JP2007314080A - 自動車両の内部を冷暖房するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】後部域の、運転中の効果的空調及び静止中の空調を可能とする。
【解決手段】自動車両の内部を冷暖房するために、内部の前部域を暖房または冷房するように設計されている第１の空気調和装置１０と、内部の後部域を暖房または冷房するように設計されている第２の空気調和装置１２とを備える冷却回路を有するシステム。第１の空気調和装置１０は第１の蒸発器１４を有し、第２の空気調和装置１２は第２の蒸発器１６を有する。第２の空気調和装置１２は、冷却回路に接続可能な第３の蒸発器２２によって冷熱を充填できる潜在冷熱貯蔵装置２０に、熱移動媒体回路３０を介して接続されている第１の熱交換器１８も有する。
【選択図】図５

Description

本発明は自動車両の内部を冷暖房するためのシステムに関し、このシステムは、内部の前部域を暖房または冷房するように設計されている第１の空気調和装置と、内部の後部域を暖房または冷房するように設計されている第２の空気調和装置とを備え、冷却回路に接続可能な第１の蒸発器が第１の空気調和装置の中に存在し、かつ冷却回路に接続可能な第２の蒸発器が第２の空気調和装置の中に存在する。

空気調和装置は、空気調和ボックスまたはＨＶＡＣ（「暖房、換気、空調」）とも呼ばれる。乗用車との組合せでは、包括的なシステムが特に米国市場で現在使用されている。しかし、このような包括的なシステムは、貨物自動車の運転室、特に、運転者域、同乗者域、および仮眠用寝台域を有する運転室における空気調和のために使用可能である。この場合には、第１の空気調和装置を運転者および同乗者域に割り当て、第２の空気調和装置を仮眠用寝台域に割り当てることができる。

本発明の主要な目的は、運転中に後部域の効果的な空気調和を可能にするばかりでなく、静止中でも少なくとも後部域の空気調和を可能にするような包括的なシステムを開発することである。

本目的は自動車両の内部を冷暖房するためのシステムにおいて実現されるが、このシステムは、内部の前部域を暖房または冷房するように設計されている第１の空気調和装置と、内部の後部域を暖房または冷房するように設計されている第２の空気調和装置とを備え、第１の空気調和装置には、冷却回路に接続可能な第１の蒸発器が存在し、かつ第２の空気調和装置には、冷却回路に接続可能な第３の蒸発器によって冷熱を充填できる潜在冷熱貯蔵装置に、熱移動媒体回路を介して接続されている第１の熱交換器を有する第２の空気調和装置によって冷却回路に接続可能な第２の蒸発器が存在する。

本発明に係るシステムは、第２の空気調和装置には、冷却回路に接続可能な第３の蒸発器によって冷熱を充填できる潜在冷熱貯蔵装置に、熱移動媒体回路を介して接続されている第１の熱交換器が存在する点において包括的な従来技術に基づいている。本発明は、特に、第２の蒸発器で放出されている冷熱を対応する空気流に移動することによって、運転中に内部の後部域の効果的な冷房を可能にする。さらには、本発明は、第１の熱交換器を介して、潜在冷熱貯蔵装置の中に蓄えられた冷熱を対応する空気流に移動することによって、静止動作において内部の後部域の冷房を可能にする。

さらには、内部の後部域を冷房するために、いわゆる予冷動作で、第２の蒸発器で放出されている冷熱ばかりでなく、潜在冷熱貯蔵装置の中に蓄えられた冷熱も空気流に移動することが可能である。

本発明は貨物自動車との組合せにおいて特に有利に使用可能であるが、この応用例に限定されるものではなく、乗用車との組合せにおいても使用可能である。その場合には、内部の前部域の静止空気調和を可能にするために追加的な方策を施すことが好ましい。

この目的のためには、例えば、同じように熱移動媒体回路に組み込まれるかまたは別の潜在冷熱貯蔵装置と相互作用する別の熱交換器が、第１の空気調和装置に存在し得る。

本発明のシステムの好ましい実施形態では、第１の蒸発器、第２の蒸発器、および第３の蒸発器のグループから、少なくとも２つの蒸発器が冷媒の流れ方向に対して並列に存在するようになっている。特に、別個の膨張要素がそれぞれの蒸発器に割り当てられているとき、このような配置は、少なくとも２つの並列の蒸発器を別々に動作させることを可能にし、かつこの目的に適切な弁手段が存在し得る。

この関連では、第１の蒸発器、第２の蒸発器、および第３の蒸発器が、冷媒流の方向に対して並列に配置されるようになっていれば特に有利であると考えられる。この場合には、蒸発器のすべてが相互に別々に動作可能であることが好ましい。

本発明のシステムは、第１の熱交換器および第２の熱交換器が空気流の方向に対して直列に配置されるように有利に開発可能である。例えば、この配置によって、例えば予冷動作で、第１の熱交換器ばかりでなく、第２の蒸発器も貫流する空気を特に強力に冷却することが実現可能になる。

さらには、本発明に係るシステムのいくつかの実施形態では、後部域を暖房するために、空気加熱器が存在するようになされ得る。空気加熱器は、特に、電気式にまたは燃料によって動作可能である。この関連では、空気加熱器は第２の空気調和装置に割り当てられていることが好ましい。特に、電気式空気加熱器の場合には、小空間要件のために空気加熱器全体を第２の空気調和装置の中に配置することが可能である。

本発明に係るシステムは、後部域を暖房するために第１の熱交換器を使用できる点でも有利に開発可能である。この場合には、第１の熱交換器を使用してそれを貫流する空気を選択的に加熱または冷却できるので、弁配置が熱移動媒体回路に存在することが好ましく、この弁配置によって、その時点における適切な様態で、それぞれの動作モードに応じて、第１の熱交換器を他のシステム構成要素に結合することができる。

さらには、後部域を暖房するために第２の空気調和装置中に第３の熱交換器が存在するようになっている実施形態が可能である。このような方策は、例えば、後部域もエンジンからの排気熱によって、すなわち、冷媒によって暖房することも可能なときに有利であるが、例えば、潜在冷熱貯蔵装置中の堆積物を確実に防ぐことができるように、冷媒を潜在冷熱貯蔵装置に貫流させることは望ましくない。

本発明の構想の中では、後部域を暖房するために、熱移動媒体回路に組込み可能な熱移動媒体加熱器が設けられている方策も存在する。熱移動媒体加熱器も特に電動式または燃料燃焼式の熱移動媒体加熱器であり得る。熱移動媒体加熱器の使用は、第１の熱交換器を使用して後部域を暖房できるときに特に容易に実現可能である。

さらには、後部域を暖房するためにエンジン冷却回路から温熱を移動させ得るようになっている本発明のシステムの実施形態が、特に有利であると考えられる。この関連では、第１の熱交換器が、後部域の暖房に使用可能であり、したがってエンジン冷却回路に結合可能であれば、特に効率的である。

本発明のシステムの特に好ましい１つの開発形態では、温熱または冷熱を潜在冷熱貯蔵装置に選択的に蓄え、かつ潜在冷熱貯蔵装置に蓄えられた温熱を使用して後部域を暖房できることが要求されている。しかし、潜在冷熱貯蔵装置に蓄えられた温熱が後部域を暖房するには不十分であれば、この温熱を有利に利用して、例えば、熱移動媒体加熱器（したがって、それはより小さい電力で動作可能である）の流れ温度を上昇させることも可能である。

以上に説明した関連では、潜在冷熱貯蔵装置が、温熱を蓄えるためにエンジン冷却回路に結合可能になっていれば特に有利であると考えられる。このような方式で、別様であれば環境へ無益に放出されていたエンジン排気熱を、例えば、静止暖房動作のために利用することができる。

特に以上に説明した関連では、さらには、潜在冷熱貯蔵装置が、第２の熱交換器を含み、それによって選択的に温熱の供給、温熱の放出、または冷熱の放出が可能になっていることが好ましい。第２の熱交換器は弁配置に接続されていることが好ましく、それによって、その時点で適切な様態で第２の熱交換器を他のシステム構成要素に結合することができる。

本発明の１つの重要な基本的着想は、運転中ばかりでなく静止時にも最適の空気調和を実現するために、これは第２の空気調和装置がそれ自体の蒸発器を備えていないシステムでは容易に実現可能ではないが、後部域に割り当てられている第２の空気調和装置に第２の蒸発器ばかりでなく、第１の熱交換器も設けることが有利であるというものである。

好ましい実施形態を実施例として使用しかつ添付の図面を参照して、本発明を以下に詳細に説明する。

図１は、本発明に係るシステムの第１の実施形態を示す。圧縮機４２、専用の凝縮器ファン４０を備える凝縮器４４、収集器／乾燥器４６、第１の弁５８、第１の膨張要素４８、および専用の第１のファン３６を備える第１の蒸発器１４が、従来の様態で圧縮冷却回路を構成する。第１の蒸発器１４は、第１の空気調和装置１０の中に第１のファン３６と一緒に配置されるが、この調和装置の中には、通常、例えば暖房用熱交換器のような他の構成要素（図示せず）が設けられている。第１の空気調和装置１０は車両内部の前部に配置され、第１のファン３６によって生成された空気流が第１の蒸発器１４によって冷却され得る。図１に示した圧縮冷却回路は第２の蒸発器１６をさらに備え、この第２の蒸発器１６には第２の膨張要素５０、第２の弁６０、および第２のハウジング３８が割り当てられている。第２の蒸発器１６は、冷媒の流れに対して第１の蒸発器１４に並列に配置され、第１の蒸発器１４の出口と第２の蒸発器１６の出口との間に戻し弁５６が存在する。圧縮機４２の稼働時に、第２のファン３８によって空気流の方向２４へ生成される空気流が第２の蒸発器１６によって冷却され得るように、第２の蒸発器１６は、自動車両の内部の後部域に割り当てられる第２の空気調和装置１２の中に収容されている。さらには、図１に示されている圧縮冷却回路は、第３の膨張要素５２および第３の弁６２が割り当てられている第３の蒸発器２２を備える。この第３の蒸発器２２は、同じように第１の蒸発器１４に並列に配置され、したがって、冷媒流に対して第２の蒸発器１６にも並列に配置されている。第３の蒸発器２２は潜在冷熱貯蔵装置２０の中に収容されるが、そこでは第３の蒸発器で放出されている冷熱を蓄えることができる。第１の弁５８、第２の弁６０、および第３の弁６２を使用して、その時点で必要な１つの蒸発器のみまたは複数の蒸発器を動作させることができる。

上で説明した冷却回路に加えて、図１に示したシステムは熱移動媒体回路３０を有し、そこでは、例えば、水／グリコール混合物を熱交換媒体として使用することができる。図１に示されている熱移動媒体回路３０の構成要素は、第２の空気調和装置１２の中で空気流に対して第２の蒸発器１６と直列に配置されている第１の熱交換器１８、潜在冷熱貯蔵装置２０の中に配置されている第２の熱交換器３４、熱移動媒体ポンプ５４、例えば電動式の熱移動媒体加熱器２８、および第１の熱移動媒体弁６４である。この第１の熱移動媒体弁６４は、本システム中に存在する他のすべての弁と同様に、例えば、電磁弁によって同じように形成可能である。

図１に示したシステムは、運転中、すなわち、圧縮機４２が稼働しているときに、第１の蒸発器１４によって内部の前部域を冷房し、かつ第２の蒸発器１６によって内部の後部域を冷房することを可能にする。同時に潜在冷熱貯蔵装置２０に冷熱を充填することができる。当然のことであるが、これは、第１の蒸発器１４および第２の蒸発器１６がどちらも動作していないときでも、またはそれらの１つのみが動作しているときでも同様に可能である。静止動作では、すなわち、圧縮機４２が停止状態にあり、第１の熱移動媒体弁６４の第１の作用位置で、動作中の熱移動媒体ポンプ５４から発して、第１の熱交換器１８を経由し、第１の熱移動媒体弁６４を経由して第２の熱交換器３４に達し、さらに熱移動媒体ポンプ５４に戻る熱移動媒体回路が構成され得る。したがって、特に静止動作では、潜在冷熱貯蔵装置２０の中に蓄えられた冷熱は、第１の熱交換器１８を経由して内部の後部域に放出され得る。第１の熱移動媒体弁６４の第２の作用位置では、熱移動媒体加熱器２８が暖房回路に組み込まれるが、この熱移動媒体加熱器２８にはそれ自体のポンプ（図示せず）が備わっている。この場合には、熱が第１の熱交換器１８を経由して内部の後部域に供給され得るように、熱移動媒体加熱器２８から発して、第１の熱交換器１８を経由し、第１の熱移動媒体弁６４を経由して、熱移動媒体加熱器２８に戻る熱移動媒体回路が構成される。

図１に示したシステムは、第２の蒸発器によって運転中に後部域の冷房を可能にする。暖房動作時には、分離回路を構成することによって効率的な暖房が可能になる。さらには、冷却回路への潜在冷熱貯蔵装置の組込みは、原理上、後部システムの蒸発器に関する限り改造する必要がないので、知られたシステムをわずかに改造するだけで済む。

図２は、本発明に係るシステムの第２の実施形態を示す。図２に示すシステムの冷却回路は、図１からのシステムの冷却回路に対応するので、その説明を割愛する。

図２に示すシステムの熱移動媒体回路３０が、図１に示したシステムの熱移動媒体回路と異なる点は、後部域を暖房するために分離回路は構成されないが、例示の場合では、熱移動媒体加熱器２８および第２の熱移動媒体弁６６を備える外部暖房回路が利用されることである。暖房動作では、第１の熱移動媒体弁６４は、熱移動媒体加熱器から出て来る熱移動媒体が、第１の熱移動媒体弁６４を経由し、第１の熱交換器１８を経由して、開放されている第２の熱移動媒体弁６６を経由して貫流できる作用位置に移動される。

潜在冷熱貯蔵装置２０は、図１に示したシステムにおけるように冷熱の充填および放出が行われので、その説明を割愛する。

図３は、本発明に係るシステムの第３の実施形態を示す。図３に示すシステムの冷却回路は、図１からのシステムの冷却回路に対応するので、その説明を割愛する。

図３からのシステムの熱移動媒体回路３０が、図２からのシステムの熱移動媒体回路と異なる点は、暖房動作に関して、別個の第３の熱交換器７０が第２の空気調和装置１２の中に存在し、このような第３の熱交換器７０が熱移動媒体加熱器２８によって熱移動媒体の供給を受けることである。この方策では、熱移動媒体回路中の追加的な弁を割愛することができる。

図３に示すシステムでは、図１からのシステムにおけるように潜在冷熱貯蔵装置２０の冷熱の充填および放出が行われるので、その説明を割愛する。

図４は、本発明に係るシステムの第４の実施形態を示す。図４に示すシステムの冷却回路は、図１からのシステムの冷却回路に対応するので、その説明を割愛する。

図４に示すシステムの熱移動媒体回路３０は、暖房用に設計されていない点が上で説明した実施形態とは異なる。

しかし、図４に示すシステムによって、内部の後部域を暖房できるようにするために、必要であれば、空気流の方向２４に対して第１の熱交換器１８の下流側に、第２のファン３８によって生成された空気流を加熱できる空気加熱器２６が存在する。本実施形態における熱移動媒体回路３０は、潜在冷熱貯蔵装置２０を放出するためだけに設計されているので、この場合には、熱移動媒体弁を割愛することができる。

図４に示すシステムでは、図１からのシステムにおけるように潜在冷熱貯蔵装置２０の冷熱の充填および放出が行われるので、その説明を割愛する。

図５は、本発明のシステムの第５の実施形態を示す。図５に示すシステムの冷却回路は図１からのシステムの冷却回路に対応するので、その説明を割愛する。

しかし、図５からのシステムの熱移動媒体回路３０は、上で説明した実施形態と比較すると、本実施形態では、潜在冷熱貯蔵装置が冷熱または温熱を蓄えるように選択的に使用できるので拡張機能を有する。

図５に示すシステムでは、熱移動媒体回路が、熱移動媒体ポンプ５４、第１の熱交換器１８、第２の熱交換器３４、熱移動媒体加熱器２８、ならびに第１の熱移動媒体弁６４、第２の熱移動媒体弁６６、および第３の熱移動媒体弁６６を備え、この熱移動媒体回路３０は、第２の熱移動媒体弁６６および第３の熱移動媒体弁６８を経由して、模式的にのみ示されているエンジン冷却回路３２に接続され得る。第２の熱移動媒体弁６６が開くと、熱を潜在冷熱貯蔵装置２０の中に蓄えることができるように、高温の冷媒が、第２の熱交換器３４を経由してエンジン冷却回路３２から流出する。同時に、第３の熱移動媒体弁６８が開き、かつ熱移動媒体ポンプ５４が動作すると、内部の後部域を暖房できるように、高温の冷媒が第１の熱交換器１８も貫流する。当然のことであるが、高温の冷媒が第１の熱交換器１８のみを貫流するように、第３の熱移動媒体弁６８が開かれた状態で、第１の熱移動媒体弁６４および第２の熱移動媒体弁６６を閉じることも可能である。

内部の後部域を暖房するように、潜在冷熱貯蔵装置２０の中に蓄えられた温熱を使用するために、基本的に２つの可能性が存在する。潜在冷熱貯蔵装置２０の中に蓄えられた温熱が後部域を暖房するのに適切であれば、第１の熱移動媒体弁６４が閉鎖され、かつ第３の熱移動媒体弁６８と同じ様態で第２の熱移動媒体弁６６が開放される。したがって、熱移動媒体ポンプ５４が動作すると、潜在冷熱貯蔵装置２０の中に蓄えられた温熱が第１の熱交換器１８を経由して放出され得るように、第１の熱交換器１８と第２の熱交換器３４との間に熱移動媒体循環が生じる。潜在冷熱貯蔵装置２０の中に蓄えられた熱が後部域を暖房するほど十分ではないときであっても、この蓄えられた温熱を利用して、専用の熱移動媒体ポンプ（図示せず）を有する熱移動媒体加熱器２８の流れ温度を有利に上昇させることができる。この場合には、第１の熱移動媒体弁６４が開放され、かつ第３の熱移動媒体弁６６と同様に第２の熱移動媒体弁６６が閉鎖される。したがって、熱移動媒体加熱器２８が動作しているとき、潜在冷熱貯蔵装置２０によって予め加熱された熱移動媒体が、熱移動媒体加熱器２８に供給されて、熱移動媒体が熱交換器１８を通過しかつそこで温熱を放出する前に、この加熱器でさらに加熱される。

図５に示したシステムでは、図１からのシステムにおけるように潜在冷熱貯蔵装置２０の冷熱の充填および放出が行われるので（第１の熱移動媒体弁６４が閉鎖された状態で）、その説明は割愛する。

以上の説明、図面、および特許請求の範囲において開示された本発明の特徴は、本発明を実施するために個々に重要であるばかりでなく、任意の組合せにおいても重要であり得る。

本発明に係るシステムの第１の実施形態を示す模式図である。 本発明のシステムの第２の実施形態を示す模式図である。 本発明に係るシステムの第３の実施形態を示す模式図である。 本発明に係るシステムの第４の実施形態を示す模式図である。 本発明のシステムの第５の実施形態を示す模式図である。

Claims (14)

1. 自動車両の内部を冷暖房するためのシステムであって、前記内部の前部域を選択的に冷暖房するための第１の空気調和装置と、前記内部の後部域を選択的に冷暖房するための第２の空気調和装置とを含む冷却回路を有し、前記第１の空気調和装置は第１の蒸発器を備え、前記第２の空気調和装置は、第２の蒸発器と、冷熱が充填されるようになされ、かつ前記冷却回路に接続可能である第３の蒸発器を備える潜在冷熱貯蔵装置に、熱移動媒体回路を介して接続されている第１の熱交換器とを備えるシステム。
2. 前記第１の蒸発器、前記第２の蒸発器、および前記第３の蒸発器から形成されたグループから、前記蒸発器の少なくとも２つが、前記システムにおいて冷媒の流れ方向に対して並列に配置される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の蒸発器、前記第２の蒸発器、および前記第３の蒸発器は、前記システムにおいて冷媒の流れ方向に対して並列に配置されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の熱交換器および前記第２の蒸発器は、前記システムを通過する空気流の方向に対して直列に配置される、請求項１に記載のシステム。
5. 空気加熱器が前記後部域を暖房するために設けられる、請求項１に記載のシステム。
6. 前記空気加熱器は前記第２の空気調和装置に割り当てられている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記第１の熱交換器は前記後部域を暖房するようになっている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記システムは、前記第２の空気調和装置に、前記後部域を暖房するための第３の熱交換器を備える、請求項１に記載のシステム。
9. 前記熱移動媒体回路は、前記後部域を暖房するための熱移動媒体加熱器を含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記システムは、前記後部域を暖房するために車両エンジン冷却回路から熱を移動する手段をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
11. 前記潜在冷熱および温熱貯蔵装置は選択的に温熱または冷熱を蓄えるようになっており、前記潜在冷熱および温熱貯蔵装置に蓄えられた温熱は、前記後部域を暖房するために使用可能である、請求項１に記載のシステム。
12. 前記潜在冷熱および温熱貯蔵装置は、温熱を蓄えるためにエンジン冷却回路に結合されるようになっている請求項１１に記載のシステム。
13. 前記潜在冷熱および温熱貯蔵装置は、選択的に温熱の供給、温熱の放出、および冷熱の放出を行うようになっている第２の熱交換器を含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記潜在冷熱および温熱貯蔵装置は、選択的に温熱の供給、温熱の放出、および冷熱の放出を行うようになっている第２の熱交換器を含む、請求項１１に記載のシステム。

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