JP4422023B2 - 車両空調装置用熱交換器配置および暖房／冷房回路、そして空調装置の暖房／冷房回路を制御および／または調節するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両空調装置用熱交換器配置およびこのような空調装置用の暖房／冷房回路に関する。さらに本発明は、車両用空調装置の暖房／冷房回路を制御および／または調節するための方法に関する。

今日ふつう車両用空調装置は、それが被空調空気流の冷却もいわゆるヒートポンプ運転のとき空気流の加熱も可能とするように設計されている。複数の機能を統合するこのような空調装置運転に関しさまざまな実施形態が公知である。

例えば特許文献１により、空気流の加熱および冷却を引き起こす冷媒流の流れ方向をその都度の機能に依存して変更することが公知である。この切換は、冷房モード時または除湿時に凝縮水が溜まり、機能を暖房モードに変更時に車両窓ガラスの曇り（＝いわゆるフラッシュフォギング）を生じることがある欠点を有する。

窓ガラスのこのような曇りを避けるために特許文献２により、暖房モードのときにのみ暖房に利用される補助熱交換器を空気流通路内に配置することが公知である。特許文献３により、空気流通路内に直列に接続した２つの熱交換器を設け、暖房モードのときこれをヒートポンプヒータとして運転することが公知である。

しかしヒートポンプヒータのみによって引き起こされるこのような暖房機能は特に暖房開始時および暖房能力不足の場合十分ではない。さらに、車両運転時しばしば数分後には、発生するエンジン排熱によって、この排熱をラジエータを介して周囲に排出しなければならないような、それゆえに暖房目的にそのまま利用できるであろうような冷却水温度が達成される。それゆえに、空調装置内で暖房運転時にはヒータとエンジン冷却水を供給される加熱体との併用が有意義である。

さらに特許文献４により、ヒータとして役立つ熱交換器を加熱体と共に熱交換器配置に一体化し、空気流と加熱体の冷却水流とヒータの冷媒流との間で熱交換を可能とすることが公知である。そのことから冷媒と冷却水との熱伝導接続が帰結することで、冷却水流がまだ冷たい場合冷媒流の熱の大部分が冷却水流の加熱に利用され、僅かな部分のみが空気流の加熱に利用されることになる。それゆえに、このように構成されたヒートポンプヒータは効率がきわめて限定されており、同時に暖房能力が低い。
独国特許出願公開第３０４７９５５号明細書 独国特許発明第３９０７２０１号明細書 独国特許出願公開第１９９３９０２８号明細書 欧州特許出願公開第１０６８９６７号明細書 独国特許出願公開第１９５１０２８３号明細書

そこで本発明の課題は、技術の現状に比べて高い効率で高い暖房能力を有する、エンジン冷却水を供給される加熱体を有する熱交換器配置を提供することである。さらに、空調装置用の特別単純に構成された暖房／冷房回路と、空調装置のこのような暖房／冷房回路を制御および／または調節するための方法を提供する。

この課題は、熱交換器配置に関しては、暖房／冷房回路を有する車両空調装置のための熱交換器配置であって、冷却水を一次側で負荷可能な第１熱交換器と冷却水を一次側で負荷可能な第２熱交換器とを有し、第１及び第２熱交換器が二次側で空気流れ通路中に接続されており、第２熱交換器が第１及び第２部分要素に分割され、第１熱交換器が空気流れ方向で見て第１及び第２部分要素の間に接続されており、冷媒（Ｋ２）が第２熱交換器（４）の第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）を通って直列に流れていて、冷媒（Ｋ２）が、最初に第２部分要素（４ｂ）を流れて、第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に設けられた方向転換管（１０、１６）を介して、更に第１部分要素（４ａ）を流れるようになっている熱交換器配置によって解決される。暖房／冷房回路もしくは暖房／冷房回路を制御および／または調節するための方法に関してこの課題は、請求項１〜２０のいずれか１項記載の熱交換器配置を有する車両空調装置の暖房／冷房回路、もしくは車両空調装置の暖房／冷房回路（３２）を制御および／または調節するための方法であって、暖房／冷房回路（３２）を有する車両空調装置のための熱交換器配置（１）が、冷却水（Ｋ１）を一次側で負荷可能な第１熱交換器（２）と冷媒（Ｋ２）を一次側で負荷可能な第２熱交換器（４）とを有し、第１及び第２熱交換器（２、４）が二次側で空気流れ通路（６）中に接続されており、第２熱交換器（４）が第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）に分割され、第１熱交換器（２）が空気流れ方向（Ｒ）で見て第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に接続されており、空調される空気（Ｌ）の流れが暖房モードのとき空気流れ方向（Ｒ）で見て冷媒（Ｋ２）の２段の流れと、冷媒（Ｋ２）の２つの流れの間に接続される冷却水（Ｋ１）の流れとによって加熱されるようになっており、冷媒（Ｋ２）が第２熱交換器（４）の第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）を通って直列に流れていて、冷媒（Ｋ２）が、最初に第２部分要素（４ｂ）を流れて、第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に設けられた方向転換管（１０、１６）を介して、更に第１部分要素（４ａ）を流れるようになっている方法によって解決される。

発明を実施する形態

本発明が出発点とするのは、暖房モードと冷房モードとの間で切換可能な熱交換器配置によって空調されるべき空気流の加熱を促進するために同時に暖房能力を改善してエンジン冷却回路内の熱を利用すべきであるとの考えである。さらに、暖房／冷房回路のさまざまな機能変更によって除湿／暖房複合運転が可能とならねばならないであろう。その際にもエンジン冷却回路の排熱が利用可能でなければならないであろう。このため、ヒートポンプ運転時に作動する熱交換器の暖房能力も従来の加熱体として構成される熱交換器の暖房能力も利用する熱交換器配置が明示される。空気の除湿と加熱とのこのような空間的分離と、加熱体およびヒートポンプヒータの併用とによって、湿気または寒冷に起因した凝縮水の態様の沈殿は確実に回避されている。この熱交換器配置は主に、冷却水を一次側で負荷可能な第１熱交換器と冷媒を一次側で負荷可能な第２熱交換器とを含み、両方の熱交換器は二次側で空気流れ通路中に接続されており、第２熱交換器は２つの部分要素に分割され、第１熱交換器は空気流れ方向に見て両方の部分要素の間に接続されている。換言するなら、第２熱交換器の第１部分要素または第１部分ブロックは空気流れ通路内において空気流れ側で第１熱交換器の上流にあり、別の第２部分要素または別の部分ブロックは空気流れ側で第１熱交換器の下流にある。空気流れ方向で第１熱交換器の下流に配置される第２部分要素によって、空気流が第１熱交換器から流出後にさらに加熱されることが確保されている。

本発明に係る熱交換器配置は、第１熱交換器上流での第２熱交換器の空気側配置と第１熱交換器下流での第２熱交換器の空気側配置との間に良好な妥協を提供する。

第１熱交換器上流での第２熱交換器の配置は確かに、ヒートポンプの温度変動がごく僅かであるのでヒートポンプの最適効率を保証するのではあるが、しかし第１、第２熱交換器の総暖房能力が限定されており、達成可能な最高温度が第１熱交換器に流入する冷却水の温度よりも常に低いという欠点を有する。

第１熱交換器下流に第２熱交換器を配置することによって確かに、下流に接続された第２熱交換器が第１熱交換器によって予熱された空気をさらに暖めるので一層高い能力を達成できるのではあるが、しかしヒートポンプの効率が最適ではない欠点を有する。効率はむしろ、第１熱交換器上流に第２熱交換器を配置する場合よりも低い。

それに対して、本発明により第２熱交換器を２つの部分ブロックに分割して配置し、第１部分ブロックを第１熱交換器の上流、第２部分ブロックを第１熱交換器の下流に配置することによって、第１熱交換器下流に第２熱交換器全体を配置する場合よりも高い効率を達成することができ、第１熱交換器から流出後に空気が第２熱交換器の第２部分ブロックによってさらに加温されるので、本発明による配置によって同時に一層高い能力が達成可能である。

能力を高めかつ車両加熱効率を高めるために、冷媒を供給するために入口は空気流れ方向に見て第２部分要素に通じている。好ましくは、冷媒を排出するために出口は空気流とは向流で空気流れ方向に見て第１部分要素から出発している。冷媒のこのような供給排出によって、第１熱交換器から流出後に空気流の十分に良好な加温が、同時に第１部分要素内で冷媒流を十分に冷却して可能である。選択的にまたは付加的に冷媒の供給排出は空気流と並流でも行うことができる。冷媒は第１部分要素に設けられる入口を介して供給され、第２部分要素に設けられる出口を介して排出される。

他の好ましい１実施形態において、第１部分要素から排出される冷媒によって圧縮機内に案内される冷媒を予熱するための第３熱交換器が設けられている。これは、熱交換器配置において同時に僅かな冷媒質量流において入口温度を高めることになる。

第２熱交換器に冷媒を柔軟に流通させるために第２熱交換器は好ましくは、並列に流通可能で１平面において互いに平行に配置される若干数の冷媒管によって形成されている。第２熱交換器の形式と実施とに応じて冷媒管は１平面において並行または上下に配置しておくことができる。

空気流を多段加熱するために第２熱交換器の部分要素は空気流れ方向に見て直列に接続される冷媒管列によって形成されている。第２熱交換器の両方の部分要素または部分ブロックが一様に形成する冷媒流用に、冷媒管列の個々の冷媒管は好ましくは方向転換管によって互いに結合されている。各部分要素の水平方向または垂直方向で１列に上下または並行に配置される個々の冷媒管のこのような配置と、方向転換管または転向管によるそれらの結合とによって、第２熱交換器はｕ形に構成されている。

熱交換器配置に一様に補給するために、両方の部分要素の少なくとも一方、特に第２部分要素の冷媒管は共通する集合管に結合されている。冷媒を冷媒管に並列供給するための単一の冷媒集合管によって空気流れ方向に見て出口側に設けられる入口を介して第２熱交換器に冷媒流を補給することによって、第１熱交換器下流で空気流の十分に良好な加温または加熱は確保されている。望ましくは、両方の部分要素の一方、特に第１部分要素の冷媒管は、冷媒流出のために、共通する分配管に結合されている。冷媒管のこのような集合補給と冷媒管のこのような集合流出とによって、構成要素、特に集合管または分配管が極力少ない特別コンパクトな配置が得られる。

好ましい１実施形態において第１熱交換器は、並列に流通可能で１平面において互いに平行に配置される若干数の冷却水管によって形成されている。例えば冷却水管は１平面において並行または上下に配置されている。ふつう第１熱交換器は、冷却水を供給もしくは排出するための少なくとも１つの入口と出口を備えた水箱に一体化されている。

特にｕ形の第２熱交換器を簡単に構成するために、第２熱交換器の冷媒管は第１熱交換器の冷却水管に垂直に配置されている。これにより、第２熱交換器の部分要素の方向転換または転向が水箱または第１熱交換器集合管を介して案内されなくともよいことが確保されている。これはさらに、第１熱交換器と第２熱交換器とで形成される熱交換器配置の特別コンパクトな実施をもたらす。第１部分要素と第１熱交換器と第２熱交換器との直列接続からなる熱交換器配置全体の空気流れ方向に延びる奥行にとって決定的なのは特に第１熱交換器のブロックの奥行であって、水箱の奥行ではない。

好ましい１実施形態において第２熱交換器の冷媒管は垂直に配置され、第１熱交換器の冷却水管は水平に配置されている。第２部分ブロックが第１熱交換器の下流で直交流回路に実施されていると、特に第１熱交換器を投入したとき冷媒流れ方向に沿って空気流出温度が低下する。これは、特にヒートポンプ回路のとき顕著となる不規則な左右温度分布をもたらす。ヒートポンプ回路は内部熱交換器によって第２熱交換器の下流、圧縮機の上流で冷媒流のいわゆる内部熱交換を実行し、第２熱交換器に高い入口温度が現れるが、しかし冷媒質量流は僅かである。内部熱交換なしのヒートポンプ回路では、低い冷媒入口温度において一層高い質量流が現れ、左右温度分布はそんなに顕著ではない。温度分布は有利には第１熱交換器の相応する負荷によって補償することができ、第１熱交換器の左半分と右半分は別々に負荷可能である。

このような直交回路の代わりに、第２熱交換器の冷媒管は第１熱交換器の冷媒管と並列に配置しておくことができる。その際、第１熱交換器の冷媒管の周りで、特に入口および／または出口の周りで方向転換管または転向管が十分良好に向きを変えることを確保しなければならない。その際、温度分布の補償が損なわれることがある。これは、熱交換器配置の高さに沿った温度成層を希望するとき有利なことがあり、その際管は垂直に延設される。

空気流れ方向に見て下側領域で暖かい空気流を得るために、第２熱交換器、特に第２部分要素の冷媒管は下から上へと冷媒を負荷される。さらに、調整可能な冷媒流によって、希望する温度成層を調整することができる。これにより、多い質量流と低い高圧、従って低い冷媒入口温度において、または少ない質量流と高い高圧、従って高い冷媒入口温度において、実質的に同じ能力、特に暖房能力を変換することができる。第１の事例では熱交換器配置で極力僅かなまたは小さな温度成層が調整され、第２の事例では特別大きな温度成層が調整されている。このような温度成層、特にその調整は、空気流を引き起こす圧縮機の相応する制御によって、また圧縮機下流の膨張部材、特に弁の相応する制御、特に閉鎖または開放によって行われる。

個々の空気流ゾーンを選択的に負荷するために第２熱交換器の各部分要素はセグメント構成されている。そのことから帰結する部分要素の個々のセグメントは、個々のゾーンの個別的温度調節用に個々に接続可能、また供給可能な冷媒流に関して制御可能である。例えば熱交換器配置の暖房モード、すなわちいわゆるヒートポンプ運転のとき部分要素のいわゆる左右分離が、または空気流のいわゆる４ゾーン空気調和も、部分要素の相応するセグメント化によって可能である。冷媒流のセグメント化または分割は主に第２熱交換器の還流路内で、すなわち向流運転時には空気流れ方向に見て第１部分要素内または並流運転時には第２部分要素内で行われる。というのも、そこでは冷媒温度が最も低く、従って当該調整部材または膨張部材、特に弁に対する要求が厳しくないからである。部分要素の左右分離のため、付属する冷媒管列の個々の冷媒管は垂直に延設される。それに対して、冷媒管を空気流通路内に水平に配置した場合垂直方向での冷媒成層、従って空気流のゾーン温度調節が制御される。

好ましい１実施形態において第１熱交換器と第２熱交換器は空気流れ通路内で直交並流式に接続されている。換言するなら、直交並流は３つの通路‐外側の２つは第２熱交換器の各部分要素に、内側の１つは第１熱交換器に‐を含み、通路は空気流の流れ方向と並流で冷媒流もしくは冷却水流を流通させる。能力をさらに高めるために、直交並流の代わりに第１熱交換器と第２熱交換器は空気流れ通路内で直交向流式に接続されている。直交向流はやはり３つの通路‐外側の２つと内側の１つ‐を含むことができ、冷却水流および／または冷媒流は空気流と向流で流れる。熱交換器配置の形式と実施とに応じて他の通路、すなわち第２熱交換器の他の部分要素および／または分割式第１熱交換器を設けておくことができる。向流および／または並流および／または直交流において流れ方向の任意の組合せが可能である。

熱交換器配置を特別簡単に組付けて構成するために、第１熱交換器と第２熱交換器は共通するモジュールに一体化されている。換言するなら、第１熱交換器と第２熱交換器はモノブロックの態様の構造ユニットを形成する。これにより、熱交換器配置を受容する水箱の簡単な組付けと単純な構造が可能である。両方の熱交換器の管束は自由に滑動可能または浮動可能に水箱内で保持されており、これにより僅かな熱応力が現れる。

好ましい１実施形態において第１熱交換器と第２熱交換器は連続的フィンを介して互いに結合されている。第１熱交換器を第２熱交換器から十分良好に断熱するためにフィンは凹部または切欠き部を備えている。構造ユニットを形成するこのような熱交換器配置によって特別コンパクトな構造が得られる。特に両方の熱交換器は１操作ステップにおいて、例えばすべての管列に共通する連続的フィンを利用して管列または管束をろう接することによって可能である。熱交換器配置をユニットとして構成して冷媒管が冷却水管と並行に延設される場合、第２熱交換器の方向転換管が第１熱交換器、特にその水箱に十分良好に密着しまたは寄りかかることによって、第１熱交換器と第２熱交換器、特にそのブロックまたは部分要素との間の距離が極力小さくなり、水箱の幅によって増大するのではないことを達成することができる。

構造ユニットの代わりに、第１熱交換器と第２熱交換器は互いに分離して配置しておくことができる。分離構成された熱交換器配置の形式と実施とに応じて、管列も個々の管およびフィンも相互に分離して配置されている。特別好ましい１実施形態において第１熱交換器と第２熱交換器は相互に１ｍｍ〜５ｍｍの距離に配置されている。換言するなら、第１部分要素と第１熱交換器との間、第１熱交換器と第２部分要素との間で各距離は少なくとも１ｍｍである。

複数の機能を組合せた空調装置の場合、相応に構成される暖房／冷房回路は、空気流れ通路内で二次側に接続される熱交換器配置を備えており、この熱交換器配置は、冷房モードおよび／または暖房モードのとき冷却水を一次側で流通させることのできる第１熱交換器と、暖房モードのとき冷媒を一次側で流通させることのできる第２熱交換器とを含み、第１熱交換器は空気流れ方向に見て第２熱交換器の２つの部分要素の間に接続されている。このように構成された暖房／冷房回路において本発明によれば、被空調空気流が暖房モードのとき空気流れ方向に見て２段冷媒流と、２つの冷媒流の間に接続される冷却水流とによって加熱される。形式と実施とに応じて冷媒流と冷却水流は空気流に対して直交並流式または直交向流式に案内される。

本発明で達成される諸利点は、特に、冷却水を負荷可能な第１熱交換器と冷媒を負荷可能な、第１熱交換器を取り囲むように分割された第２熱交換器とによって空気流をこのように複合的に加熱することによって空気流の多段加熱が可能となり、この多段加熱が暖房能力の上昇、従ってエンジン冷却回路中に接続された第１熱交換器の負担を同時に軽減して加熱の効率向上を可能とすることにある。さらに、第２熱交換器によって、特にその部分要素によって第１熱交換器をこのように取り囲むと熱交換器配置の特別コンパクトな配置が得られ、この配置はさらに共通する集合管または分配管によって特別簡単安価に構成されている。

本発明の実施例が図面を基に詳しく説明される。

相対応する部材にはすべての図において同じ符号が付けてある。

図１が示す熱交換器配置１は冷却水Ｋ１を一次側で負荷可能な第１熱交換器２と冷媒Ｋ２を一次側で負荷可能な第２熱交換器４とを備えている。第１熱交換器２と第２熱交換器４は二次側で空気流れ通路６中に接続されている。空気流Ｌを生成するために空気流れ通路６中に空気流れ方向Ｒに見て入口側で熱交換器配置１の上流に送風機８が配置されている。

空気流れ方向Ｒに見て空気流れ通路６内を流れる空気Ｌを多段加熱するために第２熱交換器４が２つの部分要素４ａ、４ｂに分割されている。第１熱交換器２は空気流れ方向Ｒで両方の部分要素４ａ、４ｂの間に接続されている。部分要素４ａ、４ｂは方向転換通路１０を介して互いに結合されている。

互いに入れ子式に配置される付属する第１熱交換器２および第２熱交換器４を備えた熱交換器配置１は冷却水流Ｋ１もしくは冷媒流Ｋ２の熱交換器への補給に応じて、空気流Ｌとの熱交換を考慮しても、任意に異なる方向推移で構成して相応に流通させることができる。

図２に例示した熱交換器配置１は空気流れ通路６中で直交並流式に接続される第１熱交換器２および第２熱交換器４を備えている。冷却水流Ｋ１と冷媒流Ｋ２は空気流Ｌと並流式に空気流れ方向Ｒで熱交換器配置１内に案内される。図３は熱交換器配置１の流通に関する選択的実施形態を示し、第１熱交換器２と第２熱交換器４は空気流れ通路６中に直交向流式に接続されている。図２と図３による熱交換器配置１の両方の実施形態において第１熱交換器２内の各冷却水流Ｋ１はそれ自体向流として構成されている。選択的に冷却水流Ｋ１は単流でも、すなわち空気流れ方向Ｒに見て単に直交流として、左側で補給のため流入して右側で再び流出しまたはその逆とすることができる（破線の矢印Ｐによって図示）。

図４は熱交換器配置１の一部、特に第２熱交換器４を示す。第２熱交換器４は、並列に流通可能で１平面において互いに平行に配置される若干数の冷媒管１２によって形成されている。冷媒管１２は例えばいわゆる扁平管として構成されている。扁平管として構成される冷媒管１２の間にフィン１３がふつうコルゲートフィンの態様で配置されている。図４による実施形態において冷媒管１２は水平に配置されている。

冷媒管１２は１平面において上下に配置されている。選択的に冷媒管１２は熱交換器配置１の構成に応じて垂直に、従って並行して配置しておくこともできる。

第２熱交換器４の両方の部分要素４ａ、４ｂは空気流れ方向Ｒに見て、直列に接続される冷媒管列１４によって形成されている。各部分要素４ａもしくは４ｂの冷媒管束または冷媒管列１４は、それらの間に第１熱交換器２を受容できるように相互に離間している。各冷媒管列１４の個々の冷媒管１２を結合するために冷媒管は方向転換管１６によって互いに結合されている。冷媒管１２に冷媒Ｋ２を補給するために当該冷媒管１２は共通する集合管１８に結合されている。冷媒Ｋ２を流出させるために当該部分要素４ａの冷媒管１２は共通する分配管２０に結合されている。熱交換器配置１の流通の形式と実施とに応じて冷媒Ｋ２の補給および／または出口はそれぞれ他方の部分要素４ｂもしくは４ａで行うことができる。

図示実施例において冷媒管１２の集合管１８もしくは分配管２０に近い方の管端は主に９０°捩じられ、上下で集合管１８もしくは分配管２０の縦条溝に挿入されている。しかし、管端を捩じることなく集合管１８もしくは分配管２０の横条溝に挿入することも可能である。それに加えて図示実施例において第１部分要素４ａおよび第２部分要素４ｂのそれぞれ１平面にある冷媒管１２と付属する方向転換管１６は一体に構成されており、一体に実施される管は方向転換の両側でそれぞれ９０°捩じられており、方向転換は合計１８０°の曲げに相当し、この曲げは各９０°の２つの曲げ部に実現されている。両方の曲げ部の間の距離は両方の部分要素４ａ、４ｂの間に配置される第１熱交換器２の相応する寸法にほぼ一致する。しかし、前記管を多部分、例えば３部分に実施することも考えられる。

しかし、管端を上記の如くに収容した集合管１８もしくは分配管２０を部分要素４ａ、４ｂの入口側もしくは出口側と方向転換側とに配置することも基本的に可能である。その場合、第１部分要素４ａの集合管１８もしくは分配管２０を方向転換しもしくは第２部分要素４ｂの相応する集合管１８もしくは分配管２０と結合して第１部分要素４ａを第２部分要素４ｂと連通させることは、例えば少なくとも１つの方向転換管を介して行われる。その際、例えば集合管１８もしくは分配管２０の上端および／または下端に方向転換管が配置されている。これに加えて、部分要素の方向転換側の集合管１８もしくは分配管２０を集合機能も分配機能も引き受ける部材として実施することも考えられる。その場合、このような部材内の相応する手段によって第１部分要素４ａの冷媒管と第２部分要素４ｂの冷媒管との間に任意の結合を実現することができる。集合管／分配管部材は、第１熱交換器２を挿入するために第１部分要素４ａと第２部分要素４ｂとの間に所要の距離が存在しているように設計されている。

図５は、両方の部分要素４ａ、４ｂの間に第１熱交換器２を配置した熱交換器配置１を斜視図で示す。第１熱交換器２は、並列に流通可能で１平面において互いに平行に配置される若干数の冷却水管２１によって形成されており、冷却水管は１つの冷却水管列または管束へとまとめて接続されている。第１熱交換器２の形式と構成とに応じてこの熱交換器は単に１つの冷却水管列を含むことができる。いわゆる加熱体として構成される第１熱交換器２の従来の構造は例えば特許文献５に述べられている。しかし第１熱交換器２に関して別の態様および構成も可能である。ふつう第１熱交換器２は内燃エンジンを冷却するエンジン冷却回路に一体化されている。このため第１熱交換器２は相応する入口２２および出口２４を介して冷却水回路に一体化される。特に第１熱交換器２はいわゆる水箱２６内に配置されている。

熱交換器配置１を極力コンパクトに実施するために第１熱交換器２と第２熱交換器４は構造ユニットとして実施され、すなわち共通するモジュール内に一体化されている。このため、冷媒管１２の間で各冷媒管列１４内に配置されるフィン１３は連続的フィン２８の態様で第１熱交換器２のフィンと結合されている。すなわち、部分要素４ａ、４ｂの個々の冷却水管２１と冷媒管１２との間に延設されるフィン１３は熱交換器配置１全体にわたるフィン２８として構成されている。第１熱交換器２を第２熱交換器４、特にその部分要素４ａ、４ｂから断熱するために、連続的フィン２８は詳しくは図示しない凹部を備えている。このように一体モジュールとして構成される熱交換器配置１は１製造プロセスにおいて管列を連続的フィン２８とろう接することによって製造可能である。

構造ユニットとして構成される熱交換器配置１の代わりに、第１熱交換器２と第２熱交換器４は相互に個別に、従って分離して配置しておくことができる。熱交換器は好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍの距離に配置されている。第２熱交換器４を第１熱交換器２からこのように分離配置する場合、個々の部分要素４ａ、４ｂはやはり第１熱交換器２から少なくとも１ｍｍの距離で相互に離間して配置されている。第１熱交換器２を第２熱交換器４から極力良好に断熱するために、分離配置において当該管１２、１６、２１およびフィン１３、２７も相互に分離され個別に配置されている。

空気流Ｌに冷却水流Ｋ１および／または冷媒流Ｋ２を選択的に負荷するために、第１熱交換器２および／または第２熱交換器４はセグメント構成されている。第２熱交換器４のセグメント３０への区分が図６に例示されている。このため集合管２０は、部分要素４ｂの冷媒管列１４を形成する当該数の冷媒管１２が出口２２ａに通じ、別の数の冷媒管１２が他の出口２２ｂに通じるように区分されている。冷媒管１２もしくは冷媒管２１の配置に応じて、すなわち冷媒管が水平配置か垂直配置かに応じて、空気流Ｌの個々のゾーンの個別的温度調節、例えばいわゆる左右分離、または４ゾーン空気調和も、ヒートポンプ運転の暖房モードのとき可能とすることができる。さらに、部分要素４ａ、４ｂの個々の冷却水管２１と冷媒管１２との間に延設されるフィン１３は熱交換器配置１全体にわたるフィン２８として構成しておくことができる。

図７と図８は車両空調装置用暖房／冷房回路３２内の熱交換器配置１を示す。暖房／冷房回路３２が有する空調機３４はさまざまな機能用、例えば暖房モード、除湿モードおよび／または冷房モード用に設計されている。この空調機３４は空気流れ方向Ｒに見て送風機８の下流に配置される蒸発器３６を含む。蒸発器３６の下流に空気流れ側で熱交換器配置１が接続されている。第１熱交換器２は冷却水管路３８を介して車両の詳しくは図示しない駆動集成装置と接続されており、高温の冷却水Ｋ１は第１熱交換器２を流通できる。空調機３４の他に暖房／冷房回路３２は外部熱交換器４０と圧縮機４２とを有する。暖房／冷房回路３２のこれらの構成要素、すなわち空調機３４、外部熱交換器４０および圧縮機４２は冷媒管路Ｌ１〜Ｌ１０を介して互いに結合されている。暖房／冷房回路３２の運転時、特に冷房モード時、つまり車室内に供給されるべき空気Ｌが専ら冷却されるべきである場合、暖房／冷房回路３２は以下の如くに接続される。

圧縮機４２から出発して冷媒Ｋ２は管路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を介して外部熱交換器４０に供給される。このため弁４４が開放され、弁４６が閉鎖される。高温ガスとして存在する冷媒Ｋ２は外部熱交換器４０内で冷却される。外部熱交換４０から冷媒Ｋ２は管路Ｌ４、Ｌ５を介して第１膨張部材４８へと流れる。膨張部材４８を流通するとき冷媒Ｋ２は膨張し、管路Ｌ６を介して蒸発器３６に供給され、蒸発器内で冷媒Ｋ２は蒸発し、それとともに被冷却空気Ｌから熱を奪う。管路Ｌ７を介して冷媒Ｋ２は冷媒集合器50を介して圧縮機４２に戻される。

冷房モードのとき熱交換器配置１は作動停止しており、冷媒Ｋ２は管路Ｌ２を介してこの膨張部材および第２膨張部材５２の脇を案内され、管路Ｌ２は暖房バイパス管路として利用される。冷媒Ｋ２として例えばＣＯ_２または別の冷媒が利用される。

車室内に供給されるべき空気Ｌが専ら加熱されねばならない暖房モードのとき、蒸発器３６は作動停止し、熱交換器配置１が作動している。このため暖房／冷房回路３２はいわゆるヒートポンプとして作動し、いわゆるヒートポンプ運転中である。冷媒Ｋ２は圧縮機４２から管路Ｌ１、Ｌ８を介して高温ガスとして熱交換器配置１に供給される。特に冷媒Ｋ２は第２熱交換器４の流れ出口側で空気流れ通路６中に配置される部分要素４ｂに供給される。その際、冷媒Ｋ２は空気流れ通路６内を流れる空気流Ｌに熱を放出し、こうして空気流Ｌを加熱する。空気流れ方向Ｒに見て第２部分要素４ｂから冷媒Ｋ２は方向転換管１０を介して第１部分要素４ａに供給され、これにより空気流Ｌは冷媒Ｋ２が熱を放出することによって再度加熱される。引き続き冷媒Ｋ２は管路Ｌ９を介して第２膨張部材５２に供給され、そこで膨張する。管路Ｌ３を介して冷媒Ｋ２は外部熱交換器４０に供給され、この外部熱交換器はいまや蒸発器として運転可能であり、そのなかで冷媒Ｋ２が蒸発し、外気から熱を奪う。管路Ｌ４、Ｌ１０、Ｌ７を介して冷媒Ｋ２は冷媒集合器５０から再び圧縮機４２に供給される。弁５４を介して遮断可能な管路Ｌ１０は暖房モードのとき蒸発器３６を冷媒側で迂回するための冷房バイパス管路として役立つ。

付加的に暖房モードのとき第１熱交換器２は暖房弁５６を相応に開放することによって運転することができ、高温の冷媒Ｋ１は駆動集成装置から第１熱交換器２へと流れることができる。

車室内に供給されるべき空気Ｌの除湿と加温とに役立つ再加熱運転のとき蒸発器３６も熱交換器配置１も作動しており、空気Ｌはまず蒸発器３６内で冷却することができ、空気Ｌ中に含まれた水分は凝縮することができる。空気Ｌは車室に供給される前に熱交換器配置１内、特に第２熱交換器４内、選択的に第１熱交換器２内で再び暖めることができる。

再加熱運転のとき冷媒Ｋ２は圧縮機４２から出発して管路Ｌ１、Ｌ８を介して熱交換器配置１に供給され、熱交換器配置１内で冷媒Ｋ２は空気Ｌに熱を放出することができる。管路Ｌ９を介して冷媒Ｋ２は膨張部材５２へと送られる。冷媒は膨張部材をその調整に応じて本質的圧力損失なしに通過することができ、または有利な圧力に絞ることができる。管路Ｌ３を介して冷媒Ｋ２は外部熱交換器４０に送られ、そこから管路Ｌ４、Ｌ５を介して第１膨張部材４８に、また管路Ｌ６を介して蒸発器３６に供給される。蒸発器３６から冷媒Ｋ２は管路Ｌ７を介し、再び冷媒集合器５０を介して圧縮機４２へと送られる。

暖房／冷房回路３２の形式と構成とに応じて冷媒集合器５０と圧縮機４２との間に第３熱交換器５８、いわゆる内部熱交換器５８を設けておくことができる。内部熱交換器５８は特にＣＯ_２を使用する冷媒Ｋ２の場合能力向上のために設けられており、熱交換器５８は高圧側（＝管路Ｌ５）と低圧側（＝管路Ｌ７）との間で熱交換をもたらす。図７において暖房／冷房回路は、内部熱交換器５８が冷房運転時に作動し、ヒートポンプ運転時には機能しないように接続されている。図８において暖房／冷房回路は、内部熱交換器５８が冷房運転時にもヒートポンプ運転時にも作動するように接続されている。図８にはヒートポンプ運転時に能力を高めるために運転される内部熱交換器５８を有する暖房／冷房回路３２が示される。例えば暖房運転時に冷媒Ｋ２は弁４６を通して管路Ｌ８を介して熱交換器配置１へと流れ、そこで空気流Ｌを暖める。そこから冷媒は管路Ｌ１０９、Ｌ５を通して内部熱交換器５８へと流れ、この熱交換器はいまや高圧側で冷房運転時とは別の方向に流通させる。管路Ｌ４内で内部熱交換器５８の下流に配置される逆止め弁６０は所定の流れ方向において閉鎖されており、冷媒Ｋ２は他の膨張部材６２によって低い圧力に絞られ、外部熱交換器４０内で周囲からの熱吸収によって蒸発される。さらに、管路Ｌ７、Ｌ１１１、Ｌ１０９中に他の逆止め弁６０が接続されている。外部熱交換器４０も暖房運転または暖房モード時に冷房モード時とは別の方向に流通させる。吸引ガスは他の弁６４から管路Ｌ１１０を介して冷媒集合器５０へと流れ、そこから内部熱交換器５８内を流れ、そこで暖められ、主に完全に蒸発し、または過熱されさえする。内部熱交換器５８から冷媒は圧縮機４２内に流れ、そこで高い圧力に圧縮される。膨張弁５２が閉鎖されており、蒸発器３６はこの暖房モードのとき流通させず、従って機能していない。

圧縮機４２と内部熱交換器５８との間から出発する管路Ｌ１１１は他の部材６６によって連続的に絞られている。この場合ここでも、内部熱交換器５８と圧縮機４２との間での管路Ｌ１１１の低圧側末端の位置決めはこの部分流による能力損失をごく僅かとするために十分に最適化されている。それゆえにこの部分流は極力少なく選択される。管路Ｌ１１１の図示した位置決めによって、是認できないほどに高い高温ガス温度が現れる場合、管路Ｌ１１１の低圧側末端は選択的に冷媒集合器５０と内部熱交換器５８との間にも、または膨張部材５２と冷媒集合器５０との間にも、位置決めすることができる。付加的に膨張弁または膨張部材５２の開放によって蒸発器３６は作動させることができ、空気流Ｌは除湿される。

外部熱交換器４０が氷結する場合、暖房／冷房回路３２はさらに弁６８によって霜取り運転に切り換えることができる。弁６８は管路Ｌ１と管路Ｌ４との間に接続されている。冷媒Ｋ２はこの場合圧縮機４２から弁６８（弁４６、４４は閉鎖されている）を介して膨張部材６２へと流れ、そこで冷媒は絞られ、次に外部熱交換器４０内で周囲に熱を放出し、これにより外部熱交換器４０は除氷され、それとともに再び解氷される。冷媒Ｋ２は引き続き管路Ｌ１１０の弁６４を介して冷媒集合器５０とこの場合機能しない内部熱交換器５８とに供給され、引き続き圧縮機４２に戻される。

２つの部分要素に分割された第２熱交換器と空気流れ方向に見て２つの部分要素の間に配置される第１熱交換器とを有する熱交換器配置を概略示す。 直交並流で流通させることのできる第１、第２熱交換器を有する熱交換器配置を概略示す。 直交向流で流通可能な熱交換器を有する熱交換器配置を概略示す。 ２つの部分要素で形成される第２熱交換器を略斜視図で示す。 第２熱交換器によって取り囲まれた第１熱交換器を有する熱交換器配置を略斜視図で示す。 セグメント化された部分要素を有する第２熱交換器を略斜視図で示す。 図１による熱交換器配置を有する第１暖房／冷房回路を概略示す。 図１による熱交換器配置を有する第２暖房／冷房回路を概略示す。

符号の説明

１ 熱交換器配置
２、４ 熱交換器
４ａ、４ｂ 第２熱交換器４の部分要素
６ 空気流れ通路
８ 送風機
１０ 方向転換通路
１２ 冷媒管
１３ フィン
１４ 冷媒管列
１６ 方向転換管
１８ 集合管
２０ 分配管
２１ 冷却水管
２２、２２ａ、２２ｂ 入口
２４ 出口
２６ 水箱
２８ フィン
３０ 熱交換器４のセグメント
３２ 暖房／冷房回路
３４ 空調機
３６ 蒸発器
３８ 冷却水管路
４０ 外部熱交換器
４２ 圧縮機
４４、４６ 弁
４８ 第１膨張部材
５０ 冷媒集合器
５２ 第２膨張部材
５４ 弁
５６ 暖房弁
５８ 第３内部熱交換器
６０ 逆止め弁
６２ 膨張部材
６４ 弁
６６ 部材
６８ 弁
Ｋ１ 冷却水／冷却水流
Ｋ２ 冷媒／冷媒流
Ｌ 空気、空気流
Ｌ１〜Ｌ１０ 管路、特に冷媒管路
Ｌ１０９〜Ｌ１１１ 管路、特に冷媒管路
Ｒ 空気流れ方向

Claims (27)

1. 暖房／冷房回路（３２）を有する車両空調装置のための熱交換器配置（１）であって、冷却水（Ｋ１）を一次側で負荷可能な第１熱交換器（２）と冷媒（Ｋ２）を一次側で負荷可能な第２熱交換器（４）とを有し、第１及び第２熱交換器（２、４）が二次側で空気流れ通路（６）中に接続されており、第２熱交換器（４）が第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）に分割され、第１熱交換器（２）が空気流れ方向（Ｒ）で見て第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に接続されており、
   冷媒（Ｋ２）が第２熱交換器（４）の第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）を通って直列に流れていて、冷媒（Ｋ２）が、最初に第２部分要素（４ｂ）を流れて、第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に設けられた方向転換管（１０、１６）を介して、更に第１部分要素（４ａ）を流れるようになっている熱交換器配置。
2. 暖房／冷房回路（３２）を有する車両空調装置のための熱交換器配置（１）であって、冷却水（Ｋ１）を一次側で負荷可能な第１熱交換器（２）と冷媒（Ｋ２）を一次側で負荷可能な第２熱交換器（４）とを有し、第１及び第２熱交換器（２、４）が二次側で空気流れ通路（６）中に接続されており、第２熱交換器（４）が第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）に分割され、第１熱交換器（２）が空気流れ方向（Ｒ）で見て第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に接続されており、
   第１部分要素（４ａ）から排出される冷媒（Ｋ２）によって圧縮機（４２）内に案内される冷媒（Ｋ２）を予熱するための第３熱交換器（５８）が設けられている熱交換器配置。
3. 冷媒（Ｋ２）を供給するために入口（２２）が空気流れ方向（Ｒ）に見て第２部分要素（４ｂ）に通じている、請求項１または２記載の熱交換器配置。
4. 冷媒（Ｋ２）を排出するために出口（２４）が空気流れ方向（Ｒ）に見て第１部分要素（４ａ）から出発している、請求項１〜３いずれか１項記載の熱交換器配置。
5. 並列に流通可能で１平面において互いに平行に配置される若干数の冷媒管（１２）によって第２熱交換器（４）が形成されている、請求項１〜４のいずれか１項記載の熱交換器配置。
6. 第２熱交換器（４）の第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）が空気流れ方向（Ｒ）で見て直列に接続される冷媒管列（１４）によって形成されている、請求項１〜５のいずれか１項記載の熱交換器配置。
7. 冷媒管列（１４）の個々の冷媒管（１２）が方向転換管（１６）によって互いに結合されている、請求項６記載の熱交換器配置。
8. 第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の一方、特に第２部分要素（４ｂ）の冷媒管（１２）が、補給のために、共通する集合管（１８）に結合されている、請求項５〜７のいずれか１項記載の熱交換器配置。
9. 第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の一方、特に第１部分要素（４ａ）の冷媒管（１２）が、冷媒（Ｋ２）流出のために、共通する分配管（２０）に結合されている、請求項５〜８のいずれか１項記載の熱交換器配置。
10. 並列に流通可能で１平面において互いに平行に配置される若干数の冷却水管によって第１熱交換器（２）が形成されている、請求項１〜９のいずれか１項記載の熱交換器配置。
11. 第２熱交換器（４）の冷媒管（１２）が第１熱交換器（２）の冷却水管（２１）に垂直に配置されている、請求項１０記載の熱交換器配置。
12. 第２熱交換器（４）の冷媒管（１２）が水平に配置され、第１熱交換器（２）の冷却水管（２１）が垂直に配置されている、請求項１０または１１記載の熱交換器配置。
13. 第２熱交換器（４）の各部分要素（４ａ、４ｂ）が、冷媒（Ｋ２）を選択的に負荷するためにセグメント構成されている、請求項１〜１２のいずれか１項記載の熱交換器配置。
14. 第１熱交換器（２）と第２熱交換器（４）が空気流れ通路（６）内で直交並流式に接続されている、請求項１〜１３のいずれか１項記載の熱交換器配置。
15. 第１熱交換器（２）と第２熱交換器（４）が空気流れ通路（６）内で直交向流式に接続されている、請求項１〜１４のいずれか１項記載の熱交換器配置。
16. 第１熱交換器（２）と第２熱交換器（４）が１つのモジュールに一体化されている、請求項１〜１５のいずれか１項記載の熱交換器配置。
17. 第１熱交換器（２）と第２熱交換器（４）が連続的フィン（２８）を介して結合されている、請求項１〜１６のいずれか１項記載の熱交換器配置。
18. フィン（２８）が凹部を備えている、請求項１７記載の熱交換器配置。
19. 第１熱交換器（２）と第２熱交換器（４）が互いに分離して配置されている、請求項１〜１５のいずれか１項記載の熱交換器配置。
20. 第１熱交換器（２）と第２熱交換器（４）が相互に１ｍｍ〜５ｍｍの距離に配置されている、請求項１〜１９のいずれか１項記載の熱交換器配置。
21. 請求項１〜２０のいずれか１項記載の熱交換器配置を有する車両空調装置の暖房／冷房回路（３２）。
22. 空気流れ通路（６）内で二次側に接続された熱交換器配置（１）が、冷房モードおよび／または暖房モードのとき冷却水（Ｋ１）を一次側で流通させることのできる第１熱交換器（２）と、暖房モードのとき冷媒（Ｋ２）を一次側で流通させることのできる第２熱交換器（４）とを有し、第１熱交換器（２）が空気流れ方向（Ｒ）で見て第２熱交換器（４）の２つの部分要素（４ａ、４ｂ）の間に接続されている、請求項２１記載の暖房／冷房回路（３２）。
23. 車両空調装置の暖房／冷房回路（３２）を制御および／または調節するための方法であって、暖房／冷房回路（３２）を有する車両空調装置のための熱交換器配置（１）が、冷却水（Ｋ１）を一次側で負荷可能な第１熱交換器（２）と冷媒（Ｋ２）を一次側で負荷可能な第２熱交換器（４）とを有し、第１及び第２熱交換器（２、４）が二次側で空気流れ通路（６）中に接続されており、第２熱交換器（４）が第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）に分割され、第１熱交換器（２）が空気流れ方向（Ｒ）で見て第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に接続されており、
    空調される空気（Ｌ）の流れが暖房モードのとき空気流れ方向（Ｒ）で見て冷媒（Ｋ２）の２段の流れと、冷媒（Ｋ２）の２つの流れの間に接続される冷却水（Ｋ１）の流れとによって加熱されるようになっており、
    冷媒（Ｋ２）が第２熱交換器（４）の第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）を通って直列に流れていて、冷媒（Ｋ２）が、最初に第２部分要素（４ｂ）を流れて、第１及び第２部分要素（４ａ、４ｂ）の間に設けられた方向転換管（１０、１６）を介して、更に第１部分要素（４ａ）を流れるようになっている方法。
24. 冷媒（Ｋ２）の流れと冷却水（Ｋ１）の流れが空気（Ｌ）の流れに対して直交並流式に案内される、請求項２３記載の方法。
25. 冷媒（Ｋ２）の流れと冷却水（Ｋ１）の流れが空気（Ｌ）の流れに対して直交向流式に案内される、請求項２３または２４記載の方法。
26. 請求項１〜２０のいずれか１項記載の熱交換器配置（１）を有する車両空調装置。
27. 請求項２１〜２２のいずれか１項記載の暖房／冷房回路（３２）を有する車両空調装置。

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