によって調整される。
【００５１】
さらに、空気／空気ヒートポンプを連続して動作させること、または複雑さが低い温度調節システムの冷媒回路を連続して動作させることの主な利益は、換気の循環空気モード中のパッセンジャー空間の加熱の実現性である。
【００５２】
本発明の温度調節システムの冷媒回路の最適動作により、一次回路内の第２の熱交換器上での望ましくない氷形成が回避される。ガス冷却器上での氷形成を回避するための間欠的動作も、積極的な除霜も必要とされない。
【００５３】
従来技術と比較した、温度調節システムの冷媒回路のさらなる利益は、次のように要約することができる。
ハイブリッド車両で使用される際の低周囲温度およびエンジン冷却回路の冷たい冷却水での暖かい空気の素早い準備、
パッセンジャー空間の加熱、および換気の循環空気モードでの考えられる加熱のための動力要件の低減、
吸入ガスを同時に加温することのない標的空気流による、高圧側の冷媒を周囲温度より低温に冷却することによる、非常に効率的な冷蔵システム動作であって、凝縮器／ガス冷却器は、少なくとも部分的に、すなわち、冷媒側の凝縮器／ガス冷却器からの出口の領域で、冷却されたパッセンジャー空間からの循環空気または排出空気で洗浄され、それによって冷媒の出口温度を周囲空気温度より低く冷却する、冷蔵システム動作、
同等機能の他の補助加熱システムと比較する場合の、良好な動特性および低い複雑性、
再加熱器の加熱力が蒸発器内の冷却力より低い、再加熱モード、
動的封止のない密閉冷媒回路であり、したがって、車両への取り付けの前に、小型温度調節システムの内側の配設として理論的に漏れなく、充填することができる、
低い複雑性および少数の能動部品が、製造中の費用削減をもたらす、および
車両に取り付ける前の温度調節システムの完全な接続および試験の可能性が、より少ない品質問題および作業後費用をもたらす。
【００５４】
本発明の追加の特長、詳細、および利益は、対応する図面を参照する、以下の実施形態例の説明から明らかとなるであろう。図中、以下が示される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】フローチャネルの線形配設を有する、小型車両温度調節システムを示す。
【図２】フローチャネルの並列配設を有する、車両温度調節システムの筐体配設の内側の冷媒回路を示す。
【図３】回路コンポーネントが中に配設された、車両温度調節システムの蒸発器ユニットを示す。
【図４】回路コンポーネントが中に配設された、車両温度調節システムの凝縮器ユニットを示す。
【図５ａ】回路コンポーネントが中に配設された、車両温度調節システムのコンポーネントユニットであり、中間回路を有しないものを示す。
【図５ｂ】回路コンポーネントが中に配設された、車両温度調節システムのコンポーネントユニットであり、中間回路を有するものを示す。
【図６】温度調節システムの冷媒回路であり、冷蔵システム動作中の周囲空気と冷媒との間の直接熱伝導を有するものを示す。
【図７】温度調節システムの冷媒回路であり、冷蔵システム動作中の中間回路を介した間接熱伝導を有するものを示す。
【図８】温度調節システムの冷媒回路であり、変形例による冷蔵システムまたはヒートポンプモードで能動的に制御される切替弁を有するものを示す。
【図９】温度調節システムの冷媒回路であり、変形例による冷蔵システムまたはヒートポンプモードで能動的に制御される切替弁および追加の膨張弁を有するものを示す。
【図１０ａ】温度調節システムの冷媒回路であり、変形例による冷蔵システム、ヒートポンプ、または再加熱モードで遮断弁および追加の膨張弁を有する冷蔵システムおよびヒートポンプ動作を示す。
【図１０ｂ】温度調節システムの冷媒回路であり、変形例による冷蔵システム、ヒートポンプ、または再加熱モードで遮断弁および追加の膨張弁を有する冷蔵システムおよび再加熱動作を示す。
【図１１】空気／グリコールヒートポンプとしての動作を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１は、フローチャネルの線形配設を有する、本発明の小型車両温度調節システム１を示す。それぞれ、新鮮な空気／循環空気システムのフローチャネルを形成する、蒸発器ユニット２および凝縮器ユニット３の筐体は、チャネル領域内に長方形の流れ横断面を有し、それらの末端部が互いに向いた状態で、一方が他方の後方に線形に配設される。筐体の向き合う端面は閉鎖され、一方、空気出口末端部である反対側の端面は開放されている構成である。別の配設では、また、蒸発器ユニット２および凝縮器ユニット３の筐体は、互いに対していずれの所望の角度で配向することもできる。
【００５７】
蒸発器ユニット２の筐体と凝縮器ユニット３の筐体との間には、コンポーネントユニット４が配設される。それらを通って流れる空気を有しない、すべての回路コンポーネントが配設される。コンポーネントユニット４は、蒸発器ユニット２、凝縮器ユニット３、およびコンポーネントユニット４が共に、小型の円柱状の筐体配設５を形成するように、蒸発器ユニット２および凝縮器ユニット３の閉鎖された端面に接続され、空気流チャネルを形成する。
【００５８】
蒸発器ユニット２および凝縮器ユニット３を通して空気を送るために、新鮮な空気／循環空気システムとして、送風器６、７が提供され、これは、円柱状の筐体配置５を十字のように拡大し、送風器６、７は、それぞれ、筐体の内側のフローチャネルの側に配設される。遠心ファンとして設計される送風器６、７は、空気を軸方向に取り込み、次いでそれを、空気流熱交換器１１、１２、１３が配設されるフローチャネルを通して流れ方向８、９に送る。空気が流れる方向は、フローチャネルを通って流れることを受けて変化する。送風器６、７から放射状に抜け出す空気流は、９０°〜１１０°の角度で空気流熱交換器１１、１２、１３を有するフローチャネルに入る。入った後、空気流は、フローチャネル内で方向転換され、蒸発器ユニット２および凝縮器ユニット３の筐体のフローチャネルから、流れ方向８、９に抜け出す。
【００５９】
空気流熱交換器は、蒸発器ユニット２の内側に蒸発器１１および再加熱器１３、４３の両方と、凝縮器ユニット３の内側に凝縮器／ガス冷却器１２とを含む。再加熱器１３、４３は、凝縮器／ガス冷却器１３または加熱熱交換器４３のいずれかとして設計することができる。
調整された空気は、筐体の開放端面で、蒸発器ユニット２または凝縮器ユニット３を離れる。それぞれの送風器６、７、およびしたがってそれぞれのフローチャネルは、周囲からの新鮮な空気、パッセンジャー空間からの循環空気、または新鮮な空気および再循環空気の混合のいずれかを受容することができる。送風器６、７はさらに、筐体を通る特定の空気の流れを変えることができるように、速度調節される。
【００６０】
図２は、本発明の一実施形態として、フローチャネルの並列配設を有する、車両温度調節システム１の筐体配置５の内側の冷媒回路１０を示す。
【００６１】
蒸発器ユニット２の送風器６によって取り込まれる空気は、最初、冷媒回路１０の蒸発器１１を通って流れ方向８に運ばれ、冷却ならびに脱湿される。事前に調整された空気は、次いで、凝縮器／ガス冷却器１３を通って流れ、加熱される、または温度弁２９によって、再加熱器１３を通過して取り込まれる。動作モードおよびパッセンジャー空間に供給されている空気の状態の所望のパラメータに依存して、温度弁２９は、異なる設定に配向される。純粋な冷却または冷蔵システム動作のために、空気は、再加熱器１３を通過して運ばれる。温度弁２９は、フローチャネル内の空気の流れ方向にあり、再加熱器１３を通る空気ダクトのセグメントを遮断する。事前に調整された空気全体が再加熱器１３を通って流れる場合、温度弁２９は、フローチャネルの上縁にある。温度弁２９の位置は、２つの前述の位置間で連続して移動させることができる。
【００６２】
パッセンジャー空間に供給される空気の状態の所望のパラメータは、温度弁２９の配向および結果としてもたらされる空気流の分割よってだけでなく、冷媒の質量流を介して、再加熱器１３の加熱力を調節することによって、高圧および／または圧縮末端部温度を調整することによっても調節することができ、この場合、温度弁２９を使用する必要はない。
【００６３】
蒸発器ユニット２および凝縮器ユニット３の長手側に配設され、それら２つを有する小型筐体配設５を形成するコンポーネントユニット４は、空気が周囲を流れていない回路コンポーネント１５、１７、２０、２１を備える。凝縮器ユニット３の送風器７を介して取り込まれる空気は、最初、冷媒回路１０の熱交換器１２を通って流れ方向９に運ばれ、動作モードに依存して、加熱または冷却される。図２に示される車両温度調節システムの実施形態の圧縮器１４は、凝縮器ユニット３のフローチャネルの内側に配設される。圧縮器１４のこの配設は、冷却、したがってより効率的な冷媒圧縮プロセスに役立つ。圧縮器１４から抜け出す冷媒の圧縮末端部温度およびエネルギー消費量は、追加の冷却がない圧縮より低い。
【００６４】
すべての回路コンポーネント１１、１２、１３、１４、１５、１７、１９、２０、２１は、冷媒回路１０全体が小型筐体配設５によって取り囲まれるように、蒸発器ユニット２、凝縮器ユニット３、またはコンポーネントユニット４の筐体のうちのいずれ内にも配設されない。
【００６５】
図３は、筐体配設５の単一コンポーネントとしての車両温度調節システム１の蒸発器ユニット２を示し、これは、組み立てプロセス中にシステムの他のコンポーネントと共に設置することができる。送風器６は、新鮮な空気／循環空気弁２７を介して空気を取り込む。空気は、新鮮な空気、循環空気、または新鮮な空気および循環空気の混合のいずれかとして、蒸発器ユニット２に到着する。新鮮な空気／循環空気弁２７によって、周囲からの新鮮な空気およびパッセンジャー空間からの循環空気の混合率が、考えられる１００％循環空気〜１００％新鮮な空気の間のいずれの混合率にも調節される。取り込まれ、混合された空気は、次いで、冷媒回路１０の蒸発器１１またはグリコール加熱器４０に到達する前に、フィルタ２８を通して取り込まれ、清浄される。既に図２に示されたように、予熱された空気は、再加熱器１３を通して、またはそれを迂回して取り込まれる。具体的には、空気流が、再加熱器１３を通る部分的流れ、および再加熱器１３周囲の迂回線内の部分的流れに分割される際、次いで、部分的流れは、パッセンジャー空間に入る前に、空気流を確実に均一な温度にするために、混合チャンバ３０内で共に混合され戻される。パッセンジャー空間への空気流の温度は、熱交換器１３、３９、４３を横断する空気流れ、および熱交換器１３、３９、４３の周囲の迂回回路内の空気流れの部分によって調節することができる。
【００６６】
凝縮器／ガス冷却器１３の代わりに、ハイブリッド車両は、蒸発器ユニット２内に、エンジン冷却回路からの熱を空気に伝導する、グリコール冷却器３９、つまり、グリコール／空気熱交換器３９または加熱熱交換器４３を有することもできる。
【００６７】
接続３２、３３によって、冷媒回路１０または車両温度調節システム１の取り付け中に、蒸発器１１および再加熱器１３が、他の回路コンポーネントと共に結合される。空気を再加熱するための熱交換器が、グリコール／空気熱交換器３９または加熱熱交換器４３として設計される場合、接続３３は、特定のシステムまたは回路の接点に対応する。
【００６８】
図４は、筐体配設５の単一コンポーネントとしての車両温度調節システム１の凝縮器ユニット３を示し、これは、組み立てプロセス中にシステムの他のコンポーネントと共に置くことができる。送風器７は、排出空気／新鮮な空気弁３１を介して、空気を取り込む。排出空気／新鮮な空気弁３１によって、パッセンジャー空間からの排出空気および周囲からの新鮮な空気の混合率が、考えられる、１００％排出空気〜１００％新鮮な空気の間のいずれの混合率にも調節される。取り込まれ、混合された空気は、次いで、冷媒回路１０の熱交換器１２を通して取り込まれる。車両温度調節システム１の設計に依存して、熱交換器１２、３９、４０は、代替的に、凝縮器／ガス冷却器１２、グリコール冷却器３９、またはグリコール加熱器４０として構成することができる。
【００６９】
接続３４によって、熱交換器１２は、冷媒回路１０または車両温度調節システム１の取り付け中に、他の回路コンポーネントと共に接続される。空気を再加熱するための熱交換器が、グリコール／空気熱交換器３９、４０として設計される場合、接続３４は、グリコール回路の接点に対応する。
【００７０】
図５ａおよび図５ｂは、追加の中間回路を有する、および有しない、空気流１４、１５、１７、１９、２０、２１内にない回路コンポーネントを有する、筐体配設５の単一コンポーネントとしての車両温度調節システム１のコンポーネントユニット４を示す。冷媒回路１０は、コンポーネントユニット４の内側に事前に取り付けられ、車両温度調節システム１の他のコンポーネントへの移行部に、接続３２、３３、３４を有する。接続３２、３３によって、コンポーネントユニット４の回路コンポーネントは、蒸発器ユニット２の蒸発器１１および凝縮器／ガス冷却器１３に連結される。接続３４は、凝縮器ユニット３の熱交換器１２に連結するのに役立つ。
【００７１】
図５ｂでは、図５ａとは異なり、また、中間回路も示される。この場合、熱交換器１１、１２は、それらを通って流れる空気を有しないが、代わりに、冷媒／グリコール熱交換器３６として構成される。熱は、冷媒と中間回路との間で伝導され、次いで、中間回路は、空気に熱を伝導する、または空気から熱を取り込む。グリコールは、熱伝導物質として、中間回路内を流れる。流れは、ポンプ３７によって生成され、追加の弁によって誘導される。冷媒回路１０全体および中間回路の部分は、コンポーネントユニット４に事前に取り付けられる。冷媒回路１０は閉鎖され、事前に取り付けられ、既に満たしておくことができる。
【００７２】
接続３２、３３を介して、コンポーネントユニット４の中間回路は、蒸発器ユニット２のグリコール加熱器４０およびグリコール冷却器３９に連結される。接続３４は、凝縮器ユニット３のグリコール冷却器３９に連結するのに役立つ。接続３５は、追加のグリコール熱交換器への追加の連結部位であり、駆動バッテリ等の車両内の最も多様な部分組立品を調整するために使用することができる。
【００７３】
図６は、周囲空気と冷媒との間での直接熱伝導を有する、特に冷蔵システムとしての、車両温度調節システム１の冷媒回路１０を示す。これは、流れ方向に連続して配設される、蒸発器１１、圧縮器１４、凝縮器／ガス冷却器１２、および膨張弁１５を有する、古典的な冷蔵回路である。また、一次回路としても知られるの古典的な冷媒回路内には、さらに、高圧の液体冷媒と低圧の気体冷媒との間の熱伝導に役立つ、内部熱交換器１７が提供される。ここで、一方では、液体冷媒が凝縮の後にさらに冷却され、他方、吸入ガスが過熱される。内部熱交換器１７が蓄圧器１６に組み込まれ、蓄圧器１６の筐体が内部熱交換器１７を完全に取り囲み、冷媒の流れ方向に、蒸発器１１の下流のより低い圧力側に配設されることが有利である。
【００７４】
冷媒Ｒ１３４ａを用いる、または二酸化炭素を含む特定の周囲条件下等で、未臨界動作中に、冷媒の液化が生じる場合、熱交換器１２は、凝縮器とされる。一部の熱伝導は、一定の温度で生じる。熱交換器１２における超臨界動作中、または超臨界熱伝導中、冷媒の温度は、徐々に低下する。この場合、また、熱交換器１２も、ガス冷却器とされる。超臨界動作は、特定の周囲条件下、または冷媒として二酸化炭素を有する車両温度調節システム１の動作モードで生じる可能性がある。
【００７５】
任意で、追加の蒸発器３８も、例えば、バッテリ冷却器として、冷媒回路１０に繋ぐことができる。バッテリは、例えば、熱伝導物質としてグリコールを用いる中間回路によって、冷媒回路１０に接続される。駆動バッテリを冷却する代わりに、追加で冷媒回路１０に繋がれる熱交換器を用いて、他の部分組立品を冷却することもできる。空気流１４、１５、１６、１７、１８、３８内にない回路コンポーネントは、小型車両温度調節システム１の筐体配設５のコンポーネントユニット４内に配設される。空気流内の回路コンポーネント、すなわち凝縮器／ガス冷却器１２および蒸発器１１は、凝縮器ユニット３または蒸発器ユニット２の内側に位置し、空気は、特定の流れ方向８、９にそれらを通って流れる。冷媒閉回路１０のすべての回路コンポーネント１１、１２、１４、１５、１６、１７、１８、３８は、したがって有利に、小型車両温度調節システム１の筐体配設５内に組み込むことができる。
【００７６】
図７は、中間回路を介した間接熱伝導を有する、冷蔵システム動作中の車両温度調節システム１の冷媒回路１０を示す。冷媒回路１０の高圧側の熱およびより低い圧力側の熱の両方が、中間回路に伝導される。高圧側の熱は、例えば、冷媒／グリコール熱交換器３６として構成される凝縮器／ガス冷却器１２内で、冷媒からグリコールに渡される。より低い圧力側では、熱は、蒸発器１１、第２の冷媒／グリコール熱交換器３６内の冷媒から取り込まれる。中間回路内を循環するグリコール熱伝導物質によって、熱は、空気から取り込まれる、または空気に渡される。周囲空気と熱伝導物質との間の熱伝導は、グリコール／空気熱交換器３９、４０内で生じ、空気は、グリコール冷却器３９内で加温され、グリコール加熱器４０内で冷却される。
【００７７】
中間回路を介した間接熱伝導を有する冷媒回路１０は、冷媒回路１０全体、つまり、冷媒を搬送するすべての回路コンポーネント１１、１２、１４、１５、１６、１７、１８、３６を、非常に小型に、筐体配設５のコンポーネントユニット４に組み込むことができる、ならびに、コンポーネントユニットに事前に取り付け、車両の内側に積み込むことができるという利点を有する。空気流チャネルを形成する蒸発器ユニット２および凝縮器ユニット３は、互いおよびコンポーネントユニット４から独立して、車両内に配設することができる。中間回路の取り付けおよび積み込みは、車両の組み立て中に、自動車メーカーによって行われてもよい。例えば、蒸発器ユニット２と、凝縮器ユニット３と、コンポーネントユニット４との間のすべての接続３２、３３、３４、３５は、より容易な組み立てのために、クイックカップリングを用いて行うことができる。
【００７８】
図８は、選択的な冷蔵システムまたはヒートポンプ動作中の、能動的に制御される切替弁４１を有する、車両温度調節システム１の冷媒回路１０を示す。図６および図７の冷媒回路とは対照的に、また、車両温度調節システム１は、この冷媒回路を用いて、代替的に、加熱するために、例えば、ヒートポンプモードで動作させることができ、これは、一次回路に加えて、２つの流れ経路２５、２６からなる二次分岐を有する。冷媒回路１０によって加熱するために、図６の冷媒回路１０と対比すると、能動的に制御される切替弁４１、第２の凝縮器／ガス冷却器１３、および受動弁２１がさらに提供される。
【００７９】
低周囲温度では、車両の内部は、加熱される必要があり、これは、加熱またはヒートポンプモードで動作される車両温度調節システム１によって行うことができる。ヒートポンプモードでは、能動切替弁４１は、圧縮器１４の後の冷媒の質量流が、第２の凝縮器／ガス冷却器１３を通って搬送されるように制御される。凝縮器／ガス冷却器１３内では、熱は、冷媒によって、車両の内部に供給される空気に渡される。次いで、冷媒は、膨張弁として設計される膨張要素１５内の周囲温度に対応する二相領域内の圧力レベルに膨張される。熱は、周囲から凝縮器／ガス冷却器１２に取り込まれる。次いで、冷媒の質量流は、分岐点２４および受動弁２１を通り、圧縮器１４に搬送され、したがって、冷媒回路１０を閉鎖する。受動弁２１は、より高い圧力が存在する側が、弁２１に存在する圧力差によって閉鎖されるように設計される。図８に示される冷媒回路１０は、加熱および冷却の同時動作が不可能であるという欠点を有する。調整され、車両の内部に供給されている空気を、冷却し、乗客に搬送される前に、次いで再び即座に加熱することができない。
【００８０】
図９は、選択的な冷蔵システムまたはヒートポンプ動作中の、能動的に制御される切替弁４１、および図８の冷媒回路と対比して、膨張弁として設計される追加の膨張要素２０を有する、車両温度調節システム１の冷媒回路１０を示す。膨張要素２０は、流れ方向に、凝縮器／ガス冷却器１３と放出点２２との間に配設される。空気を同時に冷却し、加温することが不可能であるという図８に示される冷媒回路１０の欠点は、追加の膨張要素２０によって改善することができる。膨張要素２０によって、ヒートポンプ動作中の蒸発器１１を、第２の凝縮器／ガス冷却器１３内の熱放出レベルと、第１の凝縮器／ガス冷却器１２内の熱吸収レベルとの間の中圧レベルに調節することができる。蒸発器１１の上流の空気温度が確実に０℃より高い場合、蒸発器１１の熱伝導表面に霜を生じさせることなく、蒸発器１１を通って流れる空気を脱湿することができ、第２の凝縮器／ガス冷却器１３内の乾燥した空気を加温する、または加熱することができる。
【００８１】
図９の冷媒回路１０のさらなる利点は、周囲空気に加えて、車両内部の空気の潜熱を熱源として使用することができるということである。特に、空気流の温度を冷却または変更中、循環空気を脱湿する際に取り去られる熱は、第２の凝縮器／ガス冷却器１３内で、相当部分として空気流に戻される。熱の潜在部分は、空気中の水分を凝縮するための脱湿中に取り去られ、空気流の温度にいかなる変化ももたらさず、空気流に戻される必要はない。循環空気から取り去られた熱のこの部分の再加熱が必要ないため、潜熱は、冷媒回路に供給される追加の熱となる。
【００８２】
ヒートポンプ動作中の図９に従って接続される冷媒回路１０の欠点は、第２の凝縮器／ガス冷却器１３の加熱力が、蒸発器１１に取り込まれる冷却力より常に大きいということである。この欠点は、冷媒回路の接続の単純な変更によって改善することができる。
【００８３】
図１０には、本発明による、遮断弁１９および追加の膨張弁２０を有する、代替的に、冷蔵システム、ヒートポンプ、または再加熱モードでの車両温度調節システム１の冷媒回路１０が示され、図１０ａは、冷媒の流れ方向を示す矢印によって、冷蔵システムおよびヒートポンプモードを示し、図１０ｂは、再加熱モードを示す。図１０ａの破線矢印は、冷蔵システムモード中の冷媒の流れ方向を示し、実線矢印は、ヒートポンプモードでの冷媒の流れ方向を示す。図１０ｂの矢印は、再加熱モードでの冷媒の流れ方向を示す。
【００８４】
第２の凝縮器／ガス冷却器１３の加熱力が蒸発器１１に取り込まれる冷却力を常に超えるという図９の冷媒回路１０の欠点は、能動切替弁４１を遮断弁１９および追加のＴ字型部品で置き換え、圧縮器１４と遮断弁１９との間に分岐点２３を画定することによって克服される。冷媒回路１０の内側にこの配設を有することによって、第２の凝縮器／ガス冷却器１３内の加熱力を、蒸発器１１内の冷却力から独立して調節することが可能である。
【００８５】
冷蔵システムモードでは、遮断弁１９は開放され、第２の凝縮器／ガス冷却器１３の下流の膨張要素２０は閉鎖される。ヒートポンプモードでは、遮断弁１９は閉鎖され、第２の凝縮器／ガス冷却器１３の下流の膨張要素２０は開放される。この２つのモードは、矢印によって、図１０ａに示される。
【００８６】
車両温度調節システム１の冷媒回路１０の再加熱モードは、矢印によって、図１０ｂに示される。ここで、膨張要素２０は、蒸発器１１の冷却力より低くすることができる加熱力を、第２の凝縮器／ガス冷却器１３に提供することができるように、遮断弁１９が開放された状態で調節される。
【００８７】
冷蔵システムモード中、冷媒は、開放された遮断弁１９を通って流れ、次いで凝縮器／ガス冷却器１２内で周囲空気に熱を渡す前に、圧縮器１４内で圧縮される。高圧の冷却された冷媒は、次いで、内部熱交換器１７の高圧部分を通って流れ、そこでさらに冷却される。この後、液体の冷媒は、膨張要素１５を通って流れ、蒸発器１１内で優勢である二相領域内の圧力レベルに膨張される。存在する二相混合物は、蒸発器１１内で気化される。これに必要とされる熱は周囲空気から取り込まれ、周囲空気は冷却され、車両の内部に供給される。冷媒は、次いで、受動切替弁２１を通って流れる。受動切替弁２１は、２つの入口と、１つの出口とを有し、より高い圧力が存在する注入口が圧力による力によって閉鎖され、冷媒の質量流が、より低い圧力が存在する入口から出口に通されるように設計される。蓄圧器１６では、不完全な気化のために依然として存在する冷媒液体が、分離され、貯蔵される。この後、内部熱交換器１７のより低い圧力の部分で過熱された冷媒は、圧縮器１４によって取り込まれ、再び圧縮される。冷媒回路１０が閉鎖される。高周囲温度では、膨張要素２０は、冷媒が、第２の凝縮器／ガス冷却器１３を通って搬送されず、したがって加熱力が提供されないように、閉鎖される。車両の内部が冷えた後、遮断弁１９は開放され、冷媒の質量流は、意図的に、第２の凝縮器／ガス冷却器１３を通って搬送される。これは、必要な再加熱力を提供する。
【００８８】
任意に、例えば、バッテリ、電気モータ、パワーエレクトロニクス等の電気部分組立品の冷却のために、冷媒回路１０内に追加の熱交換器３８を使用することができる。それぞれの追加の熱交換器３８に、追加の膨張要素が提供されるべきである。
【００８９】
低周囲温度で、車両温度調節システム１の冷媒回路１０は、ヒートポンプとして動作する。次いで、冷媒は、圧縮器１４内で圧縮される。冷媒が全部第２の凝縮器／ガス冷却器１３を通って流れ、それによって車両の内部に供給されている空気に熱を放出するように、遮断弁１９が閉鎖される。膨張要素２０で、冷却された冷媒は、次いで、中圧レベルに膨張される。中圧レベルによって、冷媒側の蒸発器１１内の温度レベルが調節され、蒸発器１１の上流の空気温度が０℃を超える場合、蒸発器１１内の温度レベルは、０℃未満になるべきではない。そうなった場合、蒸発器１１の霜降りの危険性が増加する。しかし、一方、蒸発器１１の上流の空気温度が０℃未満の場合、蒸発器１１内の温度レベルは、０℃を超えるべきではない。そうなった場合、上述の急速な曇りの危険性が存在する。膨張要素２０内での膨張の後、冷媒は、二相混合物として存在する。次いで、液体は、蒸発器１１内で少なくとも部分的に気化され、一方、車両の内部に供給される空気は、脱湿される。脱湿された空気は、次いで、第２の凝縮器／ガス冷却器１３を通って流れ、それによって車両の内部を加熱するために必要とされる温度レベルに加熱される。気化後、冷媒は、膨張要素１５内で凝縮器／ガス冷却器１２内で優勢である圧力レベルまで膨張される。冷媒は、凝縮器／ガス冷却器１２内でさらに気化され、受動切替弁２１を横断して蓄圧器１６に搬送される。
【００９０】
図８〜図１０は、種々の冷媒回路１０に加えて、小型車両温度調節システム１の内側の冷媒回路１０の一部であるコンポーネントの配設を示す。空気流１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、３８内にない回路コンポーネントのすべて、およびそれらの接続線は、小型車両温度調節システム１の筐体配設５のコンポーネントユニット４内に配設される。空気流内の回路コンポーネント、蒸発器１１および凝縮器／ガス冷却器１３は、蒸発器ユニット２の内部に位置し、空気洗浄凝縮器／ガス冷却器は、凝縮器ユニット３の内部に位置する。
【００９１】
図１１は、グリコールヒートポンプとしての小型車両温度調節システム１の冷媒回路１０を示す。冷媒回路１０の切り替えは、周囲から熱を取り込み、それを蒸発器１１内のヒートポンプモードの熱交換器１２、３６内の中間回路に渡すことを可能にする。また、他の部分組立品からの排熱も、この中間回路の利点を用いて貯蔵することができる。冷媒は、熱交換器１２、３６を離れた後、膨張要素４２内で膨張される。熱交換器１２、３６は、車両温度調節システム１の動作モードに依存して、ヒートポンプもしくは加熱モードのグリコール／空気熱交換器４３、または冷却もしくは冷蔵システムモードのグリコール／空気熱交換器４５のいずれかに切り替えられる。中間回路の切替弁およびポンプは図示しない。
【００９２】
ヒートポンプモードの蒸発器１１の温度レベルは、常に、周囲の温度レベルより低い。これは、０℃を超える周囲温度においてのみ、循環空気モードで、対応する脱湿を用いて、車両内部を加熱できるようにする。０℃未満の周囲温度では、蒸発器１１は、蒸発器１１の霜降りを回避するように、およびしたがってパッセンジャー空間への空気の供給を妨害しないように、遮断弁４４を介して、迂回されて動作されるべきである。
【００９３】
電気車両内の駆動バッテリ等の他の部分組立品の冷却のためには、遮断弁４４の代わりに、熱交換器および膨張弁が提供されるべきである。
【符号の説明】
【００９４】
１    車両温度調節システム
２    蒸発器ユニット
３    凝縮器ユニット
４    コンポーネントユニット
５    筐体配設
６    送風器、蒸発器ユニット
７    送風器、凝縮器ユニット
８    空気の流れ方向、蒸発器ユニット
９    空気の流れ方向、凝縮器ユニット
１０    冷媒回路
１１    熱交換器、蒸発器、回路コンポーネント
１２    熱交換器、凝縮器／ガス冷却器、回路コンポーネント
１３    熱交換器、再加熱器、凝縮器／ガス冷却器、回路コンポーネント
１４    圧縮器、冷媒回路コンポーネント
１５    第１の膨張要素、膨張弁、回路コンポーネント
１６    蓄圧器、回路コンポーネント
１７    内部熱交換器、回路コンポーネント
１８    蓄圧器−熱交換器ユニット、回路コンポーネント
１９    弁、遮断弁、回路コンポーネント
２０    第１の膨張要素、膨張弁、回路コンポーネント
２１    放出点、受動切替弁、受動３方向弁、回路コンポーネント
２２    放出点
２３    分岐点
２４    分岐点
２５    第１の流れ経路、二次分岐
２６    第２の流れ経路、二次分岐
２７    新鮮な空気／循環空気弁
２８    フィルタ
２９    温度弁
３０    混合チャンバ
３１    排出空気／新鮮な空気弁
３２    接続、蒸発器
３３    接続、凝縮器／ガス冷却器
３４    接続、凝縮器／ガス冷却器
３５    接続、バッテリ冷却器
３６    冷媒／グリコール熱交換器、回路コンポーネント
３７    ポンプ
３８    熱交換器、蒸発器、回路コンポーネント
３９    グリコール／空気熱交換器、グリコール冷却器、再加熱器
４０    グリコール／空気熱交換器、グリコール加熱器
４１    制御切替弁、回路コンポーネント
４２    膨張要素、回路コンポーネント
４３    加熱熱交換器、再加熱器
４４    遮断弁、回路コンポーネント
４５    グリコール／空気熱交換器
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１】
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