(57)【要約】  ヒートポンプ式の温度調節装置における蒸発器として働くように設計された熱交換器であって、冷媒が循環して通るコア（２６）を備えた交換器（１）である。当該交換器は更に、コア（２６）の近傍に定置された少なくとも１つの加熱要素（２３）を備えている。その加熱要素（２３）は、除氷の目的のためにコアを加熱することのできるものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の通過する温度調節装置における蒸発器として働くように設計された熱交換器（１）であって、冷媒が循環して通る少なくとも１つのコア（２６）を備えた交換器において、
前記コア（２６）の近傍に配置されて当該コアを加熱することのできる少なくとも１つの加熱要素（２３）を備えた、ことを特徴とする交換器。
【請求項２】
前記加熱要素（２３）は、少なくとも１つの電気抵抗器（６０）を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の交換器。
【請求項３】
前記電気抵抗器（６０）は、正の温度係数を有したサーミスタである、ことを特徴とする請求項２記載の交換器。
【請求項４】
前記加熱要素（２３）は、２つの電気接続体（６１，６２）同士の間に並列に取り付けられた複数の抵抗器（６０）を少なくとも備えて、ストリップを形成している、ことを特徴とする請求項２と請求項３のいずれか一項に記載の交換器。
【請求項５】
前記コア（２６）は、冷媒が循環して通る複数の管（２０）と、前記管（２０）同士の間に定置されて当該各管（２０）と熱的に接触した複数のフィン（２２）とを備えている、ことを特徴とする前記請求項のうちいずれか一項に記載の交換器。
【請求項６】
前記ストリップ（２３）のうちの少なくとも１つが、前記フィン（２２）のうちの少なくとも１つによって支えられている、ことを特徴とする請求項５記載の交換器。
【請求項７】
前記フィン（２２）によって支えられる複数のストリップを備えた、ことを特徴とする請求項６記載の交換器。
【請求項８】
前記コア（２３）内に前記ストリップが、当該コアの略均一な加熱を保証するように配置されている、ことを特徴とする請求項７記載の交換器。
【請求項９】
蒸発器として働くことのできる前記請求項のうちいずれか一項に記載の熱交換器を備えた、ことを特徴とする温度調節装置。
【請求項１０】
前記加熱要素（２３）を制御するための、当該加熱要素の作動を開始させる制御手段（２５）を備えている、ことを特徴とする請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車両内部向けの温度調節装置のための熱交換器に関する。
【０００２】
本発明は、より特定的にはハイブリッド型や電動の自動車両と関連して用途を見出すものである。
【背景技術】
【０００３】
現在、自動車製造業者らは、内燃機関を補ったり置き換えたりするように、新たなエネルギー源で走行する車両を開発している。特に、完全に電動化された車両（電気自動車）や、部分的に電動化された車両（ハイブリッド自動車と呼ばれる車両）が提案されている。
【０００４】
今日のバッテリーの蓄電容量は限られているため、それらのような車両の装備は、自らの電気消費量を限定するように設計される必要がある。その消費量は、車両の走行可能距離を犠牲にするものなのである。
【０００５】
従って、車両内部の乗客の温度面での快適性を保証する必要があり、特に、この温度調節が車両の走行可能距離に対して過度に不利な影響を有することなく、熱を生じさせる内燃機関なくして車両内部を暖房することが必要である。このことは特に、車両内部を暖房するために電気放熱器に頼ることを制限する。
【０００６】
この状況において、車両内部の温度調節用の装置として、外気から取り出した熱エネルギーを用いて車両内部の空気を加熱するよう、ヒートポンプとして作動することのできる従来の空調（空気調和）ループを用いることが既知の慣行となっている。そのようなループは、車両の前部の所の熱交換器、車両内部に設置された熱交換器を備え、圧縮機によってループを通じた流体の循環が促される。ヒートポンプモードにおいては、前部の交換器が蒸発器として働き、車両内部の交換器が凝縮器として働く。空調モードにおいては、両交換器の働きが入れ替わる。
【０００７】
しかしながら、外部温度が（３℃より）低くて空気の水分含有量が多いときには、車両の前部に設置された（そのときヒートポンプモードで蒸発器として働いている）熱交換器上に、空気中に含まれた水分が凝縮して、氷へと変わる。蒸発器上への氷の蓄積は、空気の通過を妨げて、熱交換を損ない、空調装置の出力の減損を伴う。また、回路内へ空気が侵入する可能性と関連付けられるような、この装置への損傷の危険性が存在する。それが今度は、ヒートポンプを作動停止せねばならず、蒸発器を除氷せねばならないということを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ヒートポンプの作動の如何なる停止をも回避すると共に、空調装置や前部交換器への改変を最小限にすることを可能とし、かくしてシステムを設計するコストを最小限ともするような解決策をもたらすことによって、これらの欠点を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために本発明の一主題は、冷媒の通過する温度調節装置における蒸発器として働くように設計された熱交換器であって、冷媒が循環して通る少なくとも１つのコアを備えた交換器であり、コアの近傍に配置されてコアを加熱することのできる少なくとも１つの加熱要素を備えた交換器となっている。
【００１０】
本発明の一実施形態においては、コアが、流体と流入空気の流れとの間での熱交換をもたらす。
【００１１】
そのようにして、空調装置がヒートポンプとして作動して前部交換器が蒸発器として働くとき、そして蒸発器が氷で覆われるようになるときには、加熱要素によって、蒸発器の管を加熱し、かくして除氷することが可能となる。
【００１２】
本発明の様々な実施形態によれば、下記を、一緒に、或いは別々に考慮しうる：
−  加熱要素は、少なくとも１つの電気抵抗器を備えている。
−  電気抵抗器は、正の温度係数を有したサーミスタである。
−  加熱要素は、２つの電気接続体同士の間に並列に取り付けられた複数の抵抗器を少なくとも備えて、ストリップを形成している。
−  コアは、冷媒が循環して通る複数の管を備えている。
−  コアは、管同士の間に定置されて、それらの管と熱的に接触した複数のフィンを備えている。
−  ストリップのうちの少なくとも１つが、フィンのうちの少なくとも１つによって支えられている。
−  交換器が、フィンによって支えられる複数のストリップを備えている。
−  コア内にストリップが、コアの略均一な加熱を保証するように配置されている。
−  各ストリップは、各管と平行に伸びている。
−  各ストリップは、当該各管に沿ってコアの幅を実質的に横切って伸びている。
−  各ストリップは、当該コアにおける前面の２つの半分同士の間で、互いに整列して、および／または互い違い配列にて配分されている。
−  各ストリップは、コアの前面の５％未満、或いは１％の前面しか占めていない。
【００１３】
本発明はまた、蒸発器として働くことのできる上述したような熱交換器を備えた温度調節装置に関するものである。
【００１４】
本発明の一態様によれば、当該装置は、加熱要素を制御するための、加熱要素の作動を開始させる制御手段を備えている。
【００１５】
本発明の更なる特徴および利点は、指標として与えられ添付図面によって描写される以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による交換器を用いた温度調節装置の概略線図。
【図２】本発明による交換器の一実施形態の部分正面図。
【図３】本発明による交換器のフィン内へ加熱要素を取り付ける一方法を説明する説明的線図。
【図４】本発明による交換器のフィン内へ加熱要素を取り付ける一方法を説明する説明的線図。
【図５】本発明による交換器のフィン内へ加熱要素を取り付ける一方法を説明する説明的線図。
【図６】ストリップとして取り付けられるＰＴＣ型の抵抗器の例示的な一実施形態。
【図７】本発明による交換器に加熱要素を取り付ける種々の代替的方法。
【図８】本発明による交換器に加熱要素を取り付ける種々の代替的方法。
【図９】本発明による交換器に加熱要素を取り付ける種々の代替的方法。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書の残りの部分において、同等の構造や類似の機能を有する要素同士は、同じ参照符号によって示されることとなる。
【００１８】
図１は、本発明による交換器を用いた、特に自動車両内部向けの温度調節装置の概略線図を描いている。
【００１９】
単純化の目的のために、この装置は、自動車両への適用と関連付けて説明されることとなる。
【００２０】
調整装置は主として、第１熱交換器１、第２熱交換器７、圧縮機１、および膨張弁４を備えている。これらの様々な要素は、管５によってループにつなぎ合わされ、管５を通じて循環する冷媒がそれらの要素を通過できるようになっている。
【００２１】
第１熱交換器１は、車両の前部の所（一般的には車両の前面におけるフードの下）に定置され、その交換器を冷媒が通過するようにさせている。交換器１は、車両のラジエータグリルを通じてその車両の前部から到来する外気の流れ３と冷媒との間における熱の交換を最大限にするように企図されている。空気の流れを増大させるために、当該装置は、空気流量３が不十分となったときに作動されるファン２（例えば切離し可能なファン）を備えていてよい。
【００２２】
第２交換器７は、車両内部、一般的には（暖房、換気、および空調を表す）ＨＶＡＣとして知られたハウジング６内に設置され、同じくその交換器を冷媒が通過するようにさせている。その交換器は、車両内部の空気（これは、矢印８によってＨＶＡＣ６へと入るように描かれ、矢印９によってそこから出て行くように描かれている）と冷媒との間における熱の交換を最大限にするように企図されている。
【００２３】
上記の各要素は、従来の空調ループとして作動するのに適したループを形成する。この場合、冷媒は矢印１２の方向にループを通過する。そして、車両内部の交換器７は、蒸発器として働いて、冷媒を蒸発させ、それにより車両内部の空気から熱エネルギーを取り去り、かくして当該空気を冷却する。気体状態にある冷媒は、次に圧縮機１０内で圧縮され、それから前部交換器１へと送られる。そして前部交換器１は、凝縮器として働いて、流体を凝縮させ、それにより外気へ熱エネルギーを与える。その後、流体は膨張弁４を経由して蒸発器７へと戻る。
【００２４】
上述したループは、ヒートポンプとしての作動にも適している。その作動においては、ループを通る進行の方向（矢印１１）が入れ替わるのと同じように、交換器１および７の働きが入れ替わる。前部交換器１は、蒸発器として働いて外気から熱エネルギーを取り去る。その熱エネルギーは、今度は凝縮器として働く交換器７を介して流体が車両内部の空気へと渡す。具体的には、前部交換器１によって気体状態にされた冷媒は、圧縮機１０によって圧縮されてから、交換器７内で凝縮させられ、それから再び膨張させられて交換器１へと戻る。
【００２５】
図１の線図は概略線図であって、一般的には、２つの別個の作動モードを有することのできるこの種のループにおいては、２つの異なる回路が存在しており、２つのモード同士の間での転換は、（図示されていない）制御弁を用いて管の回路を一方から他方へ切り換えることによって成し遂げられる。
【００２６】
上記で示したように、ループがヒートポンプとして作動して前部交換器１が蒸発器として働くときで、外気３の温度が低くて水分含有量が多い場合には、前部交換器１が氷に覆われてしまい、空気と冷媒との間における熱の交換を、従って温度調節装置の効率を損なってしまう。
【００２７】
図２は、本発明による交換器の一実施形態の部分正面図を描いている。
【００２８】
この実施形態において、交換器１は互いに略平行な管２０の集合体を備えており、それらの管２０を通じて冷媒が循環する。それらの管２０は例えば、互いに略平行となっており、それらが連結される２つの流体マニホールド同士の間へ並列に取り付けられている（図２では、符号２１で参照される右側のマニホールドだけが見えている）。
【００２９】
図２で見える面は、空気３の到来する側（図１）に配置されて、直交座標系Ｏｘｙｚにおいて符号ｘＯｚで参照される平面内に位置する、正面である。各管２０は例えば、平面ｘＯｙ内で扁平化されて方向Ｏｘへ伸びる管である。各マニホールドは、軸線Ｏｚに沿って伸びている。
【００３０】
代替型の実施形態において、各管２０はそれぞれ、互いに流体密式に接合するように構成された２つのプレートで形成される。その構成は、冷媒が循環することのできる内部空間を画成するようなものである。
【００３１】
管２０同士の間に定置されているのは、インサートとも呼ばれるフィン２２である。各フィン２２は、例えば良好な熱の伝導体である材料で作られた薄いストリップで構成され、コンサーティーナ（アコーディオン）状に折り畳まれている。各フィン２２は、隣接した各管２０と熱的に接触し、軸線Ｏｙに沿って流れる外気と、各管２０を通じて循環する流体との間における熱の交換を増大させる機能を有している。
【００３２】
管２０とフィン２２との集合体は、空気と冷媒との間における熱交換の役割を果たす交換器コアとして知られるもの（符号２６参照）を構成している。
【００３３】
本発明によれば、交換器１は更に、コアの近傍に定置された少なくとも１つの加熱要素２３を備えている。その加熱要素２３は、コアを覆い得る氷を溶融させるために、このコアを加熱するように企図されている。
【００３４】
加熱要素２３は、一組の電気抵抗器、好ましくは正の温度係数のサーミスタ、即ちＰＴＣサーミスタ（つまりは、その抵抗値が温度と共に増大するサーミスタ）であることが有利である。
【００３５】
図６は、平面ｘＯｚ内の部分断面で見た、ＰＴＣストリップを用いる加熱要素２３の一実施形態を描いている。
【００３６】
図６は従って、例えば複数のタイルの形態を取るＰＴＣ組立体６０を描いている。それらのタイルは、並べて配列され、例えば各タイル６０の両側に定置された導電性バンド６１および６２によって互いに並列で電気的に接続されている。組立体は、（好ましくは電気絶縁材料６３で覆われた）ストリップを形成する。
【００３７】
図２の実施形態において、ＰＴＣストリップ２３は、コア２６それ自体の上に定置されている。具体的には、そのストリップ２３は、図３、図４、および図５に示すように、フィン２２によって支えられている。
【００３８】
図３は、平面ｘＯｚ内でのフィン２２の概略図であるが、そのフィン２２には、ＰＴＣストリップ２３を受け入れることのできるように複数の切り抜き３０が作られている。
【００３９】
図４は、図３と同様の線図であるが、フィン内に配置されたＰＴＣストリップ２３を伴っている。
【００４０】
図５は、図２のコア２６の平面ｙＯｚ内における部分断面図であり、フィン２２の一部を間に挟む２つの管２０を描いている。
【００４１】
フィン２２は、その両側のうち、流入外気３の側に位置する一方の側に切り抜き３０を有している。ストリップ２３は、その切り抜き３０内に定置されている。
【００４２】
図５に描かれた代替型の実施形態において、フィン２２は、先の一方の側とは反対の側に第２の切り抜き３１を有し、その切り抜き３１が第２のＰＴＣストリップ２７を受け入れている。
【００４３】
ＰＴＣストリップ２３をフィン２２内へ挿入するこの方法は、交換器の設計を見直す必要なしに、既存の型の交換器に難なく適合可能である、という利点をもたらす。
【００４４】
図２はまた、ＰＴＣストリップ２３を制御するための制御手段２５をも描いている。その手段は、ストリップ２３の各結線２４に対して電気的に接続されている。それらの結線に対しては、例えば図６の導電性バンド６１および６２が接続される。
【００４５】
制御手段２５は、コア２６を除氷する必要があるときにＰＴＣ２３を作動させる。そうするために、制御手段は、１つの入力部２８にて、着氷が生じていることを示す１つないし複数のパラメータを受け取る。前記のパラメータは、ファン２（図１）が制御されている場合において、このファンの作動のトリガとなるパラメータであっても（或いは、それらのパラメータから導き出されても）よい。例えばパラメータとしては、推進モータの温度や、空調要求セットなどを考えることが可能である。それらはまた、図１のループの作動に関与するパラメータ、特に空調モードからヒートポンプモードへの転換を許容するパラメータであってもよい。それは、交換器１の近傍における空気の温度を計測する手段までにも減縮され得る。
【００４６】
図７、図８、および図９は、交換器コア内へのＰＴＣストリップの種々可能な取り付けを示す線図である。
【００４７】
熱交換器全体を最もよく除氷するためには、その交換器ができるだけ均一に加熱されることが有利であり、それを成すためには、符号２３のようなＰＴＣストリップを複数用いることが有利である。
【００４８】
図７に描かれた第１代替形態においては、６つのストリップ２３が、平面ｘＯｚ内で見て軸線Ｏｘに平行な３本の線を成してコア２６内に配置されており、それぞれの線が２つのストリップによって形成されている。また、Ｌが軸線Ｏｚに沿ったコアの寸法であるとすれば、各線は以下のように分布させられている。即ち、第１の線（ストリップ７１および７２）が上縁部からＬ／６の所で、第２の線（ストリップ７３および７４）が第１の線からＬ／３の所で、第３の線（ストリップ７５および７６）が第２の線からＬ／３の所、従って下縁部からＬ／６の所であるようにである。
【００４９】
図８に描かれた第２代替形態においても、前の図７のような３本線レイアウトが存在しているが、この場合は各線が単一のストリップによって形成され、前述の順番で符号８１，８２，８３がそれぞれ割り振られている。
【００５０】
加熱をより一層均一にすることを可能とする第３代替形態が、図９に示されている。６つのＰＴＣストリップ９１から９６が、もはや図７のように３本線を形成するよう互いに向かい合ってはおらず、互い違い配列ないしは階段状配列にて配置されている。
【００５１】
各実施形態のいずれにおいても、平面ｘＯｚ内でのＰＴＣストリップ２３の断面積は、コア２６の総表面積の約５％、好ましくは、この総表面積の１％未満にまで制限されるのが有利であろう。
【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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【国際調査報告】
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