JP2008201409A - 高圧ユニット付き電動コンプレッサを利用するバス用の冷暖房システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の客室を暖房し冷房するためのＨＶＡＣシステムを提供する。
【解決手段】第１の熱交換器は、１次ループと２次ループの間で熱を移動させる。１次ループは、逆転可能なループであり、高圧冷媒を使用する。コンプレッサは、冷媒を圧縮する。第２の熱交換器は、客室へ又は客室から熱エネルギーを選択的に移動させる。２次ループは、冷却液のループであり、第１の熱交換器を流れる。ポンプは、２次ループで流体を移動させる。第３の熱交換器は、２次ループを流れている流体から外部媒体に出入りするように熱を移動させる。暖房モードの間は、２次熱源が２次ループに熱を追加する。冷房モードの間は、バイパス手段が２次熱源を選択的に迂回させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、概ね空調システムに関する。より詳細には、本発明は、長距離輸送車両用の車両搭載空調システムに関する。

今日の速いペースの移動性社会において、バスは場所から場所へ多数の人々を輸送するために使用される。バスメーカーは、それらの車両の設計および製造において人間工学的要素への力点を増大させ続けてきた。実際に、最新型のバスの客室は、乗客の快適さを向上させる多くの機能を内包している。これらの機能は、例えば、オーディオ・ビデオシステム、着座位置を変えることができ、腰部サポートを有する改善されたシート、遮音性の向上、暖房・換気・空調システム（ＨＶＡＣシステム）を含み、多数の乗客に快適な環境を提供する。

客室を空調するために、バスにおけるＨＶＡＣシステムの多くは、冷房システムからは独立した暖房システムを採用する。多くの暖房システムは、バスのエンジンから発生した熱を使用して客室を暖房する。残念ながら、このことは、客室を暖房するためにエンジンが作動しているか又はオン／オフすることが必要となる。冷房システムは、典型的には、高圧冷媒システムを使用する。これらの冷媒システムの多くは、エンジンベルト駆動式コンプレッサを有する。これらのエンジンベルト駆動式コンプレッサは、エンジンが作動している間は冷媒システム内で冷媒を循環及び圧送させるのに適するが、エンジン停止時は作動させることができない。その結果として、バスのエンジンを作動したままにしておかない限り、冷房システムは客室を冷房し得ないことになる。

残念ながら、単に客室内を空調するためにのみエンジンを作動させておくことは、金銭を浪費し、バスの寿命の全体にわたって発生する汚染を増大させる。このことは、特にバスについていえる。なぜなら、乗客が乗るのをバスが待機しているとき、特にはイベント会場から出て来る乗客をバスが待機するときのように、長時間にわたって、走行しない間もバスに乗客が乗っている場合があるからである。

この問題に対処するために、長距離輸送トラックのような他の車両に関し、最新型のトラックは、ノーアイドリング暖房空調システムを備えて製造される。ノーアイドリング暖房空調システムは、車両のエンジンが停止しているときも、客室の冷房および／または暖房を提供することができる。そのようなノーアイドリング暖房空調ユニットは、典型的には、主要なエンジンベルトの代わりに、１つ以上のバッテリ、補助電力等によって駆動される電動モータ駆動式の可変速度コンプレッサを備えた高圧冷媒システムを使用する。モータ駆動式コンプレッサを使用することによって、ノーアイドリング暖房空調システムは、車両のエンジンが停止しているときであっても、客室を暖房および／または冷房することができる。

残念ながら、エンジン停止状態にある間、若干のノーアイドリングシステムは、単一の循環流路を使用しているエンジン停止状態では、冷房だけでなく暖房を提供することもできない。これらのシステムは、エンジン停止状態の間も典型的には燃料燃焼式ヒータを利用して熱源を提供する第２のシステムを必要とする。残念ながら、これは、ＨＶＡＣシステム全体のために必要とされるスペースの量を増大させる。

標準的な冷房システムに関するもう１つの問題は、これらの高圧冷媒システムが漏洩の可能性がある継手を使用することである。更に、車両の組立が製造組立施設において行われるまで冷媒システムが閉じられないので、この種のシステムの使用は、それ自体が車両の製造コストを増大させる冷媒システムの初期のパージおよび充填が組立プラント内で行われることを要求し、大量の冷媒を維持し貯蔵することをメーカーに要求して、組立メーカーに更なる負担を掛ける。

従って、車両用のＨＶＡＣシステムが、エンジンが作動していることを必要とすることなく暖房および冷房の両方の機能を提供し、より効率的であり、かつ高圧冷媒における漏洩の可能性を低減させることができれば、当該分野では評価されるであろう。

上記に照らして、本発明の実施の形態の１つの目的は、車両の客室用の新規かつ改善した暖房空調システムを提供することである。より詳細には、本発明の実施の形態の１つの側面は、エンジンオン状態およびエンジン停止状態における車両の暖房空調を提供する新規かつ改善した暖房空調システムを提供することである。

本発明の１つの実施の形態では、暖房空調システムは、共通の熱交換器によって互いに熱的に結合する１次ループおよび２次ループを含んでいる。１次ループおよび２次ループは、システムが暖房モードであるか冷房モードであるかに応じて互いの間において一方向に熱エネルギーを移動させる。

共通の熱交換器を含むことに加えて、１つの実施の形態は、別の熱交換器と、冷媒コンプレッサと、複数の弁と、複数の冷媒膨張装置と、流れ逆転弁とを備える１次ループを含んでいる。前記２次ループは、一般に、共通の熱交換器に加えて、別の熱交換器と、液体ポンプと、２次熱源と、２次熱源を選択的に迂回させる流路と含んでいる。

１つの実施の形態では、１次ループは高圧冷媒循環流路であり、２次ループは低圧液体循環流路である。

１つの実施の形態では、１次ループは、１次ループを通る冷媒の流れを逆転させることによって車両の客室の冷房および暖房の両方を提供するように機能し得るヒートポンプである。この実施の形態では、２次ループは、好ましくは、暖房の間には２次熱源を通り、冷房の間には２次熱源を迂回する。

本発明の更なる１つの実施の形態では、２次熱源は、１次ループから離れ、車両のエンジン、燃料燃焼式ヒータまたは電気ヒータを含んでいてもよい。２次熱源は、暖房モードの間に熱エネルギーを１次ループに追加するように機能し、１次ループの暖房モードの効率を向上させる。

更なる１つの実施の形態では、液体ポンプおよび冷媒コンプレッサは、電気的に駆動される。これは、本発明の１つの実施の形態の暖房空調システムがノーアイドリングシステムとして機能することを許容する。

本発明の他の側面、目的および利点は、以下の詳細な説明および添付図面からより明らかとなるだろう。

本明細書の中に組み込まれかつその一部を形成する添付図面は、本発明のいくつかの側面を例示し、その説明と共に、本発明の原理を説明するように機能する。

本発明を特定の好適な実施の形態と併せて説明するが、これらの実施の形態に限定するものではない。逆に、添付の特許請求の範囲により定義されるように、本発明の精神および範囲により、全ての代替、改変、および均等物を含めるよう意図する。

図１は、好ましい実施の形態である全体として参照符号８で示される暖房・換気・空調システム（ＨＶＡＣシステム）を説明する単純化したブロック図であり、ＨＶＡＣシステムは、車両の客室、好ましくはバスの客室を暖房し、換気し、冷房するものである。冷暖房の各機能に関して、ＨＶＡＣシステム８は、全体として参照符号１０で示される１次暖房・空調循環流路（以下「１次ループ」という）を利用する。１次ループは、全体として参照符号１２で示される並列する２次暖房・冷房循環流路（以下「２次ループ」という）と協働して機能する。１次ループ１０は、暖房・空調ヒートポンプシステムであり、高圧冷媒プロセスを用いて客室の暖房又は冷房の一方を行う。ヒートポンプは、１つの媒体から他の媒体へ熱を移動させるように作用するものである。２次ループ１２は、低圧液体システムであり、１次ループ１０からまたは１次ループ１０へ熱を選択的に移動させる。

１次ループ１０は、高圧冷媒ヒートポンプシステムであり、典型的な実施の形態では、コンプレッサ２０と、逆転弁２２と、冷媒−空気熱交換器２４と、冷媒−液体熱交換器２６と、第１および第２のバイパス弁２８、３０と、第１および第２の冷媒膨張装置３２、３４と、第１の空気流動装置３６とを含んでいる。１次ループ１０の各構成要素は、１つの場所からもう１つの場所へ熱エネルギーを移動するヒートポンプシステムを形成するように、例えば配管あるいは吸い込みライン３８によって作動可能に接続されている。

２次ループ１２は、冷房モードの間は１次ループ１０から、暖房モード（図２参照）の間は１次ループ１０へ、熱エネルギーを選択的に移動させるように作動する。熱は、冷媒−液体熱交換器２６を介して、１次ループ１０と２次ループ１２との間を移動する。従って、冷媒−液体熱交換器２６は、１次ループ１０および２次ループ１２双方の構成要素である。２次ループ１２は、更に、液体ポンプ４０と、液体−空気熱交換器４２と、第の３バイパス弁４４と、２次熱源４６と、第２の空気流動装置４８と、パージタンク５０とを含んでいる。２次ループ１２の各構成要素は、流体の循環流路を形成するように、例えば符号５２で示される配管あるいは吸い込みラインによって作動可能に接続されている。

理解を容易にするために、車両の客室内の空気を冷却する空調モード（Ａ／Ｃモード）の状態のＨＶＡＣシステムが示された図１を参照して本発明の実施の形態及びその構成要素を先ず説明する。その後、図２を参照して暖房モードにおける作動を説明する。

まず１次ループ１０に関し、第１および第２の冷媒膨張装置３２、３４は、１次ループ１０の中を流れる高温高圧の液体冷媒（例えばＲ−１３４ａ、フレオン等）が低温低圧の液体冷媒に変化することを許容する装置である。Ａ／Ｃモードの間、流体は、第１の冷媒膨張装置３２のみを通過し、バイパス弁２８を通って第２の冷媒膨張装置３４を迂回する。好ましい実施の形態では、冷媒膨張装置３２、３４は、膨張弁、自動調温膨張弁等である。

Ａ／Ｃモードでは、冷媒−空気熱交換器２４は、蒸発器として機能し、第１の冷媒膨張装置３２の下流（矢印５８で示される、１次ループ１０を通る冷媒の流れに対して）に配設されている。冷媒-空気熱交換器２４は、第１の冷媒膨張装置３２から低温低圧の液体冷媒を導入する熱交換装置である。低温低圧の液体冷媒は、冷媒-空気熱交換器２４の中を流れる間に、客室を介して循環され、矢印６０で示され、典型的には空気である媒体から潜熱を吸収する。それ故、冷媒-空気熱交換器２４は、客室の内部と流体が連通する位置に配設されている。空気６０からの熱を吸収することにより、低温低圧の液体冷媒は、空気６０を冷却し、沸騰により相変化して、低温低圧の蒸気冷媒となる。空気と冷媒との間におけるこの熱交換効率を向上させるために、好ましい実施の形態では、冷媒−空気熱交換器２４は、コイルで構成されている。

第１の空気流動装置３６は、冷媒−空気熱交換器２４に近接して配設され、冷媒−空気熱交換器２４を通して空気６０を流動させおよび／または吸い込むように構成される。冷媒−空気熱交換器２４を通過して冷却された後、その冷却空気は、車両の客室の中に放出される。好ましい実施の形態では、第１の空気流動装置３６は、例えば軸流ファンのようなファンである。更にまた、ファンは、好ましくは、冷媒-空気熱交換器２４を通過する空気の量が客室の冷房の必要性に応じて変更可能であるように調節可能なものである。別の実施の形態では、空気流動装置３６は、車両の換気をするために、客室内の循環空気に加えて一部の新鮮外気を吸い込んでもよい。

コンプレッサ２０は、蒸発器として機能するＡ／Ｃモードにおける冷媒−空気熱交換器２４から導入されおよび／または吸い込まれた低圧低温の蒸気冷媒を圧縮する。圧縮の間に、低圧低温の蒸気冷媒は、高温高圧の蒸気冷媒に変化する。高温高圧の蒸気冷媒は、コンプレッサ２０から、凝縮器であるＡ／Ｃモードにおける冷媒−液体熱交換器２６へと移動する。好ましい実施の形態では、コンプレッサ２０は直流モータによって駆動される。典型的な実施の形態では、コンプレッサ２０は可変速度のモータ駆動式コンプレッサである。モータは、直流または交流のいずれによって駆動されてもよい。それ故、コンプレッサ、ひいてはＨＶＡＣシステム８は、ノーアイドリングすなわちエンジン停止状態であるＡ／Ｃモードにおいて作動するように構成されている。ノーアイドリング制御は、ジーグラー（Ｚｅｉｇｌｅｒ）らの権利である「Ｖｅｈｉｃｌｅ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ Ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ ｏｎ ａｎｄ Ｏｆｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」（エンジンオン及びオフ作動を備えている車両空調暖房システム）という表題の米国特許明細書第６，８８９，７６２号に従ったものであってもよい。その教示内容および開示内容は、参照することにより本明細書に組み込まれるものとする。

Ａ／Ｃモードでは、冷媒−液体熱交換器２６は、凝縮器として機能し、コンプレッサ２０の下流に配設されている。冷媒−液体熱交換器２６は、コンプレッサ２０から高温高圧の蒸気冷媒を導入する。高温高圧の蒸気冷媒は、冷媒−液体熱交換器２６の中を流れる間に第２の媒体へ放熱する。第２の媒体は、低圧低温の冷却液であり、通常、不凍液のようなエンジン冷却液であるかまたはそれに相当する液体である。熱が第２の媒体に放散されると、高温高圧の蒸気冷媒は、凝縮して相変化し、高温高圧の液体冷媒となる。冷媒−液体熱交換器２６の実施の形態は、並行流／対向流式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器等のような任意の冷媒−液体熱交換器を含んでいてもよい。

冷媒−液体熱交換器２６を通過した後、高温高圧の液体冷媒は、第２の冷媒膨張装置３４に並行する第１のバイパス弁２８を通過する。第１のバイパス弁２８は、図１に示したような開弁状態では、高温高圧の液体冷媒が第２の冷媒膨張装置３４を迂回することを許容する。

第１のバイパス弁２８を通過した後、高温高圧の液体冷媒は、第１の冷媒膨張装置３２に戻り、そのサイクルが繰り返される。第１の冷媒膨張装置３２に並行する第２のバイパス弁３０は、Ａ／Ｃモードの間は閉弁状態にあり、高温高圧の液体冷媒が第１の冷媒膨張装置３２を迂回することを防いでいる。

Ａ／Ｃモードの間に、２次ループ１２は、低圧低温の蒸気冷媒が高圧高温の蒸気冷媒に変換する際にコンプレッサ２０によって追加された熱だけでなく、客室内の空気から冷媒に追加された熱エネルギーも排出する。特に、追加された熱は、冷媒−液体熱交換器２６を介して、１次ループ１０内の冷媒から２次ループ１２内の冷却液へと移動する。

２次ループ１２を通る冷却液は、低圧のままである。冷媒−液体熱交換器２６の上流（矢印６８で示される、２次ループ１２を通る冷媒の流れに対して）の低温冷却液は、冷媒−液体熱交換器２６を通過し、その間に、１次ループ１０の高温高圧の蒸気冷媒は、冷媒−液体熱交換器２６を通過する。２つの流体が冷媒−液体熱交換器２６を通過するとき、熱エネルギーは、高温高圧の蒸気冷媒から放散し、低温冷却液によって吸収され、前述のようにその冷媒が液体冷媒に凝縮することを許容する。低温冷却液は、１次ループ１０から熱を吸収した後、高温冷却液として冷媒−液体熱交換器２６から出て行く。

液体−空気熱交換器４２は、冷媒−液体熱交換器２６の下流に配設され、冷媒−液体熱交換器２６から高温冷却液を受け入れる熱交換装置である。高温冷却液は、液体−空気熱交換器４２の中を流れる間に、通常は空気である緊密に近接した媒体に対して熱を放散させる。更にまた、この媒体は、典型的には車両の外部と流体連通する。熱の放散の故に、高温冷却液は、中温の冷却液になって、液体−空気熱交換器４２から出て行く。空気と液体の間におけるこの熱交換プロセスの効率を向上させるために、好ましい実施の形態では、液体−空気熱交換器４２は、コイルで構成されている。

１つの実施の形態では、更に効率を向上させるために、第２の空気流動装置４８が、液体−空気熱交換器４２に近接して配設され、液体−空気熱交換器４２を介して空気を移動させおよび／または吸い込むように構成されている。好ましい１つの実施の形態では、第２の空気流動装置４８は、例えば第１の空気流動装置３６と同様の軸流ファンのようなファンである。更なる１つの実施の形態では、液体−空気熱交換器４２は、車両が走行しているときに車両に向かって流れる空気が液体−空気熱交換器４２を通過し、高温冷却液から外部の周囲空気への熱移動を更に促進させるように、配設される。また、更なるもう１つの実施の形態では、液体−空気熱交換器４２は、車両のラジエータに取り付けられ、エンジン冷却液を冷却するために発生した空気流を使用して、２次ループ１２内の高温冷却液を冷却する。

Ａ／Ｃモードの間、液体−空気熱交換器４２から出て行く中温の液体は、液体−空気熱交換器４２の下流にある２次熱源４６を迂回し、不要な熱エネルギーがＨＶＡＣシステム8に入ることを防止する。中温の液体は、矢印７０で示されるように、第３のバイパス弁４４を通過することによって２次熱源４６を迂回する。

１つの実施の形態では、第３のバイパス弁４４を通過した後、中温の冷却液は、第３のバイパス弁４４および２次熱源４６の下流にある液体−空気熱交換器４２の第２の部分の中に再び入り、それを通過して、好ましくは更なる熱エネルギーを放散させる。中温の冷却液は、低温液体として液体−空気熱交換器から出て行き、液体ポンプ４０へと流れる。

代替的な１つの実施の形態では、図３に例示したように、冷却液は、液体−空気熱交換器４２を１回のみ通過する。液体−空気熱交換器４２から出た後、冷却された冷却液は、バイパス弁４４を流れ、バイパスループ７１を流れて、２次熱源４６を迂回する。２次熱源４６を迂回した後、冷却液は、液体ポンプ４０に至る。この実施の形態では、２次熱源４６は、図１に例示した実施の形態の場合のように液体−空気熱交換器４２を２つの独立した部分に分割するのではなく、液体−空気熱交換器４２の完全に下流に位置している。

図１に戻って説明を続ける。液体ポンプ４０は、２次ループ１２内で液体を吸い込み、圧送する。液体ポンプ４０は、液体−空気熱交換器４２の下流に配設され、低温の液体をパージタンク５０に圧送する。液体ポンプ４０は、例えば遠心ポンプまたはレシプロポンプのような任意の種類の流体ポンプであってもよい。更に、ポンプ４０は、２次ループ１２を循環する液体が低圧のままとなるように低圧ポンプが用いられる。典型的な１つの実施の形態では、液体ポンプ４０は、可変速度電動モータによって駆動される。それ故、ＨＶＡＣシステム８は、ノーアイドリングすなわちエンジン停止状態において作動するように構成されている。

パージタンク５０は、液体ポンプ４０の下流に配置され、Ａ／Ｃモードの間、低温液体の保持タンクとして機能する。それは、更に、２次ループ１２内の液体の膨張および収縮を許容するように機能し、それによって、液体ポンプ４０が２次ループ１２内を循環する液体の低圧および流量を維持するようにしている。パージタンクは２次ループの最後の構成要素であり、液体がパージタンク５０に入った後、そのサイクルが繰り返される。

図２は、暖房モードにおける本発明の１つの実施の形態のＨＶＡＣシステム８の単純化した概略図である。暖房モードの間、１次ループ１０は、熱エネルギーを、２次ループ１２ではなく車両の客室内の空気に対して放散する。ＨＶＡＣシステム８は、先に特定したバイパス弁２８、３０および４４、並びに逆転弁２２を操作することによって、Ａ／Ｃモードから暖房モードへと切り換る。暖房プロセスは、図２を参照して以下で更に説明する。

２次ループ１２は、２次熱源４６から１次ループ１０に熱エネルギーを移動させ、熱負荷を１次ループに提供することによって、より低い周囲温度においてＨＶＡＣシステムを暖房モードで作動することを許容する。前述のように、ヒートポンプは、１つの媒体から別の媒体へ熱を移動させるように機能する。単一ループのヒートポンプでは、ヒートポンプは、冷媒サイクルが作動するように車両外部の媒体から熱を汲み上げなければならず、その後、熱エネルギーを客室へ移動させる。しかし、暖房モードが必要とされるとき、外部媒体は典型的には非常に低温（すなわち、凍結以下）である。保有熱量が少ない媒体から熱を汲み上げることは、困難であり、効率的でもない。従って、低温媒体（すなわち低い周囲温度）から熱エネルギーを汲み上げることは、ヒートポンプが低い効率で作動する原因となりうる。

第２に、ヒートポンプの暖房サイクルの間、蒸発器は非常に低温になり、仮に２次ループ１２が存在しない場合のように蒸発器が冷媒−空気熱交換器であるとき、空気中の湿気は、冷たい外気に曝される熱交換器を着氷させる原因となる。熱交換器（蒸発器）から氷を取り除くために、ヒートポンプ（１次ループ）は、典型的には、熱交換器上の氷を解かすべく逆方向に（すなわちＡ／Ｃモードで）作動されなければならない。これは非常に非効率的である。何故なら、循環流路をこの方向に作動させるべく使用されるエネルギーが車両の客室を暖房するためには使用されないからである。もう一つの方法としては、燃料燃焼式ヒータまたは電気抵抗式ヒータのような２次的解氷メカニズムが設けられる必要がある。冷媒−液体熱交換器２６は、それほどには着氷しにくい。何故なら、１次ループ１０に対する熱移動が、熱交換器２６の内部において、より高い温度で生じ、更に、いくつかの実施の形態では車両内部において生じるからである。２次ループ１２は、２次熱源４６が冷媒−液体熱交換器２６とは離間して配設されていてもよい。

暖房モードの間、１次ループ１０を通る冷媒の流れは、矢印７８で示されるように逆転する。冷媒の流れを逆転させるために、１次ループ１０は、逆転弁２２を含んでいる。逆転弁２２は、低温低圧の蒸気冷媒をコンプレッサ２０に供給するのと高温高圧の蒸気冷媒をコンプレッサ２０から受け入れるのとで熱交換器を切り換える。言い換えると、１次ループ１０を通る冷媒の流れを逆転させることによって、１次ループ１０の冷媒−空気熱交換器２４が凝縮器になり、冷媒−液体熱交換器２６が蒸発器になる。

冷媒の逆転流を起こりやすくするために、第２のバイパス弁３０は開弁し、冷媒−空気熱交換器（凝縮器）２４から出て行く高温高圧の液体冷媒が第１の冷媒膨張装置３２を迂回することを許容する。第１のバイパス弁２８は閉弁し、Ａ／Ｃモードに関して前述したように、高温高圧の液体冷媒を第２の冷媒膨張装置３４に通過させ、低温低圧の液体冷媒に変化させる。

このモードでは、低温低圧の液体冷媒は、以下で更に十分に説明するように、冷媒−液体熱交換器２６を通過し、２次ループ１２の中を流れる高温冷却液から熱エネルギーを吸収する。２次ループ１２から汲み上げられたこの熱エネルギーは、高温高圧の蒸気冷媒が冷媒−空気熱交換器２４を通過するとき、客室内の空気に放散される。従って、暖房モードの間、１次ループ１０は、逆方向で作動する。このモードでは、エネルギーは、２次ループ１２から１次ループ１０に移動し、客室に放散される。

暖房モードの間、２次ループ１２内の冷却液の流れは、矢印６８で示されるように、逆転はしない。しかし、２次ループ１２を流れる低圧の液体は、２次熱源４６から熱を得て、前述のように、冷媒−液体熱交換器２６を介して、この熱エネルギーを１次ループ１０へ移動させる働きをする。

暖房モードでは、冷媒−液体熱交換器２６の中に入る２次ループ１２の低圧の冷却液は、高温の冷却液である。高温の冷却液は、冷媒−液体熱交換器２６を通過するとき、１次ループ１０の低温低圧の冷媒に熱エネルギーを放散する。２次ループ１２から放散される熱エネルギーは、１次ループ１０内の冷媒によって吸収され、その後、客室内の空気に放散される。

図２に示された実施の形態では、冷却液は、液体−空気熱交換器４２を通過し、冷却液からの補足的な熱エネルギーを、熱交換器４２を通過する空気に放散する。液体−空気熱交換器４２を通過した後、冷却液は、２次熱源４６を通過する。それ故、バイパス弁４４は、冷却液が、Ａ／Ｃモードの場合のようにそれを迂回するのではなく２次熱源４６へ流れるように、配設されている。冷却液は、２次熱源４６を通過するとき、熱エネルギーを吸収する。

１つの実施の形態では、２次熱源４６は、車両のエンジンである。ＨＶＡＣシステム８の１つの利点は、暖房システムが、稼働中のエンジンによって生じる廃熱の幾分かを客室に対して放散させることによって、エンジン冷却システムにおける負荷を低減するために使用され得ることである。

代替的な１つの実施の形態では、ＨＶＡＣシステム８のエンジン停止すなわちノーアイドリング状態での作動を容易にするために、２次熱源４６は、燃料を燃焼させて熱エネルギーを発生させる燃料燃焼式熱源である。燃料燃焼式熱源は、車両の主要エンジンの全出力が必要でないとき（すなわち停止または他の静止的な状況の間）に大型のディーゼルエンジンを作動させて熱源を提供するよりも、環境にやさしくて効率的である。もう１つの実施の形態では、２次熱源は、電気抵抗を使用して電気を熱エネルギーに変換する電気抵抗式ヒータである。この実施の形態は、車両が典型的には補助電力のような２次電源へのアクセスを有するとき、有益であろう。しかし、車両のエンジンは、それが停止した後も長時間にわたって温かいままであるので、停止した後も２次熱源として機能し得ることに留意すべきである。

更にまた、２次ループ１２を有する構成は、寒冷な気候の間において暖房モードで１次ループ１０を作動させることを容易にする２次熱源４６を、長い冷媒配管を要さずに冷媒−液体熱交換器２６から離間して配設することを可能とする。

図３を参照して上記で説明して例示された代替的な実施の形態では、図４に例示した暖房モードの間、冷却液は２次熱源４６を迂回しない。暖房モードでは、バイパス弁４４は、液体−空気熱交換器４２から出るこの実施の形態では低温の冷却液が、２次熱源４６を通過して高温の冷却液になるように、位置決めされる。高温の冷却液は、１度液体−空気熱交換器４２を通るだけである。これは、液体−空気熱交換器４２を通ることによって高温の冷却液から熱が放散することがないので、好適である。

冷却液が２次熱源４６を通って、高温の冷却液になった後、それは、冷媒−液体熱交換器２６を流れるように圧送され、冷媒−液体熱交換器２６で、熱エネルギーは、２次ループ１２の高温の冷却液から１次ループ１０の低温低圧の冷媒へ移動する。

上述のＨＶＡＣシステムが例えばバスのような大型の乗用車において使用されるときには、より適合性のある局所的な暖房・空調が設定できるように車両内に複数の１次ループ１０が設けられてもよい。詳細には、１つのユニットが車両の後部を空調するように取り付けられ、別のユニットが客室の前部を空調するように車両の前部近くに取り付けられてもよい。これらの複式１次ループシステムでは、ＨＶＡＣシステムは、複数の１次ループに接続された単一の２次ループ、または各々の個別の１次ループに接続された個別の２次ループを含んでもよい。

本明細書中で引用する公報、特許出願および特許を含むすべての文献は、各文献を個々に具体的に示し、参照して組み込んだのと同様に、また、その開示内容のすべてが記載されているのと同様に、ここで参照して組み込まれる。

本発明の説明に関連して（特に特許請求の範囲に関連して）用いられる名詞および同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」および「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限定しない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の記載は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に記載されているのと同様に、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中の如何なる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、特許請求の範囲に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。

本明細書中では、発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読んだ上で、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを期待しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載の内容の修正および均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、好ましい実施の形態で考えられるすべての変形における上記要素のいずれの組合せも本発明に包含される。

本発明の教示内容に従って構築される複合ＨＶＡＣシステムの典型的な実施の形態を例示する単純化したブロック図である。ＨＶＡＣシステムは空調モードである。 暖房モードにおける図１のＨＶＡＣシステムを説明する単純化したブロック図である。 本発明の別の実施の形態に係る冷房モードを示すＨＶＡＣシステムの単純化したブロック図である。 暖房モードにおける図３のＨＶＡＣシステムを説明する単純化したブロック図である。

符号の説明

８ 暖房空調システム
１０ １次ループ
１２ ２次ループ
２０ コンプレッサ
２２ 逆転弁
２４ 冷媒−空気熱交換器
２６ 冷媒−液体熱交換器
２８ 第１のバイパス弁
３０ 第２のバイパス弁
３２ 第１の冷媒膨張装置
３４ 第２の冷媒膨張装置
３６ 第１の空気流動装置
４０ 液体ポンプ
４２ 液体−空気熱交換器
４４ 第３のバイパス弁
４６ ２次熱源
４８ 第２の空気流動装置

Claims (20)

1. 車両の客室用の暖房空調システムであって：
   第１の熱交換器と；
   前記第１の熱交換器を通過する１次ループであって、更に、コンプレッサ、第２の熱交換器、前記１次ループを通る流体の流れを逆転させる流れ逆転手段、および第１の冷媒膨張装置を有する１次ループと；
   前記第１の熱交換器を通過する２次ループであって、更に、液体ポンプ、第３の熱交換器、２次熱源、および前記２次熱源を選択的に迂回させるバイパス手段を有する２次ループとを備え；
   前記２次ループは前記第１の熱交換器によって前記１次ループに熱的に接続され、前記第２の熱交換器は前記客室の内部に熱的に接続された；
   暖房空調システム。
2. 前記２次熱源が前記車両のエンジンである、請求項１に記載の暖房空調システム。
3. 前記２次熱源および前記第３の熱交換器が前記１次ループおよび前記車両の前記客室から離間している、請求項１に記載の暖房空調システム。
4. 前記第１の熱交換器が冷媒−液体熱交換器であり、前記第２の熱交換器が冷媒−空気熱交換器であり、前記第３の熱交換器が液体−空気熱交換器である、請求項１に記載の暖房空調システム。
5. 前記コンプレッサが直流モータ駆動式コンプレッサである、請求項１に記載の暖房空調システム。
6. 前記２次熱源が燃料燃焼式ヒータである、請求項１に記載の暖房空調システム。
7. 前記１次ループが高圧冷媒を用いる循環流路であり、前記２次ループが低圧冷却液の循環流路である、請求項１に記載の暖房空調システム。
8. 前記コンプレッサ、第１および第２の熱交換器、流れ逆転手段、第１の冷媒膨張装置が、固定式の接続部によって接続された、請求項７に記載の暖房空調システム。
9. 前記１次ループが前記２次ループに接続されるのに適したモジュール式内蔵ユニットである、請求項８に記載の暖房空調システム。
10. 暖房モードの間、前記２次ループ内の液体が前記２次熱源を流れ、流れ案内手段が、冷媒を前記第１の熱交換器から前記コンプレッサまでおよび前記コンプレッサから前記第２の熱交換器まで案内し、冷房モードでは、前記２次ループ内の前記液体が前記２次熱源を迂回し、前記流れ案内手段が、冷媒を前記第２の熱交換器から前記コンプレッサまでおよび前記コンプレッサから前記第１の熱交換器まで案内する、請求項１に記載の暖房空調システム。
11. 前記第２および第３の熱交換器がコイルであり、前記膨張装置が膨張弁であり、前記システムが第１および第２の空気流動装置を更に備え、前記第１の空気流動装置が前記第２の熱交換器に近接し、前記第２の空気流動装置が前記第３の熱交換器に近接し、前記第１の空気流動装置が、前記客室の前記内部から前記第２の熱交換器を通過するように空気を循環させる、請求項４に記載の暖房空調システム。
12. 前記第２の熱交換器が前記客室の前記内部と流体連通するように前記車両に対して位置決めされた、請求項３に記載の暖房空調システム。
13. 車両の客室用の暖房空調システムであって：
    コンプレッサと、第１の熱交換器と、第２の熱交換器と、前記コンプレッサから前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器の１つへ並びに前記第１の熱交換器および前記第２の熱交換器の他方から前記コンプレッサへ流体の流れを選択的に案内する流れ逆転手段と、冷媒膨張装置とを有する１次ループであって、前記コンプレッサ、第１および第２の熱交換器、流れ逆転手段、冷媒膨張装置が、高圧閉鎖循環流路を形成する常設接続を有する固定配管で接続された１次ループと；
    低圧冷却液を有する２次ループであって、前記２次ループは前記第１の熱交換器を流れることによって前記１次ループに熱的に連通し、液体圧送手段、第３の熱交換器、２次熱源、および前記２次熱源を選択的に迂回させるバイパス手段を更に有する２次ループと、を備える；
    暖房空調システム。
14. 前記１次ループが内蔵式ユニットである、請求項１３に記載の暖房空調システム。
15. 前記第３の熱交換器および２次熱源が前記１次ループから離間している、請求項１３に記載の暖房空調システム。
16. 前記２次熱源が、車両のエンジン、燃料燃焼式ヒータ、および電気抵抗式ヒータの少なくとも１つである、請求項１３に記載の暖房空調システム。
17. 前記第１の熱交換器が冷媒−液体熱交換器であり、前記第２の熱交換器が冷媒−空気熱交換器であり、前記第３の熱交換器が液体−空気熱交換器である、請求項１３に記載の暖房空調システム。
18. 前記コンプレッサが直流モータ駆動式コンプレッサであり、前記液体圧送手段が直流モータ駆動式ポンプである、請求項１３に記載の暖房空調システム。
19. 前記２次熱源が燃料燃焼式ヒータおよび電気抵抗式ヒータの少なくとも１つであり、前記システムが前記第２および第３の熱交換器のそれぞれに近接する電気駆動式の第１および第２の空気流動装置を更に備える、請求項１８に記載の暖房空調システム。
20. 前記２次ループが着脱自在な継手によって前記第１の熱交換器に接続された、請求項１４に記載の暖房空調システム。

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