JP4889906B2 - 自動車のキャビンの温度を調節するための方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、自動車のキャビンの温度を調節するための方法および装置に関する。
【０００２】
従来技術、特にＦＲ−２６９７２１０は、自動車のキャビンの温度を調節する方法であって、低温源から熱を奪ってその熱の少なくとも一部を高温源に伝達する冷媒流体のための圧縮回路を有する、ヒートポンプの高温源からキャビンへ熱が与えられる方法を開示している。
【０００３】
一般に、圧縮回路は、低温源と熱交換する蒸発器と、高温源と熱交換する凝縮器とを備えており、これらの要素は、コンプレッサおよび膨張弁によって互いに接続されている。冷媒は、蒸発器内で気化することにより、低温源から熱を奪う。コンプレッサは、気化した冷媒を吸い込んで、この冷媒を、高温源との熱交換によって冷却される凝縮器内に送る。そして、この凝縮器内で冷媒が凝縮される。膨張弁によって、液化状態の冷媒を減圧して蒸発器に送ることができる。
【０００４】
空間や部品を加熱するため、あるいは、前記空間や前記部品を冷却するために、ヒートポンプを使用することができる。
【０００５】
ＦＲ−２６９７２１０において、第１に、低温源は、主回路を構成する冷媒回路を第１の二次冷却回路に熱的に結合する第１の冷媒／冷却剤熱交換器を有するとともに、第２に、高温源は、主冷媒回路を第２の二次冷却回路に熱的に結合する第２の冷媒／冷却剤熱交換器を有している。
【０００６】
二次回路は、適切な弁を介して、自動車のエンジンルーム内に配置された外部熱交換器と、自動車のキャビン内に配置された内部熱交換器とに対して選択的に接続可能である。弁を作動させることにより、ヒートポンプを使用して、自動車のキャビンを冷却したり（この第１の場合、高温源が外部熱交換器であり、低温源が内部熱交換器である）、あるいは、自動車のキャビンを加熱したり（この第２の場合、高温源が内部熱交換器であり、低温源が外部熱交換器である）することができる。
【０００７】
第２の場合、ヒートポンプの性能は、外気温度によって制限される。冬季においては、ヒートポンプは、キャビンを加熱する目的で使用される場合、外気温度ために効率が制限される。さらに、冬季に低温源が凍結することにより、ヒートポンプの動作性能が損なわれる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、特に自動車のキャビンを加熱するために使用する場合に、ヒートポンプを使用して温度調節装置の性能を最適化することである。
【０００９】
この目的のため、本発明は、前述したタイプの自動車のキャビンの温度を調節する方法であって、再循環されるキャビンの空気流からの熱が、低温源から得られることを特徴とする方法を提供する。
【００１０】
また、本発明は、前述した方法を実施するための装置であって、低温源は、第１の冷媒／冷却剤熱交換器を備え、該第１の冷媒／冷却剤熱交換器は、「外部」熱交換器と「低温」熱交換器とに対して選択的に接続可能な第１の二次冷却回路に、主冷媒回路を熱的に結合し、高温源は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器を備え、該第２の冷媒／冷却剤熱交換器は、外部熱交換器と「高温」熱交換器とに対して選択的に接続可能な第２の二次冷却回路に、主冷媒回路を熱的に結合することを特徴とする装置を提供する。
【００１１】
この装置の他の特徴は以下の通りである。
【００１２】
低温および高温熱交換器が、冷却剤／空気熱交換器である。
【００１３】
低温および高温熱交換器は、好ましくはキャビン内に配置された冷暖房ユニット内に配置され、冷暖房ユニットは、低温および高温熱交換器を通過する空気流回路を形成する。
【００１４】
空気流回路は、キャビンから再循環される空気のための「再循環」空気入口と、自動車の外部に空気を送るための「外部」出口と、再循環空気入口を低温熱交換器の上流側端に接続するための第１の接続手段と、前記低温熱交換器の下流側端を外部出口に接続するための第２の接続手段とを備えている。
【００１５】
第２の接続手段は、高温熱交換器の上流側端と外部出口とに空気を分配するための空気分配手段を備えている。
【００１６】
空気流回路は、自動車の外部からの空気を入れる「外部」空気入口と、空気をキャビンへと送るための「キャビン」空気出口と、外部空気入口を高温熱交換器の上流側端に接続するための第３の接続手段と、高温熱交換器の下流側端をキャビン空気出口に接続するための第４の接続手段とを備えている。
【００１７】
第３の接続手段は、高温熱交換器の上流側端と低温熱交換器の上流側とに空気を分配するための空気分配手段を備えている。
【００１８】
冷暖房ユニットが、空気駆動手段を備え、前記空気駆動手段が、低温熱交換器の上流側または下流側に配置されている。
【００１９】
冷暖房ユニットが、空気駆動手段を備え、前記空気駆動手段が、高温熱交換器の上流側または下流側に配置されている。
【００２０】
添付図面を参照しながら、単に一例として与えられた以下の説明をよめば、本発明を更に良く理解できる。
【００２１】
図１から図３は、図面間にわたって参照符号１０が付与された、本発明の第１の実施形態を構成する自動車温度調節装置を示している。
【００２２】
以下の説明では、適切な熱交換器によって相互に熱を交換する時に、２つの部品は、互いに熱的に結合されると表現される。
【００２３】
温度調節装置１０は、ヒートポンプ１２を備えている。ヒートポンプ１２は、低温源１６から熱を奪うとともに、その熱の少なくとも一部を高温源１８に伝達する圧縮式の主冷媒回路１４を備えている。
【００２４】
低温源１６および高温源１８は、（電気的または機械的に駆動される）コンプレッサ２０および膨張弁２２によって互いに接続されている。冷媒は、低温源１６から熱を奪って気化する。コンプレッサ２０は、気化した冷媒を吸い込んで高温源に送る。冷媒は、この高温源で凝縮して冷却される。膨張弁２２が、冷媒を減圧することにより、冷媒を液体の状態で低温源１６へと送ることができる。冷媒は、図１に矢印で示される方向で、回路１４を循環する。
【００２５】
低温源１６は、主冷媒回路１４を液体冷却剤のための第１の二次回路２６に熱的に結合する第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を備えている。この二次回路は、液体冷却剤を循環させるためのポンプ２８を有している。このポンプは、第１の熱交換器２４の入口に接続されている。
【００２６】
第１の二次回路２６は、「外部」熱交換器３０および「低温」熱交換器３２に対して選択的に接続可能である。
【００２７】
図１から図３に示される例において、外部熱交換器３０は、自動車のエンジンルームＭ内に配置された冷却剤／空気熱交換器であり、低温熱交換器３２は、自動車のキャビンＨ内に配置された冷却剤／空気熱交換器である。
【００２８】
高温源１８は、主冷媒回路１４を液体冷却剤のための第２の二次回路３６に熱的に結合する第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を有している。この第２の二次回路は、液体冷却剤を循環させるためのポンプ３８を有している。このポンプは、第２の熱交換器３４の入口に接続されている。
【００２９】
第２の二次回路３６は、外部熱交換器３０および「高温」熱交換器３９に対して選択的に接続可能である。
【００３０】
図１から図３に示される例において、高温熱交換器３９は、自動車のキャビンＨ内に配置された冷却剤／空気熱交換器である。
【００３１】
従来のファン（図示せず）は、空気の流れを低温熱交換器３２および高温熱交換器３９を通じて循環させる役目を果たす。
【００３２】
第１の熱交換器２４および第２の熱交換器３４に接続されたヒートポンプ１２は、例えば、自動車のエンジンルーム内に配置される。
【００３３】
主回路内を循環する冷媒は従来型のものである。この冷媒は、例えば、メタンまたはエタンの塩素誘導体およびフッ素誘導体（フロン）、炭化水素、アンモニア、または炭酸ガスから選択される。第１の回路２６または第２の回路３６内を循環する冷却剤液体は、水と不凍液（グリコール）との混合物であることが好ましい。
【００３４】
２つの二次冷却剤回路２６、３６は、第１の二次回路の３ポート弁４０と、第２の二次回路の３ポート弁４２と、両方の二次回路に共通の３ポート弁４４とにより、外部熱交換器３０と低温熱交換器３２と高温熱交換器３９とにそれぞれ接続されている。
【００３５】
第１の二次回路２６の３ポート弁４０は、低温源の第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４の出口と、外部熱交換器３０の入口と、低温熱交換器３２の入口とに接続されている。
【００３６】
第２の二次回路３６の３ポート弁４２は、高温源の第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４の出口と、外部熱交換器３０の入口と、高温熱交換器３９の入口とに接続されている。
【００３７】
第１の二次冷却剤回路および第２の二次冷却剤回路３６の両方に共通の弁４４は、低温源の第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４の入口と、高温源の第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４の入口と、外部熱交換器３０の出口とに接続されている。
【００３８】
弁４０から４４は、従来の電気的、機械的、熱機械的、または空気力的な手段によって制御される。
【００３９】
熱交換器３９は、自動車エンジンの冷却液から熱を奪って、この熱をキャビンに送るに適している。
【００４０】
この目的のため、熱交換器３９は、自動車エンジン５０の冷却液回路の分枝部４８に接続されている。無論、このエンジンは、エンジンルームＭ内に配置されている。分枝部４８の下流側端は、高温熱交換器３９の冷却剤入口に接続されている。枝部４８の上流側端は、高温熱交換器３９の冷却剤出口に接続されている。適切な場合には、弁５２は、分枝部４８の上流側端からきて高温熱交換器３９を循環する冷却液の流量を調整するのに役立つ。
【００４１】
したがって、冷却回路に特有の別個の熱交換器に頼ることなく、高温熱交換器３９を使用することにより、エンジン冷却回路から得た熱で自動車のキャビンを加熱することができる。
【００４２】
図１は、自動車キャビン冷却モードにおける温度調節装置１０の構成を示している。これらの状況下で、弁４０から４４は、第１の二次冷却剤回路２６を低温熱交換器３２に接続するとともに、第２の二次冷却剤回路３６を外部熱交換器３０に接続するように設定される。
【００４３】
第１の二次回路２６の冷却剤は、低温熱交換器３２を介してキャビンから熱を奪って、この熱を第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を介して気化された冷媒に送る。
【００４４】
第２の二次回路３６の冷却剤は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を介して凝縮された冷媒から熱を奪って、この熱を外部熱交換器３０を介して自動車の外部に送る。
【００４５】
図２は、キャビンを加熱する第１の形態における装置１０を示している。この形態において、弁４０から４４は、第１の二次冷却剤回路２６を外部熱交換器３０に接続するとともに、第２の二次冷却剤回路３６を高温熱交換器３９に接続するように設定される。
【００４６】
第１の二次回路２６の冷却剤は、外部熱交換器３０を介して自動車の外部から熱を奪って、この熱を第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を介して気化された冷媒に伝える。
【００４７】
第２の二次回路３６の冷却剤は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を介して凝縮された冷媒から熱を奪って、この熱を高温熱交換器３９を介してキャビンに伝える。
【００４８】
適切な場合には、弁５２が少なくとも部分的に開かれ、高温熱交換器３９は、自動車エンジンの冷却液から得られた熱をキャビンに供給することができる。
【００４９】
図３は、第２のキャビン加熱形態における装置１０を示している。この形態において、弁４２および４４は、第２の二次冷却剤回路３６が高温熱交換器３９に接続される点を除き、図２と同様に設定される。弁４０は、第１の二次冷却回路２６を低温熱交換器３２に対して接続するように設定される。
【００５０】
第１の二次回路２６の冷却剤は、低温熱交換器３２を介してキャビンから（特に、後で詳述するように、再循環されたキャビンの空気流から）熱を奪って、この熱を第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を介して気化された冷媒に与える。
【００５１】
第２の二次回路２６の冷却剤は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を介して凝縮された冷媒から熱を奪い、この熱を、高温熱交換器３９を介してキャビンに与える。
【００５２】
その第２の加熱形態において、装置１０は、再循環されたキャビンの空気流からの熱を低温源１６から得ることができる。
【００５３】
図２に示される装置１０の第１の加熱形態と同様に、弁５２が少なくとも部分的に開かれ、熱交換器３９は、自動車エンジンの冷却液から得られた熱をキャビンに供給することができる。
【００５４】
無論、例えばキャビン内の相対湿度の制御に寄与しつつ、急速にキャビンを加熱するために、図１から図３に示されるキャビン冷却形態とキャビン加熱形態との間の中間の形態に、弁４０から４４を設定することができる。
【００５５】
また、図１から図３に示されるように装置１０を構成することにより、特に、図３に示されるように装置１０を構成することにより（第２のキャビン加熱形態）、キャビンの温度を調節可能とするべく、低温熱交換器３２および高温熱交換器３９は、図４に示されるように冷暖房ユニット６２内に配置される。
【００５６】
キャビン内に配置された冷暖房ユニット６２は、低温熱交換器３２および高温熱交換器３９を流過する空気流回路を形成する。空気流回路は、「外部」空気入口６４と称される自動車の外部からの空気のための入口と、「再循環」空気入口６６と称されるキャビンから再循環された空気のための入口と、「外部」出口６８と称されるキャビンの外部へと空気を送るための出口と、「キャビン」出口７０と称されるキャビンへと空気を送るための出口とを備えている。
【００５７】
また、空気流回路は、再循環空気入口６６を低温熱交換器３２の上流側端に接続するための例えばフラップ７２を備えた第１の手段と、この低温熱交換器３２の下流側端を外部出口６８に接続するための例えばフラップ７４を備えた第２の手段とを備えている。
【００５８】
フラップ７２は、図４に実線および破線でそれぞれ示される、再循環空気の最大流量および最小流量を得るための２つの限界位置間で移動できる。
【００５９】
フラップ７４は、高温熱交換器３９の上流側および外部出口６８へと、空気を分配するための部品を構成する。すなわち、フラップ７４は、第１に外部出口６８に対する空気流量を最大にする限界位置と、第２に高温熱交換器の上流側に対する空気流量を最大にする限界位置との間で移動することができる。これらの限界位置は、図４に実線および破線でそれぞれ示されている。
【００６０】
また、空気流回路は、外部空気入口６４を高温熱交換器３９の上流側端に接続するための例えばフラップ７６を備えた第３の接続手段と、高温熱交換器３９の下流側端をキャビン出口７０に接続するための第４の手段とを備えている。第４の手段は、適切な場合には空気流量調整部（図示せず）が設けられた接続ダクト７８を備えている。
【００６１】
フラップ７６は、高温熱交換器３９の上流側端と低温熱交換器３２の下流側端との間に空気を分配する機能を果たす。すなわち、フラップ７６は、第１に高温熱交換器３９の上流側端に向かう空気の流量を最大にする限界位置と、第２に低温熱交換器３２の上流側端に向かう空気の流量を最大にする限界位置との間で移動することができる。これらの限界位置は、図４に実線および破線でそれぞれ示されている。
【００６２】
図４に示されるように、低温熱交換器３２の上流側または低温熱交換器３２の下流側には、ファン装置８０等の空気駆動手段が配置されている。
【００６３】
変形例においては、高温熱交換器３９の下流側（図６参照）または上流側（図７参照）に、別個のファン装置８２等の別個の空気駆動手段を配置することができる。
【００６４】
再循環空気入口６６は、その後部に配置され、且つキャビンから空気を得るためのオリフィスに接続されていることが好ましい。
【００６５】
図５は、冷暖房ユニット６２の作動原理を示している。
【００６６】
図５には、空気の流れが、太い矢印で示されている。高温熱交換器３９または低温熱交換器３２にはそれぞれ、その上流側端に、自動車の外部からくる空気を供給することができる（図５の左に斜線で示された２つに分岐する矢印６４）とともに、キャビンから再循環される空気流を供給することができる（図５の左に中実線で示された２つに分岐する矢印６６）。
【００６７】
高温熱交換器３９の下流側の空気流を、キャビンに向けて方向付けることができる（図５の右に中実線で示される矢印７０）。低温熱交換器３２の下流側の空気流を、自動車の外部に送ることができ（図５の右に斜線で示された矢印６８）、あるいは、適切な場合には、高温熱交換器３９の上流側端に送ることができる。
【００６８】
図１に示されるように、空気流を加熱することなく自動車の外部から空気を得て、自動車のキャビンを冷却するように装置１０を構成する場合、フラップ７２から７６は、例えば、図４に破線で示される位置に配置される。したがって、高温熱交換器３９の作動が停止するため、外部の空気は、低温熱交換器３２を通じて流れた後、循環することなくキャビンへと送られる。
【００６９】
装置１０が図２に示されるようにその第１の加熱形態にある場合、フラップ７６は、先の位置から移動して、例えば図４に実線で示される位置となる。したがって、外部の空気は、高温熱交換器３９（この形態では、高温熱交換器３９が作動される）を通過した後、キャビンへと送られる。
【００７０】
装置１０が図３に示されるようにその第２の加熱形態にある場合、フラップ７２から７６は、図４に実線で示される位置に配置される。したがって、キャビンから再循環された空気流は、低温熱交換器３２を通過した後、自動車の外部へと送られる。この時、高温熱交換器３９には、第１の加熱形態と同様に、外部の空気が流れる。
【００７１】
無論、低温熱交換器３２および高温熱交換器３９を流れる様々な再循環空気および外部空気を組み合わせるために、前述した位置の中間位置にフラップ７２から７４を設定することができる。
【００７２】
図３に示される装置１０の第２の加熱形態は、特に冬季におけるキャビンの加熱に良好に適合する。
【００７３】
この第２の加熱形態において、第１の二次回路２６は、キャビンから再循環された空気と接触する時に、凍結する虞がある低温熱交換器３２に接続される。低温熱交換器３２は、第１の二次回路２６内を循環する冷却剤のための低温源として作用する。この低温源は、図２に示される装置１０の第１の加熱形態において、第１の二次回路２６に接続される外部熱交換器３０よりも熱い。
【００７４】
フラップ７２から７６が、図４に示される実線位置に設定されると、高温熱交換器３９は、自動車の外部から得られた再循環されていない空気流だけを通過させ、これにより、キャビンの窓が曇る虞を低減させる。
【００７５】
装置１０がその第２の加熱形態にある場合に、低温熱交換器３２が、第１の二次回路２６内を循環する冷却剤に対して、外部熱交換器３０よりも熱い低温源として作用するため、ヒートポンプ１２の動作が最適化されるという点が本発明の利点である。
【００７６】
また、冬季においては、装置１０の第２の加熱形態によれば、装置１０の第１の加熱形態で成し得るよりも早く、キャビン内の温度を上昇させることができる。このような利点が得られる理由は、特に、低温源１６から得られる熱が、外気の温度よりも高い温度で再循環されるキャビンの空気流から生じるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自動車の温度を調節する本発明の装置を示す異なる使用形態の概略図である。
【図２】 自動車の温度を調節する本発明の装置を示す異なる使用形態の概略図である。
【図３】 自動車の温度を調節する本発明の装置を示す異なる使用形態の概略図である。
【図４】 図１から図３に示された装置のための冷暖房ユニットの概略図である。
【図５】 図４に示される冷暖房ユニットを流通する空気の流れを示す機能図である。
【図６】 図４に示される冷暖房ユニットの変形例を示している。
【図７】 図４に示される冷暖房ユニットの変形例を示している。
本発明は、自動車のキャビンの温度を調節するための方法および装置に関する。
【０００２】
従来技術、特にＦＲ−２６９７２１０は、自動車のキャビンの温度を調節する方法であって、低温源から熱を奪ってその熱の少なくとも一部を高温源に伝達する冷媒流体のための圧縮回路を有する、ヒートポンプの高温源からキャビンへ熱が与えられる方法を開示している。
【０００３】
一般に、圧縮回路は、低温源と熱交換する蒸発器と、高温源と熱交換する凝縮器とを備えており、これらの要素は、コンプレッサおよび膨張弁によって互いに接続されている。冷媒は、蒸発器内で気化することにより、低温源から熱を奪う。コンプレッサは、気化した冷媒を吸い込んで、この冷媒を、高温源との熱交換によって冷却される凝縮器内に送る。そして、この凝縮器内で冷媒が凝縮される。膨張弁によって、液化状態の冷媒を減圧して蒸発器に送ることができる。
【０００４】
空間や部品を加熱するため、あるいは、前記空間や前記部品を冷却するために、ヒートポンプを使用することができる。
【０００５】
ＦＲ−２６９７２１０において、第１に、低温源は、主回路を構成する冷媒回路を第１の二次冷却回路に熱的に結合する第１の冷媒／冷却剤熱交換器を有するとともに、第２に、高温源は、主冷媒回路を第２の二次冷却回路に熱的に結合する第２の冷媒／冷却剤熱交換器を有している。
【０００６】
二次回路は、適切な弁を介して、自動車のエンジンルーム内に配置された外部熱交換器と、自動車のキャビン内に配置された内部熱交換器とに対して選択的に接続可能である。弁を作動させることにより、ヒートポンプを使用して、自動車のキャビンを冷却したり（この第１の場合、高温源が外部熱交換器であり、低温源が内部熱交換器である）、あるいは、自動車のキャビンを加熱したり（この第２の場合、高温源が内部熱交換器であり、低温源が外部熱交換器である）することができる。
【０００７】
第２の場合、ヒートポンプの性能は、外気温度によって制限される。冬季においては、ヒートポンプは、キャビンを加熱する目的で使用される場合、外気温度ために効率が制限される。さらに、冬季に低温源が凍結することにより、ヒートポンプの動作性能が損なわれる可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、特に自動車のキャビンを加熱するために使用する場合に、ヒートポンプを使用して温度調節装置の性能を最適化することである。
【０００９】
この目的のため、本発明は、前述したタイプの自動車のキャビンの温度を調節する方法であって、再循環されるキャビンの空気流からの熱が、低温源から得られることを特徴とする方法を提供する。
【００１０】
また、本発明は、前述した方法を実施するための装置であって、低温源は、第１の冷媒／冷却剤熱交換器を備え、該第１の冷媒／冷却剤熱交換器は、「外部」熱交換器と「低温」熱交換器とに対して選択的に接続可能な第１の二次冷却回路に、主冷媒回路を熱的に結合し、高温源は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器を備え、該第２の冷媒／冷却剤熱交換器は、外部熱交換器と「高温」熱交換器とに対して選択的に接続可能な第２の二次冷却回路に、主冷媒回路を熱的に結合することを特徴とする装置を提供する。
【００１１】
この装置の他の特徴は以下の通りである。
【００１２】
低温および高温熱交換器が、冷却剤／空気熱交換器である。
【００１３】
低温および高温熱交換器は、好ましくはキャビン内に配置された冷暖房ユニット内に配置され、冷暖房ユニットは、低温および高温熱交換器を通過する空気流回路を形成する。
【００１４】
空気流回路は、キャビンから再循環される空気のための「再循環」空気入口と、自動車の外部に空気を送るための「外部」出口と、再循環空気入口を低温熱交換器の上流側端に接続するための第１の接続手段と、前記低温熱交換器の下流側端を外部出口に接続するための第２の接続手段とを備えている。
【００１５】
第２の接続手段は、高温熱交換器の上流側端と外部出口とに空気を分配するための空気分配手段を備えている。
【００１６】
空気流回路は、自動車の外部からの空気を入れる「外部」空気入口と、空気をキャビンへと送るための「キャビン」空気出口と、外部空気入口を高温熱交換器の上流側端に接続するための第３の接続手段と、高温熱交換器の下流側端をキャビン空気出口に接続するための第４の接続手段とを備えている。
【００１７】
第３の接続手段は、高温熱交換器の上流側端と低温熱交換器の上流側とに空気を分配するための空気分配手段を備えている。
【００１８】
冷暖房ユニットが、空気駆動手段を備え、前記空気駆動手段が、低温熱交換器の上流側または下流側に配置されている。
【００１９】
冷暖房ユニットが、空気駆動手段を備え、前記空気駆動手段が、高温熱交換器の上流側または下流側に配置されている。
【００２０】
添付図面を参照しながら、単に一例として与えられた以下の説明をよめば、本発明を更に良く理解できる。
【００２１】
図１から図３は、図面間にわたって参照符号１０が付与された、本発明の第１の実施形態を構成する自動車温度調節装置を示している。
【００２２】
以下の説明では、適切な熱交換器によって相互に熱を交換する時に、２つの部品は、互いに熱的に結合されると表現される。
【００２３】
温度調節装置１０は、ヒートポンプ１２を備えている。ヒートポンプ１２は、低温源１６から熱を奪うとともに、その熱の少なくとも一部を高温源１８に伝達する圧縮式の主冷媒回路１４を備えている。
【００２４】
低温源１６および高温源１８は、（電気的または機械的に駆動される）コンプレッサ２０および膨張弁２２によって互いに接続されている。冷媒は、低温源１６から熱を奪って気化する。コンプレッサ２０は、気化した冷媒を吸い込んで高温源に送る。冷媒は、この高温源で凝縮して冷却される。膨張弁２２が、冷媒を減圧することにより、冷媒を液体の状態で低温源１６へと送ることができる。冷媒は、図１に矢印で示される方向で、回路１４を循環する。
【００２５】
低温源１６は、主冷媒回路１４を液体冷却剤のための第１の二次回路２６に熱的に結合する第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を備えている。この二次回路は、液体冷却剤を循環させるためのポンプ２８を有している。このポンプは、第１の熱交換器２４の入口に接続されている。
【００２６】
第１の二次回路２６は、「外部」熱交換器３０および「低温」熱交換器３２に対して選択的に接続可能である。
【００２７】
図１から図３に示される例において、外部熱交換器３０は、自動車のエンジンルームＭ内に配置された冷却剤／空気熱交換器であり、低温熱交換器３２は、自動車のキャビンＨ内に配置された冷却剤／空気熱交換器である。
【００２８】
高温源１８は、主冷媒回路１４を液体冷却剤のための第２の二次回路３６に熱的に結合する第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を有している。この第２の二次回路は、液体冷却剤を循環させるためのポンプ３８を有している。このポンプは、第２の熱交換器３４の入口に接続されている。
【００２９】
第２の二次回路３６は、外部熱交換器３０および「高温」熱交換器３９に対して選択的に接続可能である。
【００３０】
図１から図３に示される例において、高温熱交換器３９は、自動車のキャビンＨ内に配置された冷却剤／空気熱交換器である。
【００３１】
従来のファン（図示せず）は、空気の流れを低温熱交換器３２および高温熱交換器３９を通じて循環させる役目を果たす。
【００３２】
第１の熱交換器２４および第２の熱交換器３４に接続されたヒートポンプ１２は、例えば、自動車のエンジンルーム内に配置される。
【００３３】
主回路内を循環する冷媒は従来型のものである。この冷媒は、例えば、メタンまたはエタンの塩素誘導体およびフッ素誘導体（フロン）、炭化水素、アンモニア、または炭酸ガスから選択される。第１の回路２６または第２の回路３６内を循環する冷却剤液体は、水と不凍液（グリコール）との混合物であることが好ましい。
【００３４】
２つの二次冷却剤回路２６、３６は、第１の二次回路の３ポート弁４０と、第２の二次回路の３ポート弁４２と、両方の二次回路に共通の３ポート弁４４とにより、外部熱交換器３０と低温熱交換器３２と高温熱交換器３９とにそれぞれ接続されている。
【００３５】
第１の二次回路２６の３ポート弁４０は、低温源の第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４の出口と、外部熱交換器３０の入口と、低温熱交換器３２の入口とに接続されている。
【００３６】
第２の二次回路３６の３ポート弁４２は、高温源の第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４の出口と、外部熱交換器３０の入口と、高温熱交換器３９の入口とに接続されている。
【００３７】
第１の二次冷却剤回路および第２の二次冷却剤回路３６の両方に共通の弁４４は、低温源の第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４の入口と、高温源の第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４の入口と、外部熱交換器３０の出口とに接続されている。
【００３８】
弁４０から４４は、従来の電気的、機械的、熱機械的、または空気力的な手段によって制御される。
【００３９】
熱交換器３９は、自動車エンジンの冷却液から熱を奪って、この熱をキャビンに送るに適している。
【００４０】
この目的のため、熱交換器３９は、自動車エンジン５０の冷却液回路の分枝部４８に接続されている。無論、このエンジンは、エンジンルームＭ内に配置されている。分枝部４８の下流側端は、高温熱交換器３９の冷却剤入口に接続されている。枝部４８の上流側端は、高温熱交換器３９の冷却剤出口に接続されている。適切な場合には、弁５２は、分枝部４８の上流側端からきて高温熱交換器３９を循環する冷却液の流量を調整するのに役立つ。
【００４１】
したがって、冷却回路に特有の別個の熱交換器に頼ることなく、高温熱交換器３９を使用することにより、エンジン冷却回路から得た熱で自動車のキャビンを加熱することができる。
【００４２】
図１は、自動車キャビン冷却モードにおける温度調節装置１０の構成を示している。これらの状況下で、弁４０から４４は、第１の二次冷却剤回路２６を低温熱交換器３２に接続するとともに、第２の二次冷却剤回路３６を外部熱交換器３０に接続するように設定される。
【００４３】
第１の二次回路２６の冷却剤は、低温熱交換器３２を介してキャビンから熱を奪って、この熱を第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を介して気化された冷媒に送る。
【００４４】
第２の二次回路３６の冷却剤は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を介して凝縮された冷媒から熱を奪って、この熱を外部熱交換器３０を介して自動車の外部に送る。
【００４５】
図２は、キャビンを加熱する第１の形態における装置１０を示している。この形態において、弁４０から４４は、第１の二次冷却剤回路２６を外部熱交換器３０に接続するとともに、第２の二次冷却剤回路３６を高温熱交換器３９に接続するように設定される。
【００４６】
第１の二次回路２６の冷却剤は、外部熱交換器３０を介して自動車の外部から熱を奪って、この熱を第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を介して気化された冷媒に伝える。
【００４７】
第２の二次回路３６の冷却剤は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を介して凝縮された冷媒から熱を奪って、この熱を高温熱交換器３９を介してキャビンに伝える。
【００４８】
適切な場合には、弁５２が少なくとも部分的に開かれ、高温熱交換器３９は、自動車エンジンの冷却液から得られた熱をキャビンに供給することができる。
【００４９】
図３は、第２のキャビン加熱形態における装置１０を示している。この形態において、弁４２および４４は、第２の二次冷却剤回路３６が高温熱交換器３９に接続される点を除き、図２と同様に設定される。弁４０は、第１の二次冷却回路２６を低温熱交換器３２に対して接続するように設定される。
【００５０】
第１の二次回路２６の冷却剤は、低温熱交換器３２を介してキャビンから（特に、後で詳述するように、再循環されたキャビンの空気流から）熱を奪って、この熱を第１の冷媒／冷却剤熱交換器２４を介して気化された冷媒に与える。
【００５１】
第２の二次回路２６の冷却剤は、第２の冷媒／冷却剤熱交換器３４を介して凝縮された冷媒から熱を奪い、この熱を、高温熱交換器３９を介してキャビンに与える。
【００５２】
その第２の加熱形態において、装置１０は、再循環されたキャビンの空気流からの熱を低温源１６から得ることができる。
【００５３】
図２に示される装置１０の第１の加熱形態と同様に、弁５２が少なくとも部分的に開かれ、熱交換器３９は、自動車エンジンの冷却液から得られた熱をキャビンに供給することができる。
【００５４】
無論、例えばキャビン内の相対湿度の制御に寄与しつつ、急速にキャビンを加熱するために、図１から図３に示されるキャビン冷却形態とキャビン加熱形態との間の中間の形態に、弁４０から４４を設定することができる。
【００５５】
また、図１から図３に示されるように装置１０を構成することにより、特に、図３に示されるように装置１０を構成することにより（第２のキャビン加熱形態）、キャビンの温度を調節可能とするべく、低温熱交換器３２および高温熱交換器３９は、図４に示されるように冷暖房ユニット６２内に配置される。
【００５６】
キャビン内に配置された冷暖房ユニット６２は、低温熱交換器３２および高温熱交換器３９を流過する空気流回路を形成する。空気流回路は、「外部」空気入口６４と称される自動車の外部からの空気のための入口と、「再循環」空気入口６６と称されるキャビンから再循環された空気のための入口と、「外部」出口６８と称されるキャビンの外部へと空気を送るための出口と、「キャビン」出口７０と称されるキャビンへと空気を送るための出口とを備えている。
【００５７】
また、空気流回路は、再循環空気入口６６を低温熱交換器３２の上流側端に接続するための例えばフラップ７２を備えた第１の手段と、この低温熱交換器３２の下流側端を外部出口６８に接続するための例えばフラップ７４を備えた第２の手段とを備えている。
【００５８】
フラップ７２は、図４に実線および破線でそれぞれ示される、再循環空気の最大流量および最小流量を得るための２つの限界位置間で移動できる。
【００５９】
フラップ７４は、高温熱交換器３９の上流側および外部出口６８へと、空気を分配するための部品を構成する。すなわち、フラップ７４は、第１に外部出口６８に対する空気流量を最大にする限界位置と、第２に高温熱交換器の上流側に対する空気流量を最大にする限界位置との間で移動することができる。これらの限界位置は、図４に実線および破線でそれぞれ示されている。
【００６０】
また、空気流回路は、外部空気入口６４を高温熱交換器３９の上流側端に接続するための例えばフラップ７６を備えた第３の接続手段と、高温熱交換器３９の下流側端をキャビン出口７０に接続するための第４の手段とを備えている。第４の手段は、適切な場合には空気流量調整部（図示せず）が設けられた接続ダクト７８を備えている。
【００６１】
フラップ７６は、高温熱交換器３９の上流側端と低温熱交換器３２の下流側端との間に空気を分配する機能を果たす。すなわち、フラップ７６は、第１に高温熱交換器３９の上流側端に向かう空気の流量を最大にする限界位置と、第２に低温熱交換器３２の上流側端に向かう空気の流量を最大にする限界位置との間で移動することができる。これらの限界位置は、図４に実線および破線でそれぞれ示されている。
【００６２】
図４に示されるように、低温熱交換器３２の上流側または低温熱交換器３２の下流側には、ファン装置８０等の空気駆動手段が配置されている。
【００６３】
変形例においては、高温熱交換器３９の下流側（図６参照）または上流側（図７参照）に、別個のファン装置８２等の別個の空気駆動手段を配置することができる。
【００６４】
再循環空気入口６６は、その後部に配置され、且つキャビンから空気を得るためのオリフィスに接続されていることが好ましい。
【００６５】
図５は、冷暖房ユニット６２の作動原理を示している。
【００６６】
図５には、空気の流れが、太い矢印で示されている。高温熱交換器３９または低温熱交換器３２にはそれぞれ、その上流側端に、自動車の外部からくる空気を供給することができる（図５の左に斜線で示された２つに分岐する矢印６４）とともに、キャビンから再循環される空気流を供給することができる（図５の左に中実線で示された２つに分岐する矢印６６）。
【００６７】
高温熱交換器３９の下流側の空気流を、キャビンに向けて方向付けることができる（図５の右に中実線で示される矢印７０）。低温熱交換器３２の下流側の空気流を、自動車の外部に送ることができ（図５の右に斜線で示された矢印６８）、あるいは、適切な場合には、高温熱交換器３９の上流側端に送ることができる。
【００６８】
図１に示されるように、空気流を加熱することなく自動車の外部から空気を得て、自動車のキャビンを冷却するように装置１０を構成する場合、フラップ７２から７６は、例えば、図４に破線で示される位置に配置される。したがって、高温熱交換器３９の作動が停止するため、外部の空気は、低温熱交換器３２を通じて流れた後、循環することなくキャビンへと送られる。
【００６９】
装置１０が図２に示されるようにその第１の加熱形態にある場合、フラップ７６は、先の位置から移動して、例えば図４に実線で示される位置となる。したがって、外部の空気は、高温熱交換器３９（この形態では、高温熱交換器３９が作動される）を通過した後、キャビンへと送られる。
【００７０】
装置１０が図３に示されるようにその第２の加熱形態にある場合、フラップ７２から７６は、図４に実線で示される位置に配置される。したがって、キャビンから再循環された空気流は、低温熱交換器３２を通過した後、自動車の外部へと送られる。この時、高温熱交換器３９には、第１の加熱形態と同様に、外部の空気が流れる。
【００７１】
無論、低温熱交換器３２および高温熱交換器３９を流れる様々な再循環空気および外部空気を組み合わせるために、前述した位置の中間位置にフラップ７２から７４を設定することができる。
【００７２】
図３に示される装置１０の第２の加熱形態は、特に冬季におけるキャビンの加熱に良好に適合する。
【００７３】
この第２の加熱形態において、第１の二次回路２６は、キャビンから再循環された空気と接触する時に、凍結する虞がある低温熱交換器３２に接続される。低温熱交換器３２は、第１の二次回路２６内を循環する冷却剤のための低温源として作用する。この低温源は、図２に示される装置１０の第１の加熱形態において、第１の二次回路２６に接続される外部熱交換器３０よりも熱い。
【００７４】
フラップ７２から７６が、図４に示される実線位置に設定されると、高温熱交換器３９は、自動車の外部から得られた再循環されていない空気流だけを通過させ、これにより、キャビンの窓が曇る虞を低減させる。
【００７５】
装置１０がその第２の加熱形態にある場合に、低温熱交換器３２が、第１の二次回路２６内を循環する冷却剤に対して、外部熱交換器３０よりも熱い低温源として作用するため、ヒートポンプ１２の動作が最適化されるという点が本発明の利点である。
【００７６】
また、冬季においては、装置１０の第２の加熱形態によれば、装置１０の第１の加熱形態で成し得るよりも早く、キャビン内の温度を上昇させることができる。このような利点が得られる理由は、特に、低温源１６から得られる熱が、外気の温度よりも高い温度で再循環されるキャビンの空気流から生じるためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 自動車の温度を調節する本発明の装置を示す異なる使用形態の概略図である。
【図２】 自動車の温度を調節する本発明の装置を示す異なる使用形態の概略図である。
【図３】 自動車の温度を調節する本発明の装置を示す異なる使用形態の概略図である。
【図４】 図１から図３に示された装置のための冷暖房ユニットの概略図である。
【図５】 図４に示される冷暖房ユニットを流通する空気の流れを示す機能図である。
【図６】 図４に示される冷暖房ユニットの変形例を示している。
【図７】 図４に示される冷暖房ユニットの変形例を示している。
Claims (6)
- ヒートポンプ（１２）の高温源（１８）から生じる熱がキャビン（Ｈ）へと送られ、ヒートポンプ（１２）は、低温源（１６）から熱を奪って熱の少なくとも一部を高温源（１８）に伝達する冷媒流体のための圧縮回路（１４）を有し、再循環されるキャビンの空気流からの熱が、低温源（１６）から得られる、自動車のキャビンの温度を調節する方法、を実施するための装置であって、
低温源（１６）が、第１の冷媒／冷却剤熱交換器（２４）を備え、該第１の冷媒／冷却剤熱交換器（２４）が、外部熱交換器（３０）と低温熱交換器（３２）とに対して選択的に接続可能な第１の二次冷却剤回路（２６）に、主冷媒回路（１４）を熱的に結合し、高温源（１８）が、第２の冷媒／冷却剤熱交換器（３４）を備え、該第２の冷媒／冷却剤熱交換器（３４）が、外部熱交換器（３０）と高温熱交換器（３９）とに対して選択的に接続可能な第２の二次冷却剤回路（３６）に、主冷媒回路（１４）を熱的に結合し、
低温および高温熱交換器（３２、３９）が、冷却剤／空気熱交換器であり、
低温および高温熱交換器（３２、３９）が、好ましくはキャビン内に配置された冷暖房ユニット（６２）内に配置され、冷暖房ユニットは、低温および高温熱交換器（３２、３９）を通過する空気流回路を形成し、
空気流回路が、キャビンから再循環される空気のための再循環空気入口（６６）と、自動車の外部に空気を送るための外部出口（６８）と、再循環空気入口（６６）を低温熱交換器（３２）の上流側端に接続するための第１の接続手段（７２）と、前記低温熱交換器（３２）の下流側端を外部出口（６８）に接続するための第２の接続手段（７４）とを備えていることを特徴とする前記装置。 - 第２の接続手段が、高温熱交換器（３９）の上流側端と外部出口（６８）とに空気を分配するための空気分配手段（７４）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
- 空気流回路が、自動車の外部からの空気を入れる外部空気入口（６４）と、空気をキャビンへと送るためのキャビン空気出口（７０）と、外部空気入口を高温熱交換器（３９）の上流側端に接続するための第３の接続手段（７６）と、高温熱交換器（３９）の下流側端をキャビン空気出口（７０）に接続するための第４の接続手段（７８）とを備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
- 第３の接続手段が、高温熱交換器（３９）の上流側端と低温熱交換器（３２）の上流側とに空気を分配するための空気分配手段（７６）を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
- 冷暖房ユニット（６２）が、空気駆動手段（８０）を備え、前記空気駆動手段が、低温熱交換器（３２）の上流側または下流側に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
- 冷暖房ユニット（６２）が、空気駆動手段（８２）を備え、前記空気駆動手段が、高温熱交換器（３９）の上流側または下流側に配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (5)
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