JP2004521018A - 空調装置を運転する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は車両のための空調装置を運転する方法に関する。該方法においてコンプレッサ（３８）は、冷房運転の間には冷媒を、ガス冷却器（４２）と膨張装置（５０）とを介して内室熱交換器（４４）に圧送し、暖房運転の間には冷媒を、逆向きの流動方向でまず最初に内室熱交換器（４４），膨張装置（５０）及び次いでガス冷却器（４２）を通して圧送する。該ガス冷却器（４２）に対して並列に、切替弁（５８）を備えたバイパス管路（５６）が設けられている。提案されることは、暖房運転時に、ガス冷却器（４２）の空気側に限界厚さを超える氷層が形成されると直ちに、バイパス管路（５６）に設けられた切替弁（５８）が開弁され、冷媒のガス冷却器（４２）を通る貫流が中断されるようにすることである。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、空調装置を運転する方法に関する。
【０００２】
燃料消費を最適化した内燃機関を車両に使用することは、その車両の空調にも影響を及ぼす。つまり特定の運転範囲で、例えば低い外気温度時の始動期に、車両を快適に暖房するのに充分な熱がもはや冷却液に放出されない。したがって、快適性を低温時に保証するために若しくは必要に応じて車両ガラス板をデフロストし得るために、付加ヒータ（Ｚｕｈｅｉｚｅｒ）が必要である。付加ヒータとして空調装置が働いてもよく、ますます多くの車両に標準的に空調装置が装備されているだけに尚更である。空調装置は低温時に冷媒回路の反転によりヒートポンプとして利用され、この場合ＣＯ_２・空調装置の一部であるいわゆる「ガス冷却器」が暖房モード時に熱を周囲から受容する。ヒートポンプは比較的に僅かなエネルギを消費するにすぎず、且つ高い暖房出力時に自発的な反応特性を有している。しかしながら、このようなヒートポンプの重大な欠点は、ガス冷却器が低い外気温度時に空気側で氷結することである。このことにより、空気流内に一般的に下流に接続された、内燃機関の冷却器は不充分にしか冷却空気により流過されなくなるので、この場合、内燃機関の充分な冷却は、短期的な出力増大時、例えばアウトバーンへの乗り入れの際にはもはや保証されていない。
【０００３】
ヨーロッパ特許出願公開第０９４５２９１号明細書により、自動車の乗室を暖房及び冷房するための装置と方法とが公知である。冷媒は暖房運転時にコンプレッサにより圧縮され、３ポート２位置切換弁を介して内室熱交換器に達し、ここで冷媒は、圧縮によって生ぜしめられた熱の一部を、より冷たい車両内室空気に放出する。内室熱交換器から冷媒は膨張装置に流れ、ここで冷媒は、後続して配置されているガス冷却器において熱を周囲空気から受容することができる程度にまで冷却される。付加的な熱が冷媒に、後続の排ガス熱交換器において供給されてもよく、この排ガス熱交換器は内燃機関の高温の排ガスにされされる。
【０００４】
排ガス熱交換器から冷媒は再びコンプレッサに達し、これによって冷媒回路は閉じられている。冷媒が膨張装置内で、周囲温度の下に位置する温度に膨張させられると、ガス冷却器を貫流する空気は飽和温度の下の温度に冷却されることができる。この場合、吸い込まれた周囲空気から水分が凝縮する。温度が水の昇華レベル（Ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎｓｌｉｎｉｅ）の下に位置していると、水は固形の状態に移行して、且つガス冷却器は氷結してしまう。ガス冷却器は一般に、空気の流動方向で見て内燃機関の冷却器の上流に接続されているので、ガス冷却器の氷結によって、内燃機関の規定通りの冷却が行えなくなる恐れが生じる。それゆえ、過度に強い氷結を回避するために、臨界的な周囲条件において、３ポート２位置切換弁を介してバイパス管路が開かれるので、ガス冷却器は短期的に閉鎖されている。冷媒はガス冷却器を迂回して直接に排ガス熱交換器に流れ、且つそこからコンプレッサの吸い込み側に流れる。更に、回路が高温ガスプロセス（Ｈｅｉｓｓｇａｓｐｒｏｚｅｓｓ）として構成されるプロセスも考えることができ、この場合コンプレッサの圧縮熱のみが熱源として使用される。
【０００５】
発明の利点
本発明による方法によれば、暖房運転時に、ガス冷却器の空気側で限界厚さを超える氷層が形成されると直ちに、ガス冷却器に対応配置されているバイパス管路に設けられた切替弁が開弁され、且つ冷媒の、ガス冷却器を通る貫流が中断される。ガス冷却器の空気側における空気流が凝固点の上の温度を有している限り、氷層は溶かされ且つ空気流により取り除かれる。しかし、空気流の温度が凝固点の下である場合でも氷層は蒸発するので、ガス冷却器は若干の時間後に再び熱源として使用され得る。これによって、暖房運転の間の、ガス冷却器が熱源として役立たない運転時間が最小限に減じられる。したがって、利用可能な熱量は極めて大きいので、一般に別の熱交換器、例えば排ガス熱交換器は省略されることができる。
【０００６】
ガス冷却器に形成された氷層により、ガス冷却器の流動抵抗が増大するので、ガス冷却器の空気側における圧力降下は、臨界的な周囲温度時の氷結の尺度として評価され得る。臨界的な周囲温度時の圧力降下が所定の限界値を超えると、冷媒流がバイパス管路を介して導かれるが、このことは、相応する電子的な評価ユニットが、バイパス管路及び／又はガス冷却器の流入部又は流出部にそれぞれ１つずつ設けられた切替弁を制御することにより行われる。
【０００７】
別の可能性として、ガス冷却器の空気側に容量性又は抵抗性のセンサを配置することがあって、このセンサの容量若しくは抵抗は氷層により変化する。センサの信号が臨界的な周囲パラメータ時に限界値を超えると、冷媒流はバイパス管路を介して導かれる。臨界的な周囲パラメータとして、特に低い周囲温度及び高い相対的な空気湿度が見なされることができる。
【０００８】
図面
別の利点は以下の、図面を用いての説明から明らかである。図面には本発明の１実施例が示されている。図面、明細書及び請求の範囲は多数の、組み合わされた特徴を含んでいる。当業者はこれらの特徴を有利に個別的に捉えるであろうし、有意義な別の組み合わせにもまとめるであろう。
【０００９】
唯一の図面は本発明による空調装置の概略的な構造を示している。
【００１０】
実施例の説明
図示していない車両は、冷却液回路１２を備えた内燃機関１０を有している。冷却液回路１２において冷却液ポンプ１４が冷却液を、内燃機関１０，ヒータ熱交換器２４及び冷却器１８を通して圧送する。ヒータ熱交換器２４に対して並列にバイパス管路２６が設けられている。ヒータ調節弁２８は冷媒流を、温度センサ３０の信号に関連してヒータ熱交換器２４とバイパス管路２６とに分割する。
【００１１】
冷却器１８に対して並列に同様にバイパス管路３２が設けられており、その際冷媒流は別の三方弁３４により、別の温度センサ３６の信号に関連して分割される。
【００１２】
車両は車両内室の空調のためのエアコンディショナ２２を有している。エアコンディショナ２２内に内室熱交換器４４が、空調流２０の方向で見てヒータ熱交換器２４の上流に接続されている。空調流２０は送風機４８により生ぜしめられ、この送風機４８は周囲から新鮮空気を吸い込むか、又は車両内室から循環空気を吸い込んで、ヒータ熱交換器２４及び内室熱交換器４４に吹きつける。
【００１３】
内室熱交換器４４は冷媒回路４０の構成部分であり、冷媒回路４０の冷媒、例えばＣＯ_２はコンプレッサ３８により圧送される。冷媒回路４０は、暖房運転あるいは冷房運転で運転することができる。冷房運転時にコンプレッサ３８は三方弁５２を介して、圧縮された冷媒を黒の実線で示した矢印の方向で、切替弁６２、ガス冷却器４２、別の切替弁６０及び膨張装置５０を介して、内室熱交換器４４に圧送し、且つそこから別の三方弁５４を介してコンプレッサ３８の吸い込み側に戻し搬送する。圧縮された冷媒はガス冷却器４２内で空気流１６により冷却される。この空気流１６は送風機４６により生ぜしめられ、且つガス冷却器４２と、下流に接続された、内燃機関１０の冷却器１８とに吹き当たる。膨張装置５０において冷媒は所望の温度に膨張するので、後続の内室熱交換器４４において相応の熱量を空調流２０から受容することができる。
【００１４】
暖房運転時には三方弁５２が調節され、それによってコンプレッサ３８が、圧縮された冷媒を破線の矢印の方向で、まず最初に内室熱交換器４４に供給するようになって、そこで冷媒の圧縮によって生じた熱を空調流２０に伝達する。このことは特に、ヒータ熱交換器２４に充分な熱量が冷却液回路１２から提供され得ない運転範囲において行われる。内室熱交換器４４の下流で冷媒は膨張装置５０内で膨張させられるので、冷媒は後続のガス冷却器４２を通流する際に熱を空気流１６から受容することができる。暖められた冷媒は相応に調節された三方弁５４を介してコンプレッサ３８の吸い込み側に流れ戻る。
【００１５】
臨界的な周囲パラメータ、特に低い外気温度時及び高い空気湿度時に、ガス冷却器４２に氷層が形成されて、この氷層が空気流１６を妨げて、それにより冷却器１８を介しての内燃機関１０の冷却が行えなくなってしまうかもしれない恐れが生じる。氷形成が許容し得ない程度を超えてしまうことを阻止するために、ガス冷却器４２の空気側（Ｌｕｆｔｓｅｉｔｅ）で限界厚さを超える氷層が形成されると直ちに、切替弁５８がバイパス管路５６を開き、且つ冷媒の、ガス冷却器４２を通る貫流が、ガス冷却器４２に設けられた切替弁６２及び／又は切替弁６０により中断される。この運転範囲において冷媒回路４０はいわゆる「高温ガス運転（Ｈｅｉｓｓｇａｓｂｅｔｒｉｅｂ）」で運転され、この場合、冷媒は膨張装置５０において膨張させられないか、又は僅かに膨張させられるに過ぎなくて、且つ内室熱交換器４４内ではコンプレッサの圧縮熱だけが利用されるに過ぎない。高温ガス運転においては、氷層は空気流１６により溶かされるか又は蒸発させられるので、ある程度の時間が経過すると、切替弁５８が閉弁し且つ切替弁６０，６２が開弁することにより、再びヒートポンプ運転（Ｗａｅｒｍｅｐｕｍｐｅｎｂｅｔｒｉｅｂ）で運転されることが可能である。
【００１６】
ガス冷却器４２を通る貫流抵抗は空気側において氷層の増大と共に増大し、ひいてはガス冷却器４２における圧力降下が増大するので、圧力降下は圧力差センサ６６によって検出され、且つ信号ライン６４を介して評価ユニット（図示せず）に供給される。この評価ユニットは、センサ信号及び周囲パラメータに関連して、切替弁５８，６０，６２並びに膨張装置５０を起動制御する。圧力差センサ６６の代わりに又は圧力差センサ６６に付加的に、ガス冷却器４２にセンサ６８を配置しておくことが可能であり、このセンサ６８は容量性又は抵抗性の作用原理で働き、その際センサ６８の容量若しくは電気的な抵抗は、氷層が生じた時に且つ／又は氷層が増大すると共に変化する。センサ６８の信号は同じく信号ライン６４を介して評価ユニットに送られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による空調装置の概略的な構造を示す図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関、 １２ 冷却液回路、 １４ 冷却液ポンプ、 １６ 空気流、 １８ 冷却器、 ２０ 空調流、 ２２ エアコンディショナ、 ２４ ヒータ熱交換器、 ２６ バイパス管路、 ２８ ヒータ調節弁、 ３０ 温度センサ、 ３２ バイパス管路、 ３４ 三方弁、 ３６ 温度センサ、 ３８ コンプレッサ、 ４０ 冷媒回路、 ４２ ガス冷却器、 ４４ 内室熱交換器、 ４６ 送風機、 ４８ 送風機、 ５０ 膨張装置、 ５２ 三方弁、 ５４ 三方弁、 ５６ バイパス管路、 ５８ 切替弁、 ６０ 切替弁、 ６２ 切替弁、 ６４ 信号ライン、 ６６ 圧力差センサ、 ６８ センサ

Claims (3)

1. 車両の空調装置を運転する方法であって、コンプレッサ（３８）が、冷房運転中には冷媒を、ガス冷却器（４２）と膨張装置（５０）とを介して内室熱交換器（４４）に圧送し、暖房運転中には冷媒を逆向きの流動方向で、まず最初に内室熱交換器（４４）と膨張装置（５０）とを通して、次にガス冷却器（４２）を通して圧送するようになっており、該ガス冷却器（４２）に対して並列に、切替弁（５８）を備えたバイパス管路（５６）が設けられている形式のものにおいて、暖房運転時に、ガス冷却器（４２）の空気側に限界厚さを超える氷層が形成されると直ちに、バイパス管路（５６）に設けられた切替弁（５８）を開弁し、且つ冷媒の、ガス冷却器（４２）を通る貫流を中断することを特徴とする、空調装置を運転する方法。
2. ガス冷却器（４２）の空気側における圧力降下を測定し、且つ臨界的な周囲パラメータの場合に、圧力降下が限界値を超えると、冷媒流をバイパス管路（５６）を介して導く、請求項１記載の方法。
3. ガス冷却器（４２）の空気側に、容量性又は抵抗性のセンサ（６８）を配置し、該センサ（６８）の容量若しくは抵抗が氷層により変化し、且つ臨界的な周囲パラメータの場合に、センサ（６８）の信号が限界値を超えると、冷媒流をバイパス管路（５６）を介して導く、請求項１又は２記載の方法。