JP2010280377A - 空調ループと熱媒流路とを含む熱管理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部で冷媒が流れ、コンプレッサ4と、第1の膨張装置6と、外部熱交換器8と、エバポレータ14とを含むループ2を有し、また、内部で熱媒が流れ、少なくとも1つのポンプ22と、ループ2に接続された第1の冷媒−熱媒交換器30とを含む流路20を有する、自動車用の熱管理システムに関する。流路20は、ループ2に接続される第2の冷媒−熱媒熱交換器32を含んでいる。
【選択図】図1
Description
・冬季は、自動車の車室内部の空気の熱的要求を補助するのに十分な熱を電動機が発散しないので、熱の不足を管理する。
・バッテリ等による電気自動車、またはハイブリッド自動車のさまざまな補助的構成要素の熱の制御を申し分なく実施する。このような熱の制御は、有効かつ信頼性があって、補助手段の寿命と、乗員により求められる熱的快適性とを確保するものでなければならない。
・自動車運転の良好な連続性を保持するために、車室の空気の熱処理時に、バッテリの電力消費を制限する。
・補助手段の熱制御時に、バッテリの電力消費を制限する。
・流路は、ラジエータを含んでいる。
・流路は、内部コンデンサを含んでいる。
・第1の冷媒−熱媒熱交換器は、コンプレッサの出力に配置され、第2の冷媒−熱媒熱交換器は、コンプレッサの入力に配置されている。
・流路は、少なくとも1つの補助手段を含んでいる。
・補助手段は、バッテリ、推進または駆動システム、および/または電子装置を含んでいる。
・補助手段は、ポンプの出力に配置されている。
・流路は、空気−熱媒熱交換器を含んでいる。
・流路は、電気加熱装置を含んでいる。
・流路は、熱保存装置を含んでいる。
・第1および第2の冷媒−熱媒熱交換器は、熱保存装置に対して直列接続されている。
・熱保存装置は、第1の冷媒−熱媒熱交換器の入力に配置されている。
・第1および第2の冷媒−熱媒熱交換器は、熱保存装置に対して並列接続されている。
・流路は、追加ポンプを含んでいる。
・電気コンプレッサ4により作動される熱力学的な加熱または冷却サイクルを実現可能にするループ2と、
・この流路の各構成部品の間で冷気または熱を排出する流路20。
・ループ2が作動解除され(コンプレッサがOFF)るか、あるいは通常モードで動作する(エバポレータ14が主要空気流Fを冷却する)場合、前面ユニット100は、熱管理システム1により排出される熱の一部を外気流に向けて排出する。
・ループ2が「ヒートポンプ」モードで動作する場合、前面ユニットは、外部熱交換器8を供給するために外気流から熱を取り出す。
・「ヒートポンプ」モードの幾つかの動作段階で、前面ユニット100は、空気−熱媒熱交換器40を介して外気流に向かって熱を排出すると同時に、外部熱交換器8を介して外気流から熱を取り出す。こうした状況で、自動車の前部における空気−熱媒熱交換器40の存在により、外気流の循環方向から見て、ちょうど下流に配置された外部熱交換器8で、外気流に排出される熱の一部を回収することができる。これによって、同様に、外部熱交換器8の霜取りを行うことができる。
・幾つかの特定の動作モードでは、前面ユニット100が、熱管理システム1と外気流との間の熱交換を減らすことができる。
・内部で熱媒が循環し、外気流との熱交換を行う空気−熱媒熱交換器40。任意選択として、空気−熱媒熱交換器40は、1つのバルブと1つの迂回路とにより補完されることによって、幾つかの動作モードで熱媒と外気流との熱交換を低減する。動作モードに応じて、空気−熱媒熱交換器40は、熱管理システム1により取り出された温熱量を外気流に向かって排出し、その結果、熱媒を冷却する役割を果すか、あるいは、外気流から温熱量を取り出して熱媒を再加熱する役割を果たす。
・内部で冷媒が循環し、外部空気流との熱交換を行う外部熱交換器8。熱管理システム1の動作モードに応じて、この構成部品は、コンデンサ(通常モード)として作用するか、あるいはエバポレータ(「ヒートポンプ」モード)で作用する。
・外部空気流の流れの閉鎖装置60。この閉鎖装置60は、外部熱交換器8と空気−熱媒熱交換器40とを閉鎖する可動フラップを含んでいる。この装置は、幾つかの動作モードで作動させられて、外部空気流と前面の熱交換器との間で熱交換を低減する。これは、特に、外部熱交換器の霜取りの必要がある場合に行われる。
このシステムは、次の3つの機能を有する。
・吹き出される主要空気流の温度を外気温よりも下げるために、主要空気流Fを冷却する。
・吹き出される空気流の温度を外気温よりも上げるために、主要空気流Fを再加熱する。
・吹き出された空気の湿気の一部を凝縮させて湿度調整するために、主要空気流Fを連続して冷却および再加熱する。当該機能は、冷却または再加熱と組み合わせることができる。
・内部で冷媒が循環し、車室内に吹き出される主要空気流Fと熱交換するエバポレータ14。エバポレータ14の供給は、「ヒートポンプ」モードのいくつかの動作段階で冷媒供給を遮断できるように、1つのバルブと1つの迂流路とにより補完される。
・内部で熱媒が循環し、吹き出された主要空気流Fとの熱交換を行うラジエータ38。変形例として、ラジエータ38は、通常モードの幾つかの動作段階で熱媒供給を遮断できるように、1つのバルブと1つの迂回路とによって補完される。これにより、特に、通常モードで吹き出される主要空気流Fの妨害的な加熱を低減することができる。
・ラジエータ38の変形例では、換気、暖房、および/または空調システムが内部コンデンサ39を含んでいる。ラジエータを有する上記の第2のモードの上記のすべての変形例(流路20’が2つのポンプ22、44を含む)は、内部コンデンサ39を用いて適用可能であることに留意されたい。
・ラジエータ38で利用提供される熱に応じて、吹き出された主要空気流Fの加熱を保証もしくは補完する電気ヒータ42。この電気ヒータ42は、複数の抵抗素子を含んでいる。
・温度および流量を制御する流路20から供給することによって補助手段(バッテリ、自動車の推進もしくは駆動システム等)の温度調整をする。動作モードに応じて、自動車の走行中または自動車停止時の予備調整段階のときに、停止補助手段の各々を冷却もしくは加熱する。
・車室を再加熱するために、上記補助手段が失った温熱量を回収し、発電ユニット300を介してこれらの温熱量を有効利用する。こうした有効利用は、温熱量が直接ラジエータ38に送られるか、あるいは、「ヒートポンプ」モードでループ2の熱源として使用されるかに応じて直接または間接的に行われる。過渡的な動作モードでは、これらの温熱量の一部を熱保存装置28に貯蔵可能である。
・流路20の全体に熱媒を循環させるポンプ22。
・補助手段の各々を供給するために並列配置された管路網。
・各ダクトで熱媒の流量分布を調整し、また、熱管理システム1内で循環する熱媒の全体流量を調整するための、各ダクトに1つのバルブと、1つの迂回路および1つの追加バルブ。
・ループ2の熱力学的なサイクルにより、コンプレッサの電力より高い冷却または加熱出力を発生する。冷却出力は、エバポレータ14により主要空気流Fに伝達される。加熱出力は、熱媒に伝えられ、熱媒は、その後、ラジエータ38を介して主要空気流Fを再加熱する。加熱出力は、必要に応じて、熱媒の電気加熱装置34により補完される。
・利用可能な電力を最大化し、システムのエネルギー効率を最適化するために、ループ2と流路20との間の熱伝達を相互補助する。このような相互補助は、後述する5つの二次的な機能によって示される。ループ2の通常の動作モードでは、相互補助により、前面にある外部熱交換器8の上流に熱媒の第1の冷却段を設けることによって、コンプレッサの下流での冷媒の冷却容量を改善し、また、低温冷媒により熱媒を冷却可能にすることによって、補助手段の冷却容量を改善することができる。ループ2の「ヒートポンプ」モードでは、相互補助により、補助手段で回収された温熱量を「ヒートポンプ」モードでループ2が利用可能なエネルギー源として使用し、ループ2の動作モードがどのようなものであっても(通常モードまたは「ヒートポンプ」モード)、換気、暖房、および/または空調システムSの要求と補助手段の要求とに対して、同時に使用可能な加熱出力を供給可能であり、ループ2のBP位置(低圧−低温)とHP(高圧−高温)位置とで同時に冷媒と熱媒との熱交換を導入することにより、「内部熱交換器」または「IHX」タイプの付加的な熱交換器を導入する場合と同様に、熱力学的サイクルを変更することができる。その結果、上に挙げた数々の動作を補完するものとして、あるいは上記の動作とは独立して、熱交換温度を変更しながらサイクルのエネルギー性能を改善するためにこれを使用可能になる。
・冷熱量または温熱量の発生段階を、これらの冷熱量または温熱量の使用段階と切り離すことができる熱保存手段を配置する。熱保存手段は2つの補完的な機能を有し、すなわち、車両の停止時に外部電源に接続された熱管理システム1が発生する温熱量または冷熱量を貯蔵し、次いで、走行時には、電気消費を減らしながら車室、および/または補助手段に向けて方向付けられる主要空気流を冷却もしくは再加熱するために、これらの温熱量または冷熱量を再生する。こうした再生は、温度レベルが十分であれば、流路20を介して直接実施可能であり、あるいは、温度レベルが不十分であれば(または温度が高すぎる場合は)「ヒートポンプ」モード(または通常モード)で熱力学的サイクルのソース(またはウェル)として間接的に実施可能である。しかし、この再生は、「ヒートポンプ」サイクルのソース(またはウェル)として前面と外気流とを使用することよりも好ましい。他の補完的機能は、走行時に、ループ2の成績係数(COP)が高くて好ましいときにループ2の熱力学的サイクルで生じた余分な温熱量または冷熱量を一時的に貯蔵し、次いで、成績係数が低いかまたは好ましくないときにこれを再生して、走行全体において熱管理システム1の平均的な成績係数を改善することである。この機能は、前面の霜取り段階を管理するために特に有効である。外部熱交換器8の霜取りが必要な場合、外部で温熱量を取り出すためにこの熱交換器を使用することはできない。すなわち、霜取り段階の間は、発電ユニット300が熱保存装置28で一時的に強制換気をする。霜取り段階が終了すると、熱管理システム1が次の霜取り段階に準備するために余分な温熱量により再び熱保存を行う。総合的に、このような構成は、全面的に電気による加熱で霜取り時の熱不足を補う全く進歩のない解決方法に比べて、走行全体にわたる熱管理システム1の平均成績係数の面では有利である。
・ループ2の低温(通常モード)または高温(「ヒートポンプ」モード)を生成する熱力学的サイクルを形成するために冷媒の圧力および温度を設定する電気コンプレッサ4。
・ループ2の冷媒充填を管理し、コンプレッサのガス供給を安全化し、冷媒をフィルタリング可能なボンベ16。
・低圧低温および高圧高温で作動し、動作モードに応じて膨張装置または開放/閉鎖バルブとして作用するループ2のゾーンを管理する2つのバルブ。場合によってはバイパスバルブが形成される。
・ループ2の熱力学的サイクルが作動されている一方で主要空気流を冷却してはならない場合、「ヒートポンプ」モードで作動可能なエバポレータ14のバイパスバルブ36。
・動作モードに応じて、冷媒の冷却(通常モード)または熱媒の加熱(「ヒートポンプ」モード)に関与する第1の冷媒−熱媒熱交換器30。
・動作モードに応じて、流路20により排出される温熱量をヒートポンプの熱源として有効利用し、あるいは、補助手段を冷却するための熱媒の補完冷却を行う(通常モード)、第2の冷媒−熱媒熱交換器32。
・動作モードに応じて、熱管理システム1のさまざまな使用段階で温熱量または冷熱量を貯蔵または再生可能な、熱保存装置28。
・動作モードとエネルギー要求とに応じて、各熱交換器および熱保存装置28のバイパスを可能にする、流路20のバルブとバイパス路。
2 ループ
4 コンプレッサ
6 膨張装置
8 外部熱交換器
10 バルブ
12 第2の膨張装置
14 エバポレータ
16 ボンベ
20 流路
22 ポンプ
26 補助手段
28 熱保存装置
30 第1の冷媒−熱媒熱交換器
32 第2の冷媒−熱媒熱交換器
34 電気加熱装置
38 ラジエータ
39 内部コンデンサ
40 空気−熱媒熱交換器
44 補助ポンプ
Claims (14)
- 内部を冷媒が流れ、コンプレッサ(4)と、第1の膨張装置(6)と、外部熱交換器(8)と、エバポレータ(14)とを含むループ(2)を有し、また、内部を熱媒が流れ、少なくとも1つのポンプ(22)と、前記ループ(2)に接続された第1の冷媒−熱媒熱交換器(30)とを含む流路(20)を有する、自動車用の熱管理システム(1)であって、
前記流路(20)は、ループ(2)に接続される第2の冷媒−熱媒熱交換器(32)を含むことを特徴とするシステム。 - 前記流路は、ラジエータ(38)を含む、請求項1に記載の熱管理システム(1)。
- 前記流路は、内部コンデンサ(39)を含む、請求項1に記載の熱管理システム(1)。
- 前記第1の冷媒−熱媒熱交換器(30)は、前記コンプレッサ(4)の出力に配置され、前記第2の冷媒−熱媒熱交換器(32)は、前記コンプレッサ(4)の入力に配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱管理システム(1)。
- 前記流路(20)は、少なくとも1つの補助手段(26)を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱管理システム(1)。
- 前記補助手段(26)は、バッテリ、推進もしくは駆動システム、および/または電子装置を含む、請求項5に記載の熱管理システム(1)。
- 前記補助手段(26)は、ポンプ(22)の出力に配置されている、請求項5または6に記載の熱管理システム(1)。
- 前記流路(20)は、空気−熱媒熱交換器(40)を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱管理システム(1)。
- 前記流路(20)は、電気加熱装置(34)を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱管理システム(1)。
- 前記流路(20)は、熱保存装置(28)を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱管理システム(1)。
- 前記第1の冷媒−熱媒熱交換器(30)と、前記第2の冷媒−熱媒熱交換器(32)とは、前記熱保存装置(28)に対して直列接続されている、請求項10に記載の熱管理システム(1)。
- 前記熱保存装置(28)は、前記第1の冷媒−熱媒熱交換器(30)の入力に配置されている、請求項11に記載の熱管理システム(1)。
- 前記第1の冷媒−熱媒熱交換器(30)と、前記第2の冷媒−熱媒熱交換器(32)とは、前記熱保存装置(28)に対して並列接続されている、請求項10に記載の熱管理システム(1)。
- 前記流路(20)は、追加ポンプ(44)を含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の熱管理システム(1)。
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