JP2012505796A - 冷房及び暖房のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの圧縮機５、液体冷却凝縮器６および液体加熱蒸発器７を有する冷媒回路２と、２つの外部２次液体ベースの回路３、４とを備える、冷房及び暖房目的のための方法に関し、外部２次液体ベース回路３、４のうちの第１の回路３は、冷却又は暖房すべき空間に置かれた要素１３を備える。本発明は、ヒート・ポンプ動作中、凝縮器６が要素１３に供給される液体を加熱するように、２つの２次回路３、４が共通の単一の回路を形成するように結合され、その結果、要素１３が、主冷媒回路２、要素回路３、又は放熱器回路４の流れを交互／逆にさせずに、冷熱の代わりに熱を放出することによって達成される。

Description

本発明は、広く言えば、冷房及び暖房の目的のための閉冷媒回路を有し、少なくとも１つの凝縮器および蒸発器を備える圧縮機システムに関するものである。より詳しく言えば、車両の内部、特に商用車、例えば傾斜可能な運転室を有する車両の運転空間を冷房又は暖房するための方法及びシステムに関するものである。とりわけ、本発明は液体冷却凝縮器および蒸発器を備え、運転空間に高温又は低温の液体を運搬するための低圧回路を有する圧縮機システムに係るものである。

公知の車両空調システムは、通常、圧縮機と、車両の前方又は前方近くに置かれた空冷の凝縮器と、車両の運転室内のどこか、例えば計器パネル内又は計器パネルの下に置かれた蒸発器と、密封され加圧されたシステムを形成するようにこれらの構成部品を接続するパイプライン又はホースとを有し、通常は、膨張手段およびドライ・フィルタ又はアキュムレータも備える。多数の様々なガスが冷媒として使用できるが、Ｒ１３４ａが車両用途によく使用される。

傾斜可能な運転室を有する車両は、運転室内の冷却要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）を車両のエンジン・スペース内に通常置かれた冷房システムの他の必要な部品に接続できるように、より長いホース／ライン及び／又はより多くの接続部を必要とする。そのような空調（ＡＣ）システムでは、別の冷却ループ（いわゆる２次ループ）を使用することが有利であり、珍しいことではない。すなわち、伝熱媒体として液体を有する別の低圧冷却回路が液体による熱交換器を介して圧縮機システムの蒸発器に接続される。したがって、通常は水又は水とグリコールの混合物であるこの液体は、冷媒回路の蒸発器で冷却され、運転室まで、そして運転室に置かれた冷却要素までポンプ輸送され、この冷却要素がファンを使用して運転室の空気を冷却する。勿論、他の液体冷却剤を使用することも可能である。

したがって、このような種類のＡＣシステムは、普通は運転室内の空気を冷却するために使用され、他方、別の水系加熱システムが必要に応じて運転室の空気を暖めるために使用される。この別のシステムには、通常は車両のエンジンからの温水／冷却水が供給される。しかしエンジンのスイッチが切られてしばらくすると、この冷却水は最早どのような温水も運転室要素にポンプ輸送することができない位に冷却され、結果として運転室の空気を最早暖かに維持することができなくなるであろう。重車両のエンジンは暖気運転を必要とする大きな質量を有し、この冷却水の容量だけで１００リットルにもなる可能性がある。したがって、エンジンがスタートした後でさえ、その冷却水が運転室の空気を暖めるために効果的に使用できるような温度に到達するにはかなり長い時間が掛かる。エンジンが無負荷で作動すると、冷却水の温度も暖房目的のために水が使用できなくなるほど低下する場合もある。これらの理由のために、必要な場合に迅速に熱を発生させることができるヒート・ポンプを代わりに使用することが有利である。圧縮機システムの冷媒回路は、通常、スタート後殆ど直ちに冷熱及び熱を発生させ、わずか数リットルの液体を収容する外部冷房回路によって、数分程度内で、迅速に熱／冷熱の発生を開始させることができる。

経済的及びスペース的な理由のために車両の構成部品の数を増やさないことが望ましいので、既存のＡＣシステムをヒート・ポンプとしても使用できれば有利である。例えば、これは、冷媒回路内の流れを逆にすることによって行うことができる。これに伴う問題点は、冷媒回路を逆にすること、すなわち冷媒の流れの方向を変更することは、凝縮器は蒸発器として余り良く機能せず、蒸発器は凝縮器として余り良く機能しないので、完全に効率的ではないであろうことである。システムの全体効率は損なわれるであろう。

ヒート・ポンプとして作動することもできるＡＣシステムによって、例えば傾斜可能な運転室を暖めるための様々なシステム及び解決策が従来技術にある。

国際出願第２００７／１０７５３５号は、車両運転室に嵌合された２つの蒸発器又は凝縮器を有するシステムを示す。ゼロ、１つ又は複数のいずれかが凝縮器として機能し、他が蒸発器として機能するように選択が可能である。したがって、このＡＣシステムは運転室内の空気を冷却、暖房又は乾燥させることができる。この機器は、相対的に複雑であり、流れは冷媒側で、すなわち加圧された冷媒回路内で変更される。

米国特許第６９２８８３１号は、車両で冷房システム及びヒート・ポンプの両方として使用可能な、組み合わされた凝縮器／ガス冷却器および蒸発器を有するＡＣシステムを記載する。一方向弁「１１８」がユニット「１４１」と「１４２」を接続する。エンジンの冷却水がヒート・ポンプ用の熱源として使用され、流れは冷媒側で変更される。この発明は、前述の国際出願第２００７／１０７５３５号と類似である。

したがって従来技術は、車両内の圧縮機システムがどのように、例えば運転室の冷房及び暖房の両方用に効果的に使用できるかを示していない。

国際出願第２００７／１０７５３５号パンフレット 米国特許第６９２８８３１号明細書

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、同じ冷媒を冷房及び暖房の両方に使用し、冷媒回路内で流れを変更又は逆にしないで、例えば車両運転室の効果的な冷房及び／又は暖房を行うための方法及びシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、冷房／暖房システムの構成部品の数を増やさず、車両に収容することが容易な単純でコンパクトな解決策を提供することである。

これらの及び別の利点は、請求項１及び請求項６に記載された構成を有する方法及びシステムによって、本発明により達成される。

本発明は、冷媒回路の凝縮器が車両の運転空間内の部材に供給される液体を暖め、冷媒回路の蒸発器がこの部材から放出された液体を冷却するように、互いに接続されたシステムの外部低圧回路によって主として達成される。

本発明は、冷熱又は熱のいずれがシステムから供給され、例えば車両の運転空間に伝達されるべきか否かに関わらず、規定の方式で動作することができ、それによって温水又は冷水のいずれを生じさせるべきかに関わらず、凝縮器及び蒸発器が単純に凝縮器及び蒸発器として使用される冷媒回路を有する。実際、凝縮器は凝縮器として最も効率的に機能し、蒸発器が蒸発器として最も効率的に機能するように構成される。

本発明は、冷媒回路の蒸発器内で冷却された液体の代わりに、冷媒回路の凝縮器によって加熱された液体を運転室要素にポンプ輸送できるように、システムの２次回路の流れがＡＣ動作とヒート・ポンプ動作との間で切り換えられることが可能である。

本発明は、どのような回路内の流れの主方向も変更せずに共通の単一の回路を形成するように、流れ切り換えスイッチを介して、ヒート・ポンプ動作用に結合された２つの２次回路によって達成される。

本発明の他の特徴及び利点は、以下に提示される本発明のより詳細な記載及び添付の図面及び他の特許請求の範囲によって示される。

本発明を、添付の図面を参照していくつかの好ましい実施実例の形態でより詳細に以下で説明する。

それぞれ冷房及び余剰の熱の放出のための２つの外部の閉じた別個の液体による回路を有する、本発明圧縮機システムの概略図。 運転空間に冷熱の代わりに熱を供給することができる目標物と直列に再接続された外部２次回路を有する、図１による本発明圧縮機システムの概略図。 低圧放熱器が２者択一的に構成された弁を使用してバイパスされるヒート・ポンプ動作のための、図２による本発明による圧縮機システムの概略図。

図１は、ＡＣ動作用に接続された本発明による圧縮機システム１を示す。この圧縮機システム１は、この場合は３つの別個の相異なる閉回路、すなわち主冷媒回路２、要素回路３、および放熱器回路４を有する。

主冷媒回路２は密封された回路であり、圧力下で冷媒、ガスで動作する。この冷媒回路２は、圧縮機５、凝縮器６、蒸発器７、ドライ・フィルタ８、および膨張手段９を備え、これらの構成部品は互いにホース・システム又はパイプライン・システムによって接続される。凝縮器６で熱が放出され、蒸発器７で熱が吸収される。

蒸発器７及び凝縮器６は、それぞれの液体主体の熱交換器１０、１１とそれぞれ組立てられ、蒸発器７は要素回路３の液体によって加熱され、凝縮器６は放熱器回路４内の液体によって冷却される。

要素回路３は、蒸発器７と組立てられた熱交換器１０だけでなく第１の低圧ポンプ１２及び要素１３を備え、液体を伴って比較的低圧で動作する。要素１３は暖房又は冷房すべき空間内に、例えば車両の内部又は運転室内に置かれる。図示しないファンによって空気が要素１３を介して吹き込まれ、通過した空気は液体の温度によって暖められ、又は冷却される。したがって、運転室内のこの空気は、例えば事前設定温度に維持される。

放熱器回路４は、低圧ポンプ１４、冷媒回路の凝縮器６と組立てられた熱交換器１１、および低温放熱器１５を備える。放熱器１５は通常は空気冷却され、車両が動いている際に環境への熱交換が起きることができるように、車両移動によって生じる吸気が放熱器１５を通る空気流を作り出すことを助けることができる車両の前方近くに置かれる。エンジンのファン・システムも、放熱器１５を通って空気を送るために使用できる。

流れ切り換えスイッチ１６、例えば２位置４方向弁１６ａは、圧縮機システム１内の冷却剤の流れを制御するようになされている。この実施実例では、弁１６ａは、ばね１７の作用に抗してその２つの位置の間で物理的に／手動で切り換えることができ、又は例えば車両の計器パネルに置かれた図示しない電気回路遮断器を介して電気機械的に切り換えることができる。

ここではこの弁１６ａは第１の機能位置にあり、全ての回路２、３、４が互いに別々で相異なる、それぞれの回路２、３、４の流れはそれぞれの圧縮機又はポンプ５、１２、１４によって矢印の方向に供給されている。

冷媒回路２の流れは圧縮機５によって与えられ、圧縮機５から凝縮器６を通り、そこで熱が放出され、ドライ・フィルタ８及び膨張手段９を介して蒸発器７に移動し、そこで熱が吸収され、その後圧縮機５に戻る。

要素回路３の流れはポンプ１２によって与えられ、ポンプ１２から例えば車両の運転室に置くことができる要素１３を通過し、そこで熱が吸収され、冷媒回路の蒸発器７と一体化された熱交換器１０まで進み、そこで熱が放出され、弁１６ａを介してポンプ１２に戻る。

放熱器回路４の流れはポンプ１４によって与えられ、冷媒回路の凝縮器６と一体化された熱交換器１１を介して移動し、そこで熱が吸収され、弁１６ａを介して放熱器１５まで進み、そこで余剰の熱が環境に放出される。

図２は図１と同じシステムを示すが、流れ切り換えスイッチ、すなわち弁１６ａはヒート・ポンプ動作のためにその第２の機能位置にあり、それによって弁１６ａを通る流れが交差する。したがって、この流れは、２次回路、すなわち図１の要素回路３及び放熱器回路４が共通の単一の回路を形成するように結合されるように変更される。ここでは当初の２つの回路の構成部品は、流れに関して互いに直列になり、ポンプ１２、１４は単一の流れで互いに協働する。しかし、主冷媒回路２は、流れが通常の／規定の方式で進むので全く影響を受けない。ＡＣ動作中、回路３、４の当初の流れに対し、結合された回路内の流れの方向にも変化は全く存在しない。弁１６ａの第２の機能位置で形成されるこの回路は、ポンプ１４からの流れを、熱交換器１１を通り、弁１６ａを通り、ポンプ１２、要素１３、熱交換器１０に向かって運び、再び弁１６ａを介して放熱器１５を通り、ポンプ１４に戻る。

図３は、本発明による圧縮機システム１の別の代替実施例を示す。圧縮機システム１がヒート・ポンプとして作動する際に蒸発器７から多くの熱量（パワー）が抽出されると、冷却剤はより冷たくなり、冷媒回路２の低圧は低くなるであろう。この状況では放熱器１５の冷却剤は、放熱器１５の周囲温度よりも冷たくなるので、暖められるであろう。低温は結果として冷媒回路２の圧が低く、質量流れが低くなり、これは余り望ましくない。蒸発器７から少ない熱量しか抽出されない場合は、この低圧は上昇し、冷媒回路の高圧が対応して上昇するであろう。これは結果としてより凝縮器６が暖かに、かつ熱交換器１１を出る液体が暖かになり、これは車両運転室が暖房を必要とする場合に望ましい。逆に蒸発器７の熱交換器１０を出る液体が周囲よりも暖かい場合は、このエネルギは放熱器１５で冷やされ除かれるであろう。したがって、放熱器１５をバイパスさせることによって、システム内のエネルギの一部分は保持され、圧力は徐々に上昇することができる。別の流れ切り換えスイッチ、例えば別の接続経路を備える弁１６ｂを使用して、放熱器１５を回路から切り離すことが可能になる。そのような場合、ホース又はパイプラインは弁１６ｂから直接に放熱器回路のポンプ１４の吸い込み側に接続される。放熱器１５をバイパスさせることによって、凝縮器６の熱交換器１１の後方で温度を上昇させるために液体を漸次暖めることが可能になり、それによってシステムにより多くのパワーを実現することができる。液体が戻り方向で放熱器１５に到達することを防止するために逆止弁１７を場合によっては使用することができる。

低圧回路３、４内の液体が暖まると、それは膨張し、したがって何らかの形態の膨張タンクをシステムに接続することが必要である。この回路からの空気又はガスも、排気させる必要がある可能性がある。したがって、この２つの回路３、４を小さな直径のホース又はパイプラインによって膨張タンクに接続することができることが有利である。この２つの回路３、４のために共通の単一の膨張タンクを使用することは完全に可能である。これは従来技術であり、ここでは詳細に参照又は説明しない。

上記で本発明は様々な好ましい実施例に対して説明されている。勿論、本発明は、これらの実施例に限定されず、それらは例示としてのみ見なすべきである。したがって、本発明の他の変形形態も添付の特許請求の範囲の下の保護範囲内で完全に可能である。したがって、この冷媒回路が１つ又は複数の内部熱交換器を備えることも可能である。この蒸発器及び凝縮器が、冷房及び暖房目的のために暖かな液体及び冷たい液体の両方を供給できるコンパクトなユニットを形成する目的で、互いに組立てられることも可能である。勿論、この流れ切り換えスイッチは、回路の流れを制御するために様々な方式に構成することができる。例えば弁が、１つの位置ではそれぞれの回路が別個であり、第２の位置ではこの回路が一緒に直列に接続され、放熱器がこの回路の一部分であり、第３の位置ではこの回路が直列に接続されるが、放熱器がバイパスされるような方式で流れを制御できるように、３つの位置を有することも考えられる。

Claims (6)

1. 組み合わされた冷房用及び暖房用のシステムであって、該システムが、
   少なくとも１つの圧縮機（５）、液体冷却凝縮器（６）、及び液体加熱蒸発器（７）を有する冷媒回路（２）と、
   ２つの外部２次回路（３、４）、すなわち要素回路（３）及び放熱器回路（４）とを備え、
   前記要素回路（３）が冷却又は暖房すべき空間に置かれた要素（１３）を備え、
   それによって前記要素回路（３）及び前記放熱器回路（４）がＡＣ動作中、互いに分離された流れを伴う別個の回路を構成する、前記システムにおいて、
   流れ切り換えスイッチ（１６）が前記要素回路（３）と前記放熱器回路（４）とをヒート・ポンプ動作のために接続するようになされており、それにより前記冷媒回路（２）の前記凝縮器（６）が前記要素（１３）に供給される液体を暖め、前記冷媒回路（２）の前記蒸発器（７）が前記要素（１３）から放出された液体を冷却するようになっており、
   前記流れ切り換えスイッチ（１６）が弁（１６ａ、１６ｂ）の形態を取り、前記弁（１６ｂ）は、前記放熱器（４ｂ）の流れが前記放熱器（１５）をバイパスするようになされていることを特徴とする、システム。
2. 前記流れ切り換えスイッチ（１６）が、ヒート・ポンプ動作のために前記要素回路（１３）と前記放熱器回路（４）とを接続して、前記要素回路（１３）及び前記放熱器回路（４）が共通の流れを有する単一の回路を形成するようになされていることを特徴とする、請求項１に記載されたシステム。
3. 前記要素（１３）が、ヒート・ポンプ動作中、前記冷媒回路（２）の流れの方向の変更を伴わずに、熱を放出するようになされていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載されたシステム。
4. 前記要素（１３）が、ヒート・ポンプ動作中、前記圧縮機（５）及びポンプ（１２、１４）を通る流れの方向の変更を伴わずに熱を放出するようになされていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載されたシステム。
5. 前記流れ切り換えスイッチ（１６）が、ヒート・ポンプ動作中、前記要素回路（３）及び前記放熱器回路（４）を直列に接続するようになされていることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載されたシステム。
6. 前記弁（１６ａ）が２位置４方向型の弁であることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載されたシステム。

Images