JP2014019438A - 自動車の熱分散のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車、特にハイブリッド車の熱分散装置を提供する。
【解決手段】本発明の熱分散装置１は、蒸発器４、コンプレッサ５、冷媒から、乗員室用に調整される空気への熱供給用の熱交換器６、及び冷媒回路２の冷媒とエンジン冷却回路３，３’との間の伝熱用の熱交換器９を備えた、冷却システムモード及びヒートポンプモードの複合動作のため、及び再加熱モードのために構成されるエンジン冷却回路３，３’及び冷媒回路２を有する。一方、熱交換器９は、クーラントから蒸発中の冷媒への伝熱用の蒸発器として、及び凝縮中の冷媒からクーラントへの伝熱用のコンデンサとして動作するように配置及び構成される。他方、エンジン冷却回路３，３’は、第１のモータ１４及び第２のモータ１７を有し、第１のモータ１４は、内燃機関として構成され、第２のモータ１７は、電動モータとして構成される。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、冷却システムモード及びヒートポンプモードの複合動作のために、並びに、再加熱モードのために構成されたエンジン冷却回路及び冷媒回路を備えた自動車、特にハイブリッド車の熱分散装置に関する。冷媒回路は、蒸発器、コンプレッサ、冷媒から乗員室用に調整される空気への熱供給用の熱交換器、及び冷媒回路の冷媒とエンジン冷却回路のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器を有する。さらに、本発明は、熱分散装置の作動方法に関する。

異なる駆動システムを備えた自動車が、先行技術から既知である。概念は、内燃機関、電動モータ、又はこの２つのモータタイプの組み合わせによる推進力に基づいている。内燃機関と電動モータシステムとの組み合わせを備えた自動車では、「プラグインハイブリッド電気自動車」（ＰＨＥＶ)としても知られている純粋なハイブリッド駆動装置を備えた自動車と、「レンジエクステンダー」とを区別する。ＰＨＥＶ車両は、電気推進力、電気／燃焼推進力、及び燃焼機関推進力も有することがある。純粋な電気駆動による車両の航続距離は約５０ｋｍである。「レンジエクステンダー」を備えた車両は、電気推進力によって絶えず駆動される。車両のバッテリは、燃焼機関によって駆動される発電機によって移動中に充電される。
ＰＨＥＶ及び「レンジエクステンダー」を備えた車両は、そのバッテリを追加として外部電力網又は充電システムによって充電できる自動車である。

電動モータの廃熱は乗員室を暖房するには十分ではないので、周知のように、電気自動車の乗員室の空調は、電気抵抗加熱器（ＰＴＣ）又はヒートポンプシステムのいずれかを利用している。ＰＴＣ暖房システムは製造するのは経済的であるが、電気エネルギーの消費のため、ＰＴＣ暖房システムは電気自動車の有効作動距離を削減する。ヒートポンプシステムを使用すると、よりコストがかかるが、電気自動車の有効作動距離に対する影響はより小さくなる。
燃焼機関と電動モータを組み合わせた駆動装置を備えた自動車では、ＰＴＣ暖房システム又はヒートポンプシステムの使用により、同様に電動モータの航続距離は削減されるが、燃焼機関の動作のおかげで移動は継続できる。さらに、燃焼機関の動作は、乗員室の暖房用の熱をより高温レベルまで提供する。さらに、近代的な内燃機関によって提供される熱は乗員室を適切に暖房するほど十分ではない。「レンジエクステンダー」を備えた自動車の重要な態様は、燃焼機関が最適ポイントで作動され、利用可能な火力が低い点である。
ＰＴＣ暖房システム又は燃料式補足暖房による暖房のおかげで、乗員室は快適に暖房され、予め調整できる。それでも、電動モータ駆動による、又はハイブリッド駆動による自動車でのこれらのシステムの使用は、経済的な理由から問題がある。

蒸発器として作動する補足熱交換器を備えた冷媒回路を有する、暖房機能を備えた自動車の空調システムは、従来から知られている。補足熱交換器は、通常、クーラント回路への接続部として構成され、電動モータ駆動による自動車の駆動装置の構成部品の温度を制御する働きをする。内燃機関による自動車では、補足蒸発器は、燃焼機関の冷却回路と冷媒回路との間の伝熱のオプションを提供するために用いられる。

例えば、乗員室の暖房及び／又は冷房用の、並びに内燃機関を冷却するための自動車用システムは、特許文献１（独国特許出願公開第１０２０１００３８４０６号明細書）に記載される。システムは、周囲空気熱交換器で内燃機関を冷却して、クーラントから周囲空気に熱を渡すためのクーラント回路、並びに、コンデンサ、コンプレッサ、及び第１の蒸発器を備え、冷却モードで乗員室を冷房するために乗員室からの空気の流れに晒された冷媒回路を含む。ヒートポンプモードでは、乗員室に運ばれる空気は冷媒回路によって加熱することができ、周囲空気から熱を取る。この場合の冷媒回路は、クーラント熱交換器として構成される第２の蒸発器及びコンデンサを有する。冷媒回路は、このようにしてクーラント回路に熱的に結合される。

特許文献２（独国特許出願公開第１０２００９０６０８６０号明細書）では、冷媒回路、並びに、乗員室及び車両構成部品の温度を制御するための温度制御回路を備えた電気自動車又はハイブリッド自動車用の空調システムが説明されている。これらの回路は、温度制御回路から熱を取るための熱交換器、及び温度制御回路に熱を渡すための熱交換器を介して熱的に結合される。車両構成部品の温度を制御するとき、温度制御回路からの熱は低圧側で冷媒回路に伝えられ、冷媒回路からの熱は冷媒回路の高圧側で温度制御回路に伝えられる。
温度制御回路に対する熱的結合としての冷媒回路内の２つの補足熱交換器のおかげで、電動モータの周辺部、特にバッテリ、燃料電池、パワーエレクトロニクス及び／又は乗員室等の機器は、このようにして調整され、温度と湿度が調節される。温度制御回路を２つの独立した回路に分離したおかげで、言及した構成部品に加えて内燃機関も冷却できる。燃焼機関によって放出される熱は周囲に伝えられる、又は乗員室に移動する空気を加熱するために使用される。

さらに光電池又はソーラーパネルの動作から生じる電力も、例えば、対応する回路で取り込むことができる。

先行技術では、内燃機関と電動モータの両方を、必要に応じてヒートシンク及び／又は熱源として共同システム内でどのようにして活用するのか、並びに乗員室の空調システム内部の熱管理装置にどのようにしてモータを統合するのかは既知ではない。

独国特許出願公開第１０２０１００３８４０６号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０６０８６０号明細書

本発明の課題は、モータの熱管理及び乗員室に移動中の空気の加熱及び冷却のための空調システムを含む、組み合わされた燃焼機関と電動モータ駆動装置が装備されている自動車の熱分散装置を提供することである。電力消費、燃料消費、汚染物質の放出、及びいくつかの熱源を利用することによるモータ動作に関して、効率的に、コスト効率よく、及び環境に配慮して自動車を作動させることが可能でなければならない。さらに、駆動装置の構成部品数、特に熱交換器の数に関しては可能な限り少なくなくてはならない。

上述した課題は、冷却システムモード及びヒートポンプモードの複合動作のために、並びに再加熱モードのために構成されたエンジン冷却回路及び冷媒回路を有する本発明の自動車、特にハイブリッド車の熱分散装置によって解決される。冷媒回路は、蒸発器、コンプレッサ、冷媒から乗員室用に調整される空気への熱供給用の熱交換器、及び冷媒回路の冷媒とエンジン冷却回路のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器を有する。

本発明によれば、以後、「冷媒／クーラント熱交換器」とも呼ばれる冷媒とクーラントとの間の伝熱用の熱交換器は装置内に配置され、クーラントから、蒸発中の冷媒への伝熱用の蒸発器として、及び凝縮中の冷媒からクーラントへの伝熱用のコンデンサとして動作するように構成される。作動モードに応じて、熱交換器は、蒸発器又はコンデンサとして操作できる。好ましくは、冷媒の流れの方向は、この過程では変化しないままである。
冷媒／クーラント熱交換器は、好ましくは、プレート型熱交換器又は管束熱交換機のいずれかとして構成される。

有利なことに、エンジン冷却回路内部では、第１のモータ及び第２のモータが配置される。好ましくは、第１のモータは内燃機関として構成され、第２のモータは電動モータとして構成される。さらに、有利なことに、モータ冷却回路内に追加のモータを組み込むことができる。

上述した課題は、エンジン冷却回路、並びに、蒸発器、コンプレッサ、冷媒から乗員室用に調整される空気への熱供給用の熱交換器、及び冷媒回路の冷媒とエンジン冷却回路のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器を備えた冷媒回路を有する本発明の自動車、特にハイブリッド車の熱分散装置によって解決される。

概念に従って、エンジン冷却回路は、第１のモータ及び第２のモータを有し、第１のモータは、内燃機関として構成され、第２のモータは、電動モータとして構成される。
冷媒回路は、好ましくは、冷却システムモード及びヒートポンプモードにおける複合動作のため、並びに、再加熱モードのために構成される。冷媒とクーラントとの間の伝熱用の熱交換器が、クーラントから、蒸発中の冷媒への伝熱用の蒸発器として、及び凝縮中の冷媒からクーラントへの伝熱用のコンデンサとして作動するように構成されていることが有利である。
さらに、有利なことに、エンジン冷却回路に追加のモータを組み込むことができる。

本発明の一実施形態によれば、クーラントは、モータの作動状態に関わらず、モータを流れることができる。結果的に、モータは、動作状態と非動作状態の両方でクーラントに晒されるため、モータの空調はどんなときにでも行うことができる。

第１の変形例によれば、第１のモータ及び第２のモータは、エンジン冷却回路に統合され、エンジン冷却回路は、クーラントの質量流量を、伝熱のために第１のモータを通して、及び伝熱のために第２のモータを通して送ることができるように構成される。結果的に、モータはエンジン冷却回路を通るクーラントの共通質量流量を介して結合され、クーラントの個々の質量流量は、流れ方向で連続して両方のモータを流れることができるため、モータは順次流れに晒される。
クーラントがモータを流れるにつれて、モータは必要に応じて調整することができ、熱は特定のモータとクーラントとの間で伝えられている。熱はモータから取り去るか、モータに供給することができるため、モータは、熱源又はヒートシンクとして理解されるべきである。調整は、クーラントとモータとの間の直接的な伝熱によって、又は中間物質を介してのいずれかで、モータの構成とは関係なく行われる。

本発明の一実施形態によれば、エンジン冷却回路は、冷媒回路の冷媒とエンジン冷却回路のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器、クーラントから、乗員室に移動中の空気に熱を渡すための熱交換器、及びクーラントと周囲空気との間の伝熱用の熱交換器を含む。
有利なことに、クーラントと周囲空気との間の伝熱用の熱交換器の回りに迂回路が配置され、クーラントは必要に応じて熱交換器の回りに導かられる。

第２の変形例によれば、エンジン冷却回路は、第１のモータの空調用の高温冷却回路、及び第２のモータの空調用の低温冷却回路にさらに分割される。冷媒／クーラント熱交換器は、エンジン冷却回路側で、高温クーラント回路内、及び低温クーラント回路内で交互に作動できるように配置される。
エンジン冷却回路のこの分割された構成によって、モータの別々の調整、ひいては燃焼機関及び電動モータの部分的な回路の最適温度の調整が可能になる。
高温冷却回路及び低温冷却回路は、好ましくは、切替弁を介してともに結合される。切替弁は、冷媒／クーラント熱交換器から上流及び下流のクーラントの流れ方向に配置される。

本発明の１つの有利な構成によれば、高温冷却回路は、冷媒回路の冷媒と高温冷却回路のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器、クーラントから、乗員室に移動中の空気に熱を渡すための熱交換器、及びクーラントと周囲空気との間の伝熱用の熱交換器を含む。
低温冷却回路は、好ましくは、冷媒回路の冷媒と低温冷却回路のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器、及びクーラントと周囲空気との間の伝熱用の熱交換器を有する。

特別な優位点は、エンジン冷却回路内のクーラントの流れ方向を逆転できるため、流れがエンジン冷却回路の構成部品を通って双方向に移動できる点である。

蒸発器、コンプレッサ、冷媒から、乗員室用に調整される空気への熱供給用の熱交換器、及び冷媒回路の冷媒とエンジン冷却回路のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器を備え、冷却システムモード及びヒートポンプモードの複合動作のため、並びに再加熱モードのために構成されるエンジン冷却回路及び冷媒回路を有する自動車、特に、ハイブリッド車の熱分散装置を作動させるための本発明にかかる方法では、冷媒／クーラント熱交換器は、冷却システムモード又は再加熱モードで動作中に凝縮中の冷媒からクーラントへの伝熱用のコンデンサとして、及びクーラントから、ヒートポンプモードにおける蒸発中の冷媒への伝熱用の蒸発器としての設計によって作動される。

本発明の１つの変形例によれば、冷媒回路の作動モードに応じて、エンジン冷却回路のクーラント及び周囲空気の流れに晒されるモータは、必要に応じて、熱源及び／又はヒートシンクとして使用される。また、モータは、動作状態に応じて熱を蓄積できる、又はモータの熱を持ち去ることができる熱質量として使用することもできる。

有利なことに、特に必要に応じて燃焼エンジン及び電動モータの冷却及び／又は暖機用の、自動車の熱分散装置の組み合わされたシステムは、稼働前に両方のモータを予め調整できるようにする。このため、モータは、組み合わされた燃焼機関及び電動モータ駆動装置、並びに乗員室に移動中の空気の加熱及び冷却用のその空調システムを備えた自動車の熱管理で統合される。
特別な動作状態で熱／冷熱の貯蔵所として使用できるモータは、例えば、電動モータ動作の考えられる最大加熱、いわゆるプルダウン後に乗員室の冷却に入れられる。この過程では、熱は周囲及び燃焼機関に放出され、冷媒回路で高い圧力を有利に減少させる。さらに、クーラントと周囲空気との間の伝熱用の熱交換器は、必要とする取り付けスペースをより少なく構成できる。

本発明の１つの構成によれば、冷媒回路が冷却システムモードで作動中であり、第２のモータが同時に作動中であるとき、コンデンサとして作動する冷媒／クーラント熱交換器、及び熱源として働く第２のモータを流れるときに加熱されるエンジン冷却回路のクーラントは、第１のモータを流れ、熱は第１のモータに伝達される。したがって、第１のモータは、稼働時にすでに暖機されており、例えば、汚染物質のより低い放出につながり、第１のモータは、エンジン冷却回路の追加ヒートシンクとして利用される。

先行技術の既知の装置に比較して、本発明による熱分散装置の追加の利点は、以下の通りに要約できる。
ＰＨＥＶ又は「レンジエクステンダー」を備えた車両用の加熱システムは、自動車の熱管理の相対的な概念の中で効率的に、環境に優しく、及び経済的に操作できる。
複数の熱源（モータ、エクゾースト、給気、バッテリ、電子機器、乗員室、及び周囲からの空気）の利用、熱源の熱はクーラント回路により伝達される。
電動モータが動作中である場合、熱質量としてのモータ内部における熱の蓄積、及びヒートポンプモードで動作中の燃焼機関の残留熱の利用。
乗員室の、及び駆動状態にない低温のモータ（特に燃焼機関）の、クーラント回路の追加冷却による、最適動作温度への予めの調整。
同時に両方のモータを通る流れが可能であり、エンジン冷却回路の切り替えを簡略化する。
電動モータによるプルダウン及び起動時に、夏季のヒートシンクとしての内燃機関の利用。

本発明の追加の詳細、特徴、及び利点は、対応する図面を参照して、実施形態の以下の説明から明らかであろう。以下の図と併せて、冷媒回路を備えた自動車の熱分散装置を示す。

燃焼機関及び電動モータを空気調整するための複合エンジン冷却回路の図である。 燃焼機関及び電動モータを空気調整するための複合エンジン冷却回路の図である。 燃焼機関及び電動モータを空気調整するための複合エンジン冷却回路の図である。 燃焼機関及び電動モータを空気調整するための複合エンジン冷却回路の図である。 燃焼機関及び電動モータを空気調整するための複合エンジン冷却回路の図である。 毎回異なる作動モードで、燃焼機関を空気調整するための高温冷却回路、及び電動モータを空気調整するための低温冷却回路の図である。 毎回異なる作動モードで、燃焼機関を空気調整するための高温冷却回路、及び電動モータを空気調整するための低温冷却回路の図である。 毎回異なる作動モードで、燃焼機関を空気調整するための高温冷却回路、及び電動モータを空気調整するための低温冷却回路の図である。

図１ａから図１ｅでは、冷媒回路２、並びに、内燃機関として構成される第１のモータ１４及び電動モータとして構成される第２のモータ１７を調整するための複合エンジン冷却回路３を備えた自動車用の装置１が、異なる作動モードで示されている。動作中である冷媒回路２又はエンジン冷却回路３の線路は、実線で示されている。一方、動作中ではない線路は、破線で示されている。流体の流れの方向は、矢印によって示されている。

冷媒回路２は、図１ａに示される、冷却システムモード又は再加熱モードで冷媒の流れ方向で連続して配置される蒸発器４、コンプレッサ５、第２のコンデンサ又はヒートポンプコンデンサとしても知られる加熱レジスタとして作動される熱交換器６、弁７、受け器８、及びコンデンサとして作動される熱交換器９に加えて、内側熱交換器１０も含む。内側熱交換器１０によって、高圧での冷媒と低圧での冷媒との間の伝熱に役立つ、回路にとって内部の熱交換器を意味する。例えば、一方では、液体冷媒は、熱交換器９での凝縮の後にさらに冷却され、他方、コンプレッサ５から上流の吸気は過熱される。逆止弁２４は、冷媒の流れの示されている方向の通過を可能にする。
過熱された冷媒は、高圧側の内側熱交換器１０から出現すると、膨張要素として作動される弁１１を通って流れるときに膨張し、乗員室に移動中の空気から熱を取ると蒸発器４内で蒸発する。このようにして、空気は冷却される、及び／又は除湿される。

冷媒が、例えば、冷媒Ｒ１３４ａを用いて臨界前の動作中に又は二酸化炭素を用いて特定の環境状態の間に液体になる場合、熱交換器９はコンデンサと呼ばれる。伝熱のいくらかは定温で起こる。臨界前動作で、又は熱交換器９の熱の臨界前の引き渡し時、冷媒の温度は絶えず下がる。この場合、熱交換器９は、「ガス冷却器」とも呼ばれる。臨界前動作は、例えば、二酸化炭素を冷媒として用いる、冷媒回路２の特定の環境条件又は作動モードで起こることがある。

乗員室に運ばれている空気から蒸発器４内の冷媒に伝えられる熱は、再加熱用の熱交換器６で乗員室に移動中の空気に比例して戻され、熱交換器９でエンジン冷却回路３に伝えられるか、又は熱交換器９でエンジン冷却回路３だけに渡されるかのいずれかである。この場合、冷媒回路２は、冷却システムモード又は再加熱モードのいずれかで作動される。冷却システムモードで動作するとき、熱交換器６は空気に晒されない。再加熱モードで動作するとき、熱交換器９の他に、加熱レジスタとしても知られる熱交換器６が、第２のコンデンサ／ガス冷却器の機能を果たす。

ブロワ（図示せず）を通して取り込まれる空気は、乗員室内に流入する前に、最初に、流れの方向で蒸発器４、次に加熱熱交換器１３、次に加熱レジスタを通って運ばれる。熱交換器４，１３，６は、結果的に乗員室に運ばれている空気に関して示される順序で次々に配置され、ニーズ及び作動モードに従ってオンとオフに切り替えられる。代わりに、加熱レジスタ６を、空気流の方向で加熱熱交換器１３の下流に配置することもできる。
熱交換器６によって、熱は、環境調節システムの内部に特別な開口部及び空気バッフルを構成することによって冷媒から周囲空気に直接的に伝えることもできる。

エンジン冷却システム３の内部では、クーラント、好ましくは、水／グリコール混合物が、モータ１４と熱交換器１５、９との間で循環される。クーラント／空気熱交換器として構成される熱交換器１５では、熱はクーラントから周囲空気に伝えられる。この後で、クーラントは、冷媒／クーラント熱交換器として構成される熱交換器９を通って流れ、分岐Ａを通ってモータ１４に送られる前に、凝縮中の冷媒から熱を取る。熱交換器１３にはそれを通って流れるクーラントはない。
エンジン冷却回路３内で循環するクーラントは、動作中である燃焼機関１４を冷却する。電動モータとして構成されるモータ１７は、クーラントで調整されない。電動モータ１７の回りの迂回路として構成される分岐Ａは開いている。一方、燃焼機関１４の回りの迂回路として構成される分岐Ｂは閉じられている。代わりに、分岐Ｂをモータ１４の内部に形成することもできる。

エンジン冷却回路３は、図示されていないクーラントの循環用の装置を有する。装置は、例えば、エンジン冷却回路３の内部で別々に形成されたポンプとして配置できる。変形実施形態では、ポンプは、モータ１４、１７の一部として構成することもでき、各モータ１４、１７が１つのポンプを備えた装置を形成する。

低環境温度では、乗員室は加熱される必要があり、加熱は図１ｂ及び図１ｃにかかる加熱モード又はヒートポンプモードで動作する装置１によって行われる。
図１ｂは、周囲空気を用いるヒートポンプモードでの冷媒回路２を示し、図１ｃは熱源としてのエンジン冷却回路３のクーラントを用いるヒートポンプモードの冷媒回路２を示す。

図１ａの作動モードとは異なり、冷媒回路２で取られる熱全体が熱交換器６で、乗員室に移動中の空気に渡される。膨張要素として動作している弁７では、熱交換器６から出る冷媒が、冷媒が蒸発する熱交換器９の二相領域内のクーラント温度に対応する圧力レベルまで膨張する。蒸発プロセス中、冷媒はエンジン冷却回路３から熱を取る。

三方弁として構成される弁１１は、冷媒が蒸発器４及び内側熱交換器１０で迂回路１２によってコンプレッサ５を通り越して送られるように切り替えられる。内側熱交換器１０は一方の側の流れしか受け取らないので、熱は伝わらない。内側熱交換器１０は作動していない。
逆止弁２４は、冷媒回路２がヒートポンプモードで動作しているときに、蒸発器４内及び内側熱交換器１０内の冷媒の蓄積を妨げるために働く。

図１ｂによれば、エンジン冷却回路３の内部のクーラントの一部は、熱交換器９、熱交換器１５、及び電動モータ１７の間で循環される。熱交換器９で蒸発中の冷媒に渡される熱は、熱交換器１５で周囲空気から取られる。電動モータ１７は作動中ではないが、熱源又はヒートシンクとして使用することができる。

クーラントの第２の部分は、燃焼機関１４の動作中に、モータ１４と熱交換器１３との間で循環することができる。モータ１４の冷却中に取られる熱は、熱交換器１３で乗員室に移動中の空気に伝えられる。

エンジン冷却回路３の個々の領域は、乗員室の加熱の熱需要に従ってオンとオフに切り替えられる。

図１ｃによれば、ヒートポンプモードの冷媒回路２は、エンジン冷却回路３又はモータ１４のクーラントを熱源として作動される。
四方弁として構成される弁１６は、クーラントが熱交換器１５の回りの迂回路１８で送られ、熱が周囲空気から取られないように切り替えられる。代わりに、弁１６は、いくつかの弁の組み合わせとしても構成できる。クーラントは、熱交換器１３、熱交換器９、及びモータ１４の間で循環される。モータ１４の冷却時に取られる熱は、熱交換器１３で、乗員室に移動中の空気に伝えられる、及び／又は熱交換器９で蒸発中の冷媒に伝えられる。冷媒は、次いで熱交換器６で乗員室に移動中の空気に再び熱を渡す。

熱交換器９、１３、又は、エンジン冷却回路３及び冷媒回路２は、乗員室の加熱の熱需要に従ってオンとオフに切り替えられる。例えば、弁１６を切り替えることによって、クーラントは、熱交換器９のみ、又は熱交換器１３のみ、或いは、同時に両方を通して運ぶことができる。
さらに、熱交換器６で、及び熱交換器１３で伝熱による乗員室に移動中の空気の加熱が可能である。

図１ｄにかかる設計では、冷媒回路２は、図１ａと同様に、冷却システムモード又は再加熱モードで作動される。エンジン冷却回路３内部で、クーラントは、実線が示すように、図１ａのモータ１４の代わりにモータ１７と、熱交換器１５、９との間で循環される。熱交換器１５では、熱はクーラントから周囲空気に伝えられる。この後で、クーラントは熱交換器９を通って流れ、モータ１７に運ばれる前に凝縮中の冷媒から熱をとる。熱交換器１３は、クーラントの流れを受け取らない。
エンジン冷却回路３で循環するクーラントは、動作中である電動モータ１７を冷却する。内燃機関１４は、クーラントで調整されない。モータ１４の回りの迂回路として構成される分岐Ｂが開かれる。一方、電動モータ１７の回りの迂回路として構成される分岐Ａは閉じられる。

エンジン冷却回路３の代替の作動モードによれば、分岐Ｂは、内燃機関１４の回りの迂回路として閉じられ、熱交換器９を流れるとき、及び電動モータ１７を冷却するときに加熱されるクーラントは、破線が示すように内燃機関１４に運ばれる。この過程で、熱をクーラントからモータ１４に伝えることができる。内燃機関１４は、このようにして暖機できる、又は停止状態で、すなわち、稼働される前に予め調整できる。

したがって、図１ａから図１ｅにかかる本発明の実施形態では、一方で、稼働される前に、駆動状態にないモータ１４、１７を調整する可能性がある。特に、内燃機関１４は、特に図１ｄに示されるモータ１４へクーラントから熱を渡すことによって暖機できる。モータ１４に放出されている熱は、熱交換器９で冷媒からクーラントに渡され、熱交換器１５で周囲空気又はモータ１７から取られる。他方、電動モータ１７が稼働された場合、単に停止されたばかりの内燃機関１４の残留熱を使用して、電動モータ１７を暖機することができる。残留熱は、内燃機関１４からクーラントに、及びクーラントから電動モータ１７に伝えられる。

図１ｅは、クーラント又は電動モータ１７を熱源とするヒートポンプモードの冷媒回路２を備える装置１を示す。
四方弁として構成される弁１６は、クーラントが熱交換器１５の回りの迂回路１８で流され、熱が周囲空気から取られないように切り替えられる。クーラントは、熱交換器９とモータ１７との間で循環される。モータ１７の冷却中に取られる熱は、熱交換器９で蒸発中の冷媒に伝えられる。冷媒は次いで、熱交換器６での凝縮時に、乗員室に移動中の空気に熱を戻す。

変形実施形態によれば、モータ１４、１７は、停止又は「休止」状態にあっても常にクーラントの流れを受け取るので、分岐Ａ，Ｂは排除される。

図１ａから図１ｅに示されるように、クーラントは、装置１の、つまりエンジン冷却回路３と組み合わされた冷媒回路２の作動モードに応じて、エンジン冷却回路３を通って両方の方向で流れることができる。

図２ａから図２ｃでは、異なる作動モードにある冷媒回路２及びツーピースのエンジン冷却回路３’を備えた自動車用の装置１が示されている。エンジン冷却回路３’は、内燃機関として構成されるモータ１４の調整用の高温冷却回路３ａ、及び電動モータとして構成されるモータ１７を調整するための低温冷却回路３ｂに分けられる。図１ａから図１ｅによる実施形態とは異なり、エンジン冷却回路３’は２つの部分的な回路に分けられる。部分的な回路は、冷媒回路２の熱交換器９を共通で有する。冷媒回路２は、変更されないままである。
高温冷却回路３ａは、乗員室に移動中の空気への伝熱用の加熱熱交換器１３、周囲との伝熱用の熱交換器１９、及び三方弁として構成される弁２３をさらに含む。低温冷却回路３ｂは、周囲との伝熱用の熱交換器２０をさらに含む。

熱交換器９の上流及び下流のクーラント流れ方向で、高温冷却回路３ａ及び低温冷却回路３ｂは、切替弁２１、２２を介してともに結合される。切替弁２１、２２の切り替えによって、高温冷却回路３ａのクーラント、又は低温冷却回路３ｂのクーラントのいずれかが熱交換器９を通って送られる。

図２ａによれば、冷媒回路２は、図１ａによる装置１の動作態様に相当する、冷却システムモード又は再加熱モードで作動される。コンデンサとして作動される熱交換器９で取り去られる熱は、低温冷却回路３ｂに伝えられる。クーラントは、熱交換器９と熱交換器２０との間で循環されるので、熱交換器２０内で取られる熱は周囲に放出される。モータ１７は、作動していない。

乗員室に移動中の空気は、熱交換器６及び／又は熱交換器１３を流れるときに加熱される。熱需要に応じて、モータ１４から取り去られる熱は、熱交換器１３で乗員室に移動中の空気に伝達されるか、熱交換器１９で周囲空気に伝達される。周囲空気への伝熱のため、高温冷却回路３ａのクーラントは、モータ１４と熱交換器１９との間で循環される。

内燃エンジン１７が停止した状態で電動モータ１４を稼働すると、乗員室に移動中の空気は、熱交換器６を介してのみ暖められる。

装置１は、図２ｂ及び図２ｃにかかるヒートポンプモードで作動される。
図２ｂは、周囲空気を熱源とするヒートポンプモードの冷媒回路２を示す。熱は、熱交換器２０で、周囲空気からクーラントに伝えられ、熱交換器９で冷媒回路２に渡される。モータ１７は、休止している。
モータ１４から高温冷却回路３ａで循環するクーラントに伝えられる熱は、熱交換器１３で乗員室に移動中の空気に放出される。

変形作動モードによれば、モータ１７は作動中である。モータ１７で発生する熱は、低温冷却回路３ｂ内で循環するクーラントによって取られ、熱交換器９のクーラントに伝えられる。低温冷却回路３ｂ内のクーラントを周囲空気の温度以下に冷却すると、電動モータ１７によって放出される熱に加えて、周囲空気からの熱も利用することができる。

装置１又は冷媒回路２の作動モードに応じて、クーラントは、電動モータ１７を通って反対方向に流れる。結果的に、モータ１７は、両方向の流れを受け取ることができる。

図２ｃは、高温冷却回路３ａ又は内燃機関１４のクーラントを熱源としてヒートポンプモードで動作中の冷媒回路２を示す。熱は、モータ１４からクーラントに伝えられ、熱交換器９で冷媒回路２に、及び／又は熱交換器１３で乗員室に移動中の空気に渡される。クーラントは、低温冷却回路３ｂ内で循環されない。
クーラントの質量流量は、三方弁２３によって、熱交換器９を通る第１の部分的な質量流量、及び熱交換器１３を通る第２の部分的な質量流量に分けられる。モータ１４によって放出される熱は、このようにして熱交換器１３を介して直接的に、及び熱交換器６を介して間接的に乗員室に移動中の空気に伝えられ、周囲に持ち去られない。
他の実施形態では、クーラントの質量流量は分けられない。

冷媒回路２の弁７、１１は、固定スロットルとして構成することもできる。
低圧で冷媒回路２のヒートポンプモードでコレクタとして作動される受け器８は、有利には、デフレクタ又は遠心分離機等の適切な分離装置と共に構成される。冷却システムモード又は再加熱モードで、受け器８は高圧の冷媒に晒される。
図示されている実施形態では、熱交換器９から上流の冷媒流れ方向に配置される受け器８は、蒸発器４から下流の冷媒流れ方向で低圧側のアキュムレータとして代わりに配置することもできる。

図示されている切り替え変形及び作動モードは、低圧側で液体から気体への相転移を受けるあらゆる冷媒に使用できる。高圧側で、媒体が、ガス冷却、凝縮、及び過冷却によってヒートシンクに熱を渡す。かかる冷媒として適切なのは、Ｒ７４４、Ｒ７１７等の天然物質、可燃性物質Ｒ２９０、Ｒ６００、Ｒ６００ａ等、及びＲ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ等の化学物質、又は多様な冷媒混合物である。

１ 装置
２ 冷媒回路
３、３’ エンジン冷却回路
３ａ 高温冷却回路
３ｂ 低温冷却回路
４ 冷媒回路の蒸発器
５ 冷媒回路のコンプレッサ
６ 熱交換器、加熱レジスタ
７ 弁
８ 受け器
９ 熱交換器
１０ 内側熱交換器
１１ 弁
１２ 冷媒回路の蒸発器の回りの迂回路
１３ 熱交換器、加熱システム熱交換器
１４ モータ、内燃機関
１５ 熱交換器
１６ 弁
１７ モータ、電動モータ
１８ 熱交換器１５の回りの迂回路
１９ 熱交換器、高温冷却回路
２０ 熱交換器、低温冷却回路
２１ 切替弁
２２ 切替弁
２３ 三方弁
２４ 逆止弁
Ａ 分岐
Ｂ 分岐

Claims (11)

1. 自動車、特にハイブリッド車の熱分散装置（１）であって、
   蒸発器（４）、コンプレッサ（５）、冷媒から、乗員室用に調整される空気への熱供給用の熱交換器（６）、及び冷媒回路（２）の冷媒とエンジン冷却回路（３、３’）のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器（９）を備え、冷却システムモード及びヒートポンプモードの複合動作のために、並びに再加熱モードのために構成される前記エンジン冷却回路（３、３）及び前記冷媒回路（２）を有し、
   前記熱交換器（９）が前記クーラントから、蒸発中の前記冷媒への前記伝熱用の蒸発器として、及び前記凝縮中の冷媒から前記クーラントへの伝熱用のコンデンサとして動作するように構成されていることを特徴とする装置（１）。
2. 第１のモータ（１４）及び第２のモータ（１７）が前記エンジン冷却回路（３、３’）内部に配置され、前記第１のモータ（１４）が内燃機関として構成され、前記第２のモータ（１７）が電動モータとして構成される請求項１記載の装置（１）。
3. 蒸発器（４）、コンプレッサ（５）、冷媒から、乗員室用に調整される空気への熱供給用の熱交換器（６）、及び冷媒回路（２）の前記冷媒とエンジン冷却回路（３、３’）のクーラントとの間に伝熱用の熱交換器（９）を備え、前記エンジン冷却回路（３、３’）及び前記冷媒回路（２）を有する、自動車、特にハイブリッド車の熱分散装置（１）であって、前記エンジン冷却回路（３、３’）が第１のモータ（１４）及び第２のモータ（１７）を有し、前記第１のモータ（１４）が内燃機関として構成され、前記第２のモータ（１７）が電動モータとして構成されていることを特徴とする装置（１）。
4. 前記第１のモータ（１４）及び前記第２のモータ（１７）が、前記エンジン冷却回路（３）に統合され、前記エンジン冷却回路（３）は、クーラントの質量流量が、伝熱用の第１のモータ（１４）及び伝熱用の第２のモータ（１７）によって送られるように構成されている請求項２又は３に記載の装置（１）。
5. 前記エンジン冷却回路（３）は、前記冷媒回路（２）の前記冷媒と前記エンジン冷却回路（３）の前記クーラントとの間の伝熱用の前記熱交換器（９）と、前記クーラントから、前記乗員室に移動中の前記空気に熱を渡すための熱交換器（１３）と、前記クーラントと前記周囲空気との間の伝熱用の熱交換器（１５）と、を備えている請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置（１）。
6. 前記エンジン冷却回路（３’）は、前記第１のモータ（１４）の調整用の高温冷却回路（３ａ）と、前記第２のモータ（１７）の調整用の低温冷却回路（３ｂ）とに分割され、熱交換器（９）が前記高温クーラント回路（３ａ）及び前記低温クーラント回路（３ｂ）で交互に作動する請求項２又は３に記載の装置（１）。
7. 前記高温冷却回路（３ａ）は、前記冷媒回路（２）の冷媒と前記高温冷却回路（３ａ）のクーラントとの間の伝熱用の前記熱交換器（９）と、前記クーラントから、前記乗員室に移動中の前記空気に熱を渡すための熱交換器（１３）と、前記クーラントと前記周囲空気との間の伝熱用の熱交換器（１９）と、を備えている請求項６記載の装置（１）。
8. 前記低温冷却回路（３ｂ）は、前記冷媒回路（２）の冷媒と前記低温冷却回路（３ｂ）のクーラントとの間の伝熱用の熱交換器（９）と、前記クーラントと前記周囲空気との間の伝熱用の熱交換器（２０）と、を備えている請求項６又は７に記載の装置（１）。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の自動車における、特にハイブリッド車における熱分散装置（１）の作動方法であって、
   前記熱交換器（９）が、
   前記冷却システムモード又は前記再加熱モードで作動中に、前記冷媒回路（２）の前記凝縮中の冷媒から前記エンジン冷却回路（３、３’）の前記クーラントへの前記伝熱用のコンデンサとして、
   前記エンジン冷却回路（３、３’）の前記クーラントから、前記ヒートポンプモードにおける前記冷媒回路（２）で蒸発中の前記冷媒への前記伝達用の蒸発器として作動されることを特徴とする装置（１）の作動方法。
10. 前記冷媒回路（２）の作動モードに応じて、前記エンジン冷却回路（３、３’）のクーラント及び前記周囲空気の流れに晒される前記モータ（１４、１７）が、必要に応じて、熱源及び／又はヒートシンクとして使用される請求項９記載の装置（１）の作動方法。
11. 前記冷媒回路（２）が前記冷却システムモードで作動していると共に、前記第２のモータ（１７）が作動しているときに、コンデンサとして作動している前記熱交換器（９）を流れ、熱源として働く前記第２のモータ（１７）を流れるときに加熱される前記エンジン冷却回路（３）のクーラントが、前記第１のモータ（１４）を流れ、熱が前記第１のモータ（１４）に伝達され、前記第１のモータ（１４）が、稼働時にすでに暖気され、前記第１のモータが前記エンジン冷却回路（３）の追加のヒートシンクとして利用される請求項１０記載の装置（１）の作動方法。