JP2013545650A - 電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品の空調装置および空調方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調するための空調装置（１）を提供する。前記空調装置（１）は作動媒体をそれぞれ有している複数の流体循環路（８１，８２，８３，８４，８５）を有しており、かつ、電動輸送機器を加熱および冷却するように構成されており、第１の流体循環路（８１）は電動輸送機器の内部空間を第１の熱交換器（３１）を介して加熱するように構成されており、第２の流体循環路（８２）は第１の気化器（２１）を加熱するように構成されており、第３の流体循環路（８３）は電動輸送機器の内部空間を加熱または冷却するように構成されており、第４の流体循環路（８４）は電動輸送機器の内部空間を第１の熱交換器（３１）を介して加熱するように構成されており、第５の流体循環路（８５）は電動輸送機器の少なくとも１つの部品の熱源（２，３）を冷却するように構成されている。

Description

本発明は、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品の空調装置および空調方法に関する。

従来技術
ＤＥ１９６０９０４８Ｃ２号に、自動車用の暖房装置および空調装置が記載されている。この文献では、上記の暖房装置および空調装置は第１の流体回路を有している。この流体回路は、熱交換部と、ポンプと、流体を加熱するための熱源とを含んでいる。ここでこの熱交換部には二次側で空気が供給され、空気流を形成するための送風機が設けられている。さらに、上述した暖房装置および空調装置は冷却回路を有している。この冷却回路は、気化器と、コンデンサと、コンプレッサと、制御機器とを有している。この制御機器は、温度センサの少なくとも１つの信号と調整可能な目標値とに依存して冷却回路を調整する。上述の暖房装置および空調装置はさらに、内部に蓄熱器およびポンプが配置されている弁手段を介して第１の流体回路に接続可能な第２の流体回路を含んでいる。ここで第１の流体回路内の熱源は、車両の動作に依存しない暖房装置である。この暖房装置は、熱交換部を流れる空気を加熱するため、および／または、蓄熱器に加熱エネルギーをチャージするために用いられる。ここで冷却回路の気化器は第２の流体回路を用いて熱交換部と熱結合可能であり、蓄熱器に冷却エネルギーをチャージするために用いられる。

発明の開示
従って、本発明の課題は、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品の空調装置および空調方法に関する。これは多岐に使用可能であり、容易に、種々の要求に合わせられる。

上述の課題は、請求項１の特徴部分に記載された、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調する空調装置によって解決される、および、請求項９に記載された、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調する方法によって解決される。

これに相応して本発明では、空調装置および電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調する方法が提供される。ここで、この空調装置は、各作動媒体を有する複数の流体循環路を有しており、電動輸送機器を加熱および冷却するように構成されている。ここで第１の流体循環路は第１のポンプから、熱源を介して、さらに四方弁および第１の熱交換器を介して、さらに第３の熱交換器を介しておよび第１の三方弁を介して、再び第１のポンプに戻るように接続可能であり、第１の熱交換器を介して電動輸送機器の内部空間を加熱するように構成されている。第２の流体循環路は、第１のポンプから、熱源を介して、さらに四方弁および第１の気化器を備えた第２の熱交換器を介して再び第１のモーター駆動式ポンプに戻るように接続可能であり、第１の気化器を加熱するように構成されている。第３の流体循環路は、第２の熱交換器の第１の気化器から、内部の熱交換器を介して、さらにコンプレッサと第２のポンプを介して、第２の気化器を伴う第３の熱交換器を介して、スプリング逆止弁を介して、さらに、内部の熱交換器および第１の絞り弁を介して、さらに第１の位置にある第２の三方弁を介して再び第２の熱交換器に戻るように接続可能であり、第３の熱交換器を加熱するように構成されている。ここでこの第３の流体循環路は、第２の位置にある第２の三方弁と、開放されている直通弁を伴って、第５の熱交換器をスプリング逆止弁の代わりに、かつ、第４の熱交換器を第２の熱交換器の代わりに有し、第４の熱交換器を介して電動輸送機器の内部空間を冷却するように構成されている。第４の流体循環路は、第３の熱交換器から、第１の三方弁と第３のポンプを介して、第１の熱交換器を通過して、第３の熱交換器に戻るように接続されており、第３の流体循環路から第３の熱交換器を介して受信された熱エネルギーを用いて、電動輸送機器の内部空間を第１の熱交換器を介して加熱するように構成されている。ここで第５の流体循環路は、第１のモーター駆動式ポンプから、熱源を介して、さらに、四方弁および第６の熱交換器を介してさらに、第２の熱交換器を介して、再び、第１のモーター駆動式ポンプに戻るように接続されており、電動輸送機器の少なくとも１つの部品の熱源を冷却するように構成されている。

本発明のアイディアは、電動輸送機器の最適な空調を、電動輸送機器内の熱源を有効利用することによって実現することである。これは、空調装置が適応して使用可能な流体循環路を使用することによって行われる。

発明の利点
本発明の利点は、電動輸送機器の部品の廃熱を利用することおよび／または熱源としてサーマルマスを使用することによる、空調装置の効率的な動作である。この空調装置によって、必要な温度レベルと比べて低い温度レベルを有する熱源も使用可能になる。さらに、空調装置の凍結も回避される。なぜなら、電動輸送機器の部品の廃熱および／またはサーマルマスが使用されるからである。さらに空調装置のコンポーネントの負荷は低減される。なぜなら、動作温度が比較的低い場合に空調装置の熱交換器が作動し、これによって、熱負荷が熱交換器および空調装置に作用せず、空調装置が、冷媒によって動作する流体循環路高圧領域を有していないからである。

各従属請求項において、本発明の各構成要件の有利な発展形態および改良形態が記載されている。

有利な発展形態では、空調装置の熱源は、電動輸送機器の電動機、パワーエレクトロニクスおよび／またはトラクションバッテリーのサーマルマスを有している。

別の有利な発展形態では、空調装置の第１および／または第２および／または第３および／または第４の流体循環路は、作動媒体として循環路内を循環する冷媒を有している冷媒循環路として構成されている。この場合には、相応するポンプが、作動媒体を循環させるために設けられている。

別の有利な実施形態では、空調装置の第２の熱交換器および／または第３の熱交換器がおよび／または内部の熱交換器は、交差対向流式熱交換器として構成されている。

別の有利な実施形態では、空調装置の第１および／または第４の熱交換器および／または第５の熱交換器および／または第６の熱交換器は、付加的にファンが取り付けられたアクティブな熱交換器として構成されている。

別の有利な発展形態では、電動輸送機器の、空調されるべき少なくとも１つの部品は、有利な温度範囲において作動されるべき、電動輸送機器の電気的なエネルギー蓄積器を含んでいる。

別の有利な発展形態では、空調装置は、第３の流体循環路において、さらなる第２の絞り弁を有している。これによって第２の熱交換器と第４の熱交換器に異なる作動圧力を有する作動媒体を供給することが可能になり、電動輸送機器の内部空間の加熱および／または冷却と除湿とを同時に行うことができる。

別の、有利な発展形態では、空調装置の熱源として、低い温度を備えた、電動輸送機器の車体、シャシーまたは可動部分のサーマルマスが設けられる。これによって間接的に、電動輸送機器を循環する空気も熱源として使用することが可能になる。

有利な発展形態では、この方法において、第３の流体循環路は、二酸化炭素、特に有利には冷媒Ｒ７４４が入れられている、冷媒循環路として動作される。

本発明の実施例を図示し、以下の明細書でより詳細に説明する。

本発明の１つの実施形態に即した、空調装置の構造の概略図 本発明の別の実施形態に即した、２つの拡張機構を備えた、空調装置の構造の概略図 本発明の別の実施形態に即した、第１の流体循環路の弁の、示された弁位置を伴う、空調装置の流れの概略図 本発明の別の実施形態に即した、第２、第３および第４の流体循環路の弁の、示された別の弁位置を伴う、空調装置の流れの概略図 本発明の別の実施形態に即した、第３および第５の流体循環路の弁の、示された別の弁位置を伴う、空調装置の流れの概略図

図面において、同じ参照符号は、同一の部品または機能的に同じ部品を示している。

図１は、本発明の１つの実施形態に即した空調装置１の構造の概略図を示している。この空調装置１は、例えば、熱源である電動機３を備えたパワーエレクトロニクス２を含んでいる。ここで電動輸送機器の別のサーマルマスも熱源として使用可能であり、これは例えばバッテリーである。四方弁１０と第１の三方弁１１並びに第２の三方弁１２は、各流体循環路８１〜８５を通る作動媒体の制御に用いられる。第１の流体循環路８１は、第１のポンプ６１から、熱源２、３、さらに２つの可能な位置のうちの第１の位置にある四方弁１０を通って、かつ第１の熱交換器３１を介して、さらに第３の熱交換器３３および第１の三方弁１１を介して再び、第１のポンプ６１に戻る。第２の流体循環路８２は、有利には、第１のポンプ６１から、熱源２、３を介して、さらに四方弁１０および第１の気化器２１を備えた第２の熱交換器３２を介して、再び、第１のモーター駆動式ポンプ６１に戻る。第３の流体循環路８３は、第２の熱交換器３２の第１の気化器２１から、内部の熱交換器３７を介して、さらにコンプレッサ５１と第２のポンプ６２を介して、第２の気化器２２を伴う第３の熱交換器３３を介して、スプリング逆止弁４２を介して、さらに、内部の熱交換器３７と第１の絞り弁４３を介して、さらに第１の位置にある第２の三方弁１２を介して再び第２の熱交換器３２に戻る。第３の流体循環路８３はさらに、第２の位置にある第２の三方弁１２と、開放されている直通弁４１を伴い、第５の熱交換器３５をスプリング逆止弁４２の代わりに含み、かつ、第３の気化器２３を備えている第４の熱交換器３４を第２の熱交換器３２の代わりに有する。第２の三方弁１２の第２の位置によって、第３の冷却循環路８３は、第４の熱交換器３４を介した電動輸送機器の内部空間の冷却をもたらす。ここでこの冷却作用は、第２のファン７２によって強められる。この第２のファン７２は、第４の熱交換器３４および／または第１の熱交換器３１に取り付けられている。第４の流体循環路８４は、第３の熱交換器３３から、第１の三方弁１１と第３のポンプ６３を介して、第１の熱交換器３１を通って、第３の熱交換器３３に戻る。第４の流体循環路８４は、電動輸送機器の内部空間を第１の熱交換器３１を介して加熱するために用いられる。ここで有利には、第１の熱交換器３１に取り付けられているファン７２は、第１の熱交換器３１から電動輸送機器の内部空間への熱搬送を加速するために動作する。第５の流体循環路８５は、第１のポンプ６１から、熱源２、３を介して、さらに四方弁１０および第１のファン７１が設けられている第６の熱交換器３６を介して、さらに第２の熱交換器３２を介して、再び、第１のモーター駆動式ポンプ６１に戻る。第５の流体循環路８５は、電気的なエネルギー蓄積部等の電動輸送機器の部品、電動機、またはパワーエレクトロニクス等の電動輸送機器の別の熱放出部品を冷却するために設けられている。

図２は、本発明のさらなる実施形態に即している、２つの拡張機構を有する構造の概略図を示している。図２は、図１と同じ参照符号を用いて実質的に同一の部品を示している。図２では付加的に、２つの拡張機構を備えた空調装置の図示の実施形態によって、除湿と同時に加熱または冷却を行うさらなる機能を提供することができる、ということが示されている。２つの拡張機構または絞り弁４３、４４を使用することによって、殊に、電動輸送機器の内部空間内に供給された空気の湿気を取ることができる。熱ポンピング装置２０の第１の絞り弁４３および第２の絞り弁４４を使用して、空調装置１の構造に相応して、第１の熱交換器３１および第４熱交換器３４によって、２つの異なる温度値を第１の熱交換器３１および第４の熱交換器３４で調整することが可能であるので、第４の熱交換器３４の温度値と比較して、第１の熱交換器３１の温度が低い場合には、流入する空気の湿気を、第１の熱交換器３１で液化することができる。ここで電動輸送機器の内部空間内に流入された空気の湿気の値は低減される。これは、電動輸送機器の内部空間内に供給された空気の温度調整のために熱交換器を１つだけ使用する場合であろう。

図３は、本発明の別の実施形態に即した、第１の流体循環路８１の弁の示された弁位置を伴う、空調装置１の流れの概略図を示している。図３は実質的に、図１と同じ参照符号を用いて、実質的に同一のコンポーネントを示している。図３では付加的に、第１の位置にある四方弁１０と、第１の位置にある第１の三方弁１１が、使用されている弁位置によって第１の流体循環路８１を形成し得ることが示されている。この第１の流体循環路は、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を加熱するために用いられる。

図４は、本発明の別の実施形態に即した、第２、第３および第４の流体循環路の弁の示された別の弁位置を伴う、空調装置１の構造の概略図を示している。図４は、実質的に、図１と同じ参照符号を用いて、同一のコンポーネントを示している。図４では付加的に、次のことが示されている：第２の三方弁１２は、第１の位置において、第３の流体循環路８３を第２の流体循環路８２と、第２の熱交換器３２を介して接続する。四方弁１０は、第２の位置で、第２の流体循環路８２を形成する。第１の三方弁１１は第２の位置で、第４の流体循環路８４を構成する。

図５は、本発明の別の実施形態に即した、第３および第５の流体循環路の弁の、別の示された別の弁位置を伴う、空調装置の構造の概略図を示している。図５は実質的に、図１と同じ参照符号を用いて、同一のコンポーネントを示している。図５では付加的に、次のことが示されている：第３の位置にある四方弁１０は第５の流体循環路８５を形成する。第２の位置における第２の三方弁１２は、第３の流体循環路８３を第４の熱交換器３４と接続する。これによって、電動輸送機器の内部空間の冷却が実現される。

本発明を、有利な実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されず、別の方法でも実施可能である。

Claims (10)

1. 電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調するための空調装置（１）であって、
   前記空調装置（１）は作動媒体をそれぞれ備えた複数の流体循環路（８１，８２，８３，８４，８５）を有しており、かつ、前記電動輸送機器を加熱および冷却するように構成されており、
   第１の流体循環路（８１）は、第１のポンプ（６１）から、熱源（２，３）と、四方弁（１０）と、第１の熱交換器（３１）と、第３の熱交換器（３３）と、第１の三方弁（１１）とを介して、再び前記第１のポンプ（６１）に戻るように接続され、かつ、前記電動輸送機器の内部空間を、前記第１の熱交換器（３１）を介して加熱するように構成されており、
   第２の流体循環路（８２）は、前記第１のポンプ（６１）から、前記熱源（２，３）と、前記四方弁（１０）と、第１の気化器（２１）を備えた第２の熱交換器（３２）とを介して、再び前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）に戻るように接続され、前記第１の気化器（２１）を加熱するように構成されており、
   第３の流体循環路（８３）は、前記第２の熱交換器（３２）の前記第１の気化器（２１）から、内部の熱交換器（３７）と、コンプレッサ（５１）と、第２のポンプ（６２）と、第２の気化器（２２）を伴う第３の熱交換器（３３）と、スプリング逆止弁（４２）と、前記内部の熱交換器（３７）と、第１の絞り弁（４３）と、第１の位置にある第２の三方弁（１２）とを介して、再び前記第２の熱交換器（３２）に戻るように接続され、前記第３の熱交換器（３３）を加熱するように構成されており、
   前記第３の流体循環路（８３）は、第２の位置にある前記第２の三方弁（１２）と、開放されている直通弁（４１）とを伴い、第５の熱交換器（３５）を前記スプリング逆止弁（４２）の代わりに含み、かつ、第４の熱交換器（３４）を前記第２の熱交換器（３２）の代わりに有しており、かつ、前記第４の熱交換器（３４）を介して前記電動輸送機器の内部空間を冷却するように構成されており、
   第４の流体循環路（８４）は、前記第３の熱交換器（３３）から、前記第１の三方弁（１１）と第３のポンプ（６３）とを介して、前記第１の熱交換器（３１）を通って、前記第３の熱交換器（３３）に戻るように接続され、かつ、前記第３の流体循環路（８３）から、前記第３の熱交換器（３３）を介して受け取った加熱エネルギーを用いて、前記電動輸送機器の内部空間を前記第１の熱交換器（３１）を介して加熱するように構成されており、
   第５の流体循環路（８５）は、前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）から、前記熱源（２，３）と、前記四方弁（１０）と、第６の熱交換器（３６）と、前記第２の熱交換器（３２）とを介して、再び前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）に戻るように接続され、かつ、前記電動輸送機器の少なくとも１つの部品の前記熱源（２，３）を冷却するように構成されている、
   ことを特徴とする、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調するための空調装置。
2. 前記熱源（２，３）は、前記電動輸送機器の電動機（３）、パワーエレクトロニクス（２）および／またはトラクションバッテリーのサーマルマスを含んでいる、請求項１記載の空調装置。
3. 前記第１の流体循環路（８１）および／または前記第２の流体循環路（８２）および／または前記第３の流体循環路（８３）および／または前記第４の流体循環路（８４）は、作動媒体として、循環路内を循環する冷媒を有している冷媒循環路として構成されており、相応するポンプ（６１，６２，６３）が、前記作動媒体の循環のために設けられている、請求項１または２記載の空調装置。
4. 前記第２の熱交換器（３２）および／または前記第３の熱交換器（３３）および／または前記内部の熱交換器（３７）は、交差対向流式熱交換器として構成されている、請求項１から３までのいずれか一項記載の空調装置。
5. 前記第１の熱交換器（３１）および／または前記第４の熱交換器（３４）および／または前記第５の熱交換器（３５）および／または前記第６の熱交換器（３６）は、ファン（７１，７２）が付加的に取り付けられているアクティブな熱交換器として構成されている、請求項１から４までのいずれか一項記載の空調装置。
6. 前記空調されるべき、前記電動輸送機器の少なくとも１つの部品は、有利な温度範囲内で動作されるべき、前記電動輸送機器の電気的なエネルギー蓄積器を含んでいる、請求項１から５までのいずれか一項記載の空調装置。
7. 前記第２の熱交換器（３２）と前記第４の熱交換器（３４）に異なる作動圧力を有する作動媒体を供給するために、前記空調装置（１）は前記第３の流体循環路（８３）内に、さらに、第２の絞り弁（４４）を有しており、
   これによって、前記電動輸送機器の内部空間の加熱および／または冷却と除湿とを同時に行うことができる、前記請求項１から６までのいずれか一項記載の空調装置。
8. 前記空調装置（１）の熱源として、低い温度を備えた、前記電動輸送機器の車体、シャシーまたは可動部分のサーマルマスが設けられている、請求項１から８までのいずれか一項記載の空調装置。
9. 電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調するための方法であって、
   当該方法は空調装置（１）を自動制御し、かつ前記電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を加熱および冷却するために使用され、前記空調装置は、循環しておりかつ熱エネルギーを搬送する作動媒体を有している複数の流体循環路（８１，８２，８３，８４，８５）を有しており、
   第１の流体循環路（８１）を、第１のモーター駆動式ポンプ（６１）から、熱源（２，３）と、四方弁（１０）と、第１の熱交換器（３１）と、第３の熱交換器（３３）と、第１の三方弁（１１）とを介して、再び前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）に戻るように構成し、かつ、前記電動輸送機器の内部空間を第１の熱交換器（３１）を介して加熱するために用い、
   第２の流体循環路（８２）を、前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）から、前記熱源（２，３）と、前記四方弁（１０）と、第１の気化器（２１）を備えた第２の熱交換器（３２）とを介して、再び前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）に戻るように構成し、かつ、前記第１の気化器（２１）を加熱するために用い、
   第３の流体循環路（８３）を、前記第２の熱交換器（３２）の前記第１の気化器（２１）から、内部の熱交換器（３７）と、コンプレッサ（５１）と、第２のモーター駆動式ポンプ（６２）と、第２の気化器（２２）を伴う第３の熱交換器（３３）と、スプリング逆止弁（４２）と、前記内部の熱交換器（３７）と、第１の絞り弁（４３）と、第１の位置にある第２の三方弁（１２）とを介して、再び前記第２の熱交換器（３２）に戻るように構成し、かつ前記第３の熱交換器（３３）を加熱するために用い、ここで前記第３の流体循環路（８３）は、第２の位置にある前記第２の三方弁（１２）と、開放されている直通弁（４１）とを伴い、第５の熱交換器（３５）を前記スプリング逆止弁（４２）の代わりに含み、かつ、第４の熱交換器（３４）を前記第２の熱交換器（３２）の代わりに有しており、かつ、前記第３の流体循環路（８３）を前記第４の熱交換器（３４）を介して前記電動輸送機器の内部空間を冷却するために用い、
   第４の流体循環路（８４）を、前記第３の熱交換器（３３）から、前記第１の三方弁（１１）と第３のモーター駆動式ポンプ（６３）とを介して、前記第１の熱交換器（３１）を通って、前記第３の熱交換器（３３）に戻るように構成し、かつ、前記第３の流体循環路（８３）から前記第３の熱交換器（３３）を介して受け取った加熱エネルギーを用いて、前記電動輸送機器の内部空間を前記第１の熱交換器（３１）を介して加熱するために用い、
   第５の流体循環路（８５）を、前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）から、前記熱源（２，３）と、前記四方弁（１０）と、第６の熱交換器（３６）と、第２の熱交換器（３２）とを介して、再び前記第１のモーター駆動式ポンプ（６１）に戻るように構成し、かつ、前記電動輸送機器の少なくとも１つの部品の熱源（２，３）を冷却するために用いる、
   ことを特徴とする、電動輸送機器の内部空間および／または少なくとも１つの部品を空調するための方法。
10. 前記第３の流体循環路（８３）を、二酸化炭素、特に有利には冷媒Ｒ７４４を備えた冷媒循環路として動作させる、請求項９記載の方法。

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