JP2013542130A - エアコン装置を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】
適当な暖房出力及び効率を有する、冷房及び暖房のためのエアコン装置を備えた車両を提供すること。
【解決手段】
車両内部空間２へ流通する供給エアＩの暖房のためのエアコン装置を備えた車両であって、エアコン装置が、冷媒回路１３を介して駆動装置に熱的に接続された暖房熱交換器８と、追加熱交換器７とを備え、追加熱交換器７が、エアコン装置の冷媒回路へ接続されているとともに暖房運転において熱を供給エアＩへ放出する、前記車両において、追加熱交換器７が、少なくとも２列に、第１の熱交換器列３０及び第２の熱交換器列３１を備えて形成されており、第１の熱交換器列３０において凝縮された冷媒の過冷却がなされ、第２の熱交換器列（３１）において少なくとも冷媒の除熱及び場合によっては凝縮がなされるよう、これら両熱交換器列３０，３１がエア流通方向において設定されている。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく、エアコン装置を備えた車両に関するものである。

車両内部空間の暖房は、通常、例えば水が案内される冷媒回路を介して、例えば内燃機関の駆動装置の廃熱が供給される暖房熱交換器によってなされる。この暖房熱交換器には、通常、追炊き装置が割り当てられている。エアコン装置を備えた車両においては、この追炊き装置は、エアコン装置の冷媒回路に接続され、かつ、暖房運転において熱を車両内部空間へ流入する供給エアへ放出する凝縮器であってよい。

特許文献１には、エアコン装置を備えた一般タイプの車両が開示されている。暖房運転において、車両内部空間内へ流入する供給エアは、冷媒回路を介して駆動装置に熱的に接続された暖房熱交換器と、追加熱交換器とによって加熱される。追加熱交換器は、エアコン装置の冷媒回路に接続されている。追加熱交換器及び暖房熱交換器はエアが流通するエア処理装置内に配置されており、このエア処理装置から流出する暖気は、分配されて互いに分離された複数の、人間のいる場所への吐出口（Personenausstroemer）へ案内される。

将来的なディーゼルエンジン及びガソリンエンジンは、乗員室の暖房のために必要な熱を利用することができない。燃料バーナ又はＰＴＣのような追加的な加熱手段が必要である。より効率的で環境にやさしい手段は、現にあるエアコン装置及びその駆動部をヒートポンプモードにおいて使用することである。

切換弁の他に、追炊き装置として動作しつつエア処理装置内に収容された（verbaut）特に追加的な凝縮器が設けられている。

独国特許第１０２５３３５７号明細書

本発明の目的とするところは、適当な暖房出力及び効率を有する、冷房及び暖房のためのエアコン装置を備えた車両を提供することにある。さらに、追加的なヒートポンプ凝縮器は、該ヒートポンプ凝縮器から流出するエアが良好な均質性、すなわちここでも乗員に対する内部空間快適性に関する制御の質に良い影響を有する一定の温度分布を備えているべきである。

上記目的は、請求項１の特徴によって達成される。本発明の好ましい発展形態は、各従属請求項に開示されている。

請求項１の特徴部分によれば、追炊き装置としての追加熱交換器が、少なくとも２列に、第１の熱交換器列及び第２の熱交換器列を備えて形成されている。両熱交換器列と、冷媒回路に接続された暖房熱交換器とは流入する供給エアの流通方向において互いに直列に接続されており、使用に応じて、まず暖房熱交換器、次に追加熱交換器が配置されるか、又はまず追加熱交換器、接続部に暖房熱交換器が配置されている。追加熱交換器の２列の構成により、エア処理装置から流出し、かつ、暖気の流れ断面全体にわたって一定のエア温度を有する暖気流の流れパターンが生じる。したがって、２列の追加熱交換器によって案内されるメイン供給エア流はそれぞれ理想的な暖気温度を有する部分流に分割され、これにより、人間のいる場所への異なる吐出口において流出する暖気が信頼性をもってユーザ側で調整された暖気温度を有することになる。

さらに、両熱交換器列は、第１の熱交換器列において、エア流通方向で、凝縮された冷媒の過冷却がなされるよう互いに調整されている。これとは機能的に分離されて、第２の熱交換器列においては、少なくとも除熱及び場合によってはコンプレッサから供給される冷媒の凝縮がなされる。ここで、除熱とは、モリエ線図の飽和蒸気線へ至るまで冷媒を冷却することと理解すべきである。除熱／凝縮と過冷却を分離することにより、効率的なエア加熱及び均一なエア加熱が達成される。目標を定めた創意に富む、過冷却及び除熱／凝縮のための伝熱面（熱交換面）の分配により、冷房運転に比して高い凝縮温度が得られる。したがって、流入する供給エアへの追加熱交換器からの伝熱が同様に高められた、強制的な温度差がもたらされる。したがって、追加熱交換器及び暖房熱交換器から成る暖房装置は、極端な状況においても容易に熱要求をカバーすることが可能である。

上述のとおり、伝熱面の適当な分配を有する追加熱交換器の本発明による２列の構成により、エアコン装置のヒートポンププロセスにおける高められた凝縮温度が達成される。これにより、冷媒回路においても冷媒の使用を見出すことができ、この使用により、低減されたコンプレッサ出口温度あるいは凝縮温度を達成可能である。

両熱交換器列は、流れ技術的に集合管に接続されている。この集合管は、第２の熱交換器列から流出する液体状の冷媒を集め、この液体状の冷媒を第１の熱交換器列へ搬送するものである。ここで、この集合管は、好ましくは第１及び第２の熱交換器列それぞれの下側へ開口している。これにより、凝縮された冷媒を容易に集合管へ集めることが可能である。さらに、集合管は分離チャンバを備えており、この分離チャンバ内では、場合によってはまだ蒸気状の冷媒を液体状の冷媒から分離することができる。これにより、両熱交換器列の除熱／凝縮機能と過冷却機能の機能的な分離が達成される。なお、集合管は、受容器として形成されてもよい。さらに、集合管は、フラットパイプ又は二重パイプとして構成されることもできる。補足的に、集合管は、水平方向又は垂直方向に位置決めされることも可能である。

熱交換器の凝縮列における冷媒の凝縮温度の上昇は、好ましくは有効な凝縮面の削減により達成される。凝縮面のこのような削減により、冷媒回路のヒートポンプ運転において、追加熱交換器の凝縮列における本質的により高い凝縮圧が、適当に高められた凝縮温度によって現れることになる。

大きく減少された除熱／凝縮伝熱面と異なり、過冷却伝熱面は、本質的により大きく採寸されている。除熱のための伝熱面は、冷媒回路（内部の熱交換器付き又はなし）によってはほぼ無視できる。過冷却区間は、凝縮の伝熱面よりも何倍も大きいことが考えられる。このとき、除熱／凝縮と過冷却の間の伝熱面の比率は、７０／３０％〜１／９９％の間で変化し得る。このような設定において、充填量を所定のレベルに制限することができるよう、過冷却部分及び接続する管路の内部容積を特別に最小化することが重要である。上記伝熱面の比率は、１列の暖房熱交換器の前面に関するものである。

複数の平面において端面は同様であるため、複数列の構成においては、規格化された容積比率の導入が有意義である。伝熱平面の同様な面比率における複数の熱交換器に対する規格化された容積比率の導入においては（その他の場合には計算により適合する）、以下の構成：１５％の過冷却／８５％の凝縮〜９９％の過冷却／１％の凝縮が生じ得る。

熱交換器列の本発明による採寸とは異なり、エアコン装置の従来の凝縮器は、逆に、比較的大きな除熱／凝縮区間及び適当に減少された過冷却区間をおなえて設定されている（上述の面比率７０／３０％より大きい）。

流入する供給エアへの追加熱交換器からの効果的な伝熱のために、供給エアの流通方向において、まず追加熱交換器の過冷却列、つづいて除熱／凝縮列が配置されているのが好ましい。これにより、加熱されるべき供給エアは、まず対向流の原理において過冷却列において予熱され、つづいて除熱／凝縮列において出口温度にもたらされることが可能である。

追加熱交換器及び暖房熱交換器は、エアコン装置のエア処理装置の加熱装置を形成している。更に、エア処理装置は同様に冷媒回路に接続された蒸発器を備えており、この蒸発器は、冷房運転において、及び／又はエア除湿のために、流入する供給エアを冷却することが可能である。達成すべき暖房出力に依存して、供給エアの流通方向において、まず蒸発器、つづいて追加熱交換器、そして暖房熱交換器及び場合によってはＰＴＣ加熱要素がつづく。これに代えて、暖房熱交換器が蒸発器の下流に直接配置されることも可能である。この順番は、各使用に依存する。

設定によっては、両追加熱交換器列が冷媒入口／出口と共にそれぞれ単流路又は多流路に構成されてもよい。さらに、追加熱交換器は、特別な除熱列及び凝縮列並びに過冷却列を備えた３列式のものとして構成されることも可能である。

本発明によれば、適当な暖房出力及び効率を有する、冷房及び暖房のためのエアコン装置を備えた車両を提供することが可能である。

暖房運転様式の実行における原動機付き車両のエアコン装置の回路を示す図である。 冷房運転様式の実行における図１に対応する図である。 エアコン装置の暖房運転におけるヒートポンププロセスを一般的にモリエ線図において示したものである。

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２には原動機付き車両のエアコン装置が示されており、このエアコン装置により、車両内部空間２が冷房又は暖房され得るようになっている。図１に基づき車両内部空間２の暖房のための暖房運転様式が示されており、冷媒が流通する部分は、暖房運転様式において遮断された部分に対して太い線で強調されている。したがって、冷媒は、コンプレッサ３から好ましくは３ポート２位置切換弁を介して、矢印方向に追加熱交換器７へ延びる第１の高圧管路６へ案内される。追加熱交換器７は、点線で示唆されたエア処理装置において、このエア処理装置９のエア管路の内部に配置されており、このエア管路を通して供給エアＩが車両内部空間２内へ導入されるようになっている。エア処理装置９における加熱後、暖気は、例えば互いに分離された３つの暖気流Ｉ_ａ，Ｉ_ｂ，Ｉ_ｃとして異なる人間のいる場所への吐出口（例えば霜取り吐出口、エア吐出口、足元空間吐出口）へ案内される。

本発明に基づき少なくとも２つの列に構成された追加熱交換器７は、暖房熱交換器８と共に、供給エアＩが流通する暖房装置１０を形成している。ここで、暖房熱交換器８は、単に示唆のみされた冷媒回路１３において配置されており、この冷媒回路において、不図示の内燃機関において発生する廃熱が暖房熱交換器８へ案内され得るようになっている。

図１によれば、凝縮器として動作する２列の追加熱交換器７が第２の高圧管路１１及び３ポート２位置切換弁１２を介して、膨張要素１５の介装の下で低温側の熱交換器１７へ流れ技術的に接続されている。この低温側の熱交換器１７は、暖房運転様式においては外気から熱を奪う蒸発器として動作する。冷房運転時には、この熱交換器は、凝縮器の機能を果たすものである。この低温側の熱交換器１７は、下流における低圧管路１９によって圧縮機の吸込側まで案内されている。ここで、この低圧管路１９は、内部の熱交換器２１を介して案内されており、この内部の熱交換器内では、高圧側と、すなわち高圧管路１１から、熱交換を行うことが可能である。なお、低圧管路１９のコンプレッサ３の手前での直接的な接続も可能である。

図１に示すように、追加熱交換器７は、第１の熱交換器列３０及び第２の熱交換器列３１を備えている。これらは、互いに直列に接続されているとともに集合管３３を介して分離室３４と流れ技術的に互いに接続されている。本実施例において、集合管３３はそれぞれの底部側で第１及び第２の熱交換器列３１，３２に開口している。

本発明に基づき、両熱交換器列３１，３２は、下流方向に見て、第２の追加熱交換機３０において冷媒の除熱Ｅ及び凝縮Ｋがなされることができるように設定されている。また、これに対して、第１の熱交換器列３１においては、すでに凝縮された冷媒の過冷却Ｕがなされる。具体的な説明のために、図３にはモリエ線図におけるヒートポンププロセスが示されており、このモリエ線図には、除熱、凝縮及び過冷却というプロセスステップがそれぞれＥ，Ｋ及びＵで示されている。図示の線図は、例えば冷媒Ｒ１３４ａに関するものである。これによれば、冷媒のコンプレッサ出口温度Ｔ_ａは約９５℃であり、一方、第１の熱交換器列３０の凝縮Ｋは６０℃における凝縮温度Ｔ_Ｋとなっている。

本発明によれば、追加熱交換器７の過冷却列３１は、除熱／凝縮列３０の供給エアＩの流れ方向において手前に配置されている。これにより、エア処理装置９へ流入する供給エアＩは、対向流の原理において、過冷却列３１により予熱され、つづいて、凝縮／除熱列３０によってエア処理装置出口温度まで加熱される。できる限り高い凝縮温度Ｔ_Ｋを達成するために、除熱／凝縮列３０は、大きく低減された冷媒−エア−熱交換器面を備えて構成されている。気体状に第１の熱交換器列３０へ流入する冷媒は、高い凝縮圧において液化され、これにより、適当に高い凝縮温度Ｔ_Ｋが生じる。これにより達成された凝縮温度_ＴＫの上昇に比例して、熱交換器列３０と流通する供給エアＩの間の比較的大きく強制的な温度差が生じることになる。

集合管３３により、熱交換器列３０における除熱／凝縮と熱交換器列３１における過冷却の間の機能的な分離が達成される。集合管３３においては、第１の熱交換器列３０から流出する凝縮された冷媒が集められ、まだ気体状の冷媒を分離することが可能である。これにより、気体状の冷媒のみが過冷却列３１へ案内される。

図２にはエアコン装置の冷房運転様式が示されており、冷媒が流通する管路が太い線で強調されている。冷房運転様式においては、３ポート２位置切換弁５により、コンプレッサ３の下流側で、エア処理装置９における追加熱交換器７へ延びる管路６が遮断される一方、管路１９へ延びる中間配管２３は開放される。管路１９への分岐箇所において、カットオフバルブ２５が熱交換器１７からそれた側で閉鎖された切換位置にある。そのため、冷媒は、低温側の熱交換器１７へ案内され、この熱交換器は、冷房運転様式において凝縮器として熱を外気へ放出するものとなっている。

つづいて、冷媒は、膨張要素１５に対して平行に接続されたワンウェイバルブ２７、内部の熱交換器２１及び３ポート２位置切換弁１２を介して蒸発器２９へ案内される。この蒸発器２９には、膨張要素３１が手前に接続されている。蒸発器２９から流出する冷媒は、管路３６、内部の熱交換器２１及び管路１９を介してコンプレッサ３へ戻るよう案内される。

基本的には、このような思想を低温側の熱交換器の構造、冷房装置の凝縮器にも使用することが可能である。

暖房熱交換器８の機能は、ヒートポンプの運転態様によって適当に影響を受ける。エアを単にヒートポンプを介してのみ、又はヒートポンプ及びエンジン冷却回路を介してのみ加熱することができるが、これらのうち、図１には冷媒管路１３のみが示されている。追加熱交換器の運転態様は適当に区別されることができる。運転モードに応じて、出力への影響及びシステム全体の効率が採用される。

２ 車両内部空間
３ コンプレッサ
５ ３ポート２位置切換弁
６ 高圧管路
７ 追加熱交換器
８ 暖房熱交換器
９ エア処理装置
１０ 暖房装置
１１ 第２の高圧管路
１２ ３ポート２位置切換弁
１３ 冷媒回路
１５ 膨張要素
１７ 熱交換器
１９ 低圧管路
２１ 内部の熱交換器
２３ 中間配管
２５ カットオフバルブ
２７ ワンウェイバルブ
２９ 蒸発器
３０ 第１の熱交換器列
３１ 第２の熱交換器列
３３ 集合管
３４ 分離室
３６ 管路
Ｅ 除熱
Ｉ 供給エア
Ｉ_ａ 暖気流
Ｉ_ｂ 暖気流
Ｉ_ｃ 暖気流
Ｋ 凝縮
Ｔ_ａ コンプレッサ出口温度
Ｔ_Ｋ 凝縮温度
Ｕ 過冷却

Claims (10)

1. 車両内部空間（２）へ流通する供給エア（Ｉ）の暖房のためのエアコン装置を備えた車両であって、前記エアコン装置が、冷媒回路（１３）を介して駆動装置又はこれに類似のものに熱的に接続された暖房熱交換器（８）と、追加熱交換器（７）とを備え、該追加熱交換器が、前記エアコン装置の冷媒回路へ接続されているとともに暖房運転において熱を前記供給エア（Ｉ）へ放出する、前記車両において、
   前記追加熱交換器（７）が、少なくとも２列に、第１の熱交換器列（３０）及び第２の熱交換器列（３１）を備えて形成されており、前記第１の熱交換器列（３１）において凝縮された冷媒の過冷却がなされ、前記第２の熱交換器列（３０）において少なくとも冷媒の除熱及び場合によっては凝縮がなされるよう、これら両熱交換器列（３０，３１）がエア流通方向において設定されていることを特徴とする車両。
2. 前記両熱交換器列（３０，３１）が集合管（３３）に接続されており、該集合管が前記第１の熱交換器列（３０）から出る液体状の冷媒を集めるとともに前記第２の熱交換器列（３１）へ搬送することを特徴とする請求項１記載の車両。
3. 前記集合管（３３）が前記第１及び第２の熱交換器列（３０，３１）へ底面側で開口していることを特徴とする請求項２記載の車両。
4. 前記供給エア（Ｉ）の流通方向へ、まず前記追加熱交換器（７）の前記過冷却列（３１）が配置され、つづいて前記除熱／凝縮列（３０）が配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
5. 前記過冷却列（３１）が前記除熱／凝縮列（３０）よりも大きく採寸されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。
6. 前記過冷却列（３１）の熱交換面が前記除熱／凝縮列（３０）の熱交換器面に比して特に何倍も大きく、除熱／凝縮と過冷却の間の熱交換面比率が７０／３０％〜１／９９％で変化し、特に複数列の構成に対する規格化された容積比において、１５％の過冷却／８５％の凝縮から９９％の過冷却／１％の凝縮の比率が生じることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両。
7. 当該車両のエア処理装置（９）が、前記追加熱交換器（７）及び前記暖房熱交換器（８）で構成された暖房装置（１０）の他に、更に前記冷却回路において接続された蒸発器（２９）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両。
8. 前記追加熱交換器（７）が除熱列、凝縮列及び過冷却列の３列式に構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両。
9. 前記追加熱交換器列（３０，３１）のそれぞれが、冷媒入口及び冷媒出口を備えつつ１列式又は複数列式に構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両。
10. エンジン冷却回路（１３）の回路網と組み合わせた、請求項１〜９のいずれか１項に記載の車両におけるヒートポンプ回路網あるいは追加熱交換器。

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