JP6566093B2 - 熱交換器の除霜装置、および除霜方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換器の除霜装置、および除霜方法に関し、詳細には、車両におけるヒートポンプとともに利用される。

熱交換器の凍結（着霜）は、熱交換器の典型的な問題の１つである。凍結（着霜）は、熱が周囲の流体から、作業流体に移動している時に生じる。作業流体は、典型的には、回路の中を循環している冷媒である。この熱の移動による熱交換器の凍結は、周囲の温度が０℃以下のときに顕著である。そのような熱交換器は、ヒートポンプと共に利用され、熱の抽出／生産に使用される。

外部空気は、典型的な外部流体として知られている。低温の水分は、熱交換器の表面において凍結（着霜）し、空気側の熱交換部分を詰まらせる。必要な場合、そのような熱交換器は、機能障害を回避するために、繰り返し除霜される必要がある。全く予熱されないか、予熱が不十分な周囲の空気が流れ込む外部熱交換器において、問題は顕著である。

一般的に、除霜のために熱交換器は熱せられる。除霜は、除霜される熱交換器との直接的な熱的接触にある電気式の補助ヒータによっても実現可能である。除霜は、熱交換器を通過する前に、少なくとも周囲の空気を加熱することでも実現可能である。熱い冷媒を車両の外部熱交換器に供給することも、ＥＰ １２７３ ４６７ Ａ１に開示されている。更に、除霜のために、外部熱交換器の上流からの流入量、および／または、外部熱交換器の下流における流出量を調節することも、上記文献に開示されている。

欧州特許出願公開第１２７３４６７号明細書

一般に、エネルギ効率の良い除霜運転が望ましい。さらに、電気を動力とする自動車は、追加的な暖房も電気的に実行される。低い周囲の温度では、利用可能な排熱もほとんどない。除霜のための過大な電気エネルギの利用は、電気自動車の走行距離を縮小する。さらに、既存の装置は、氷が一時的に溶けるが、その再度の結氷に弱い。

この発明の目的は、エネルギ効率の良い除霜運転が可能であって、追加的な装置空間をゼロまたは最小にできる熱交換器の除霜装置、および除霜方法を提供することである。

この目的は、特許請求の範囲の請求項に記載の除霜装置、または除霜方法によって達成される。発明の有利な実施形態および発明の有利な開発品は、従属クレームからも読み取ることができる。

車両における熱交換器の除霜装置のための発明は、以下に述べる基本構成を有する。第１に、車両の外部環境と連通するために適した入口開口および出口開口を有する、周囲の空気を導入するための空気案内ハウジングを有する。第２に、入口開口と出口開口との間に配置されている、少なくとも１つのファン、および、ときどき除霜される第１熱交換器とを備えている。第１熱交換器は、導入された周囲の空気が冷却される運転モードにおいて運転可能である。発明に係る配置は、入口開口と出口開口とは、閉鎖することができ、かつ、少なくとも１つのファン、および、第１熱交換器は、入口開口と出口開口が閉鎖されている場合に、少なくとも１つの循環経路が形成されるように、空気案内ハウジングの中に配置されることを特徴とする。入口開口と出口開口を閉じることによって、さらなる冷却、そして、継続的な全体的な凍結が防がれる。少なくとも１つのファンが運転中である場合における循環経路の形成によって、そのときの熱はよく分配することができ、熱交換器における水滴を吹き飛ばすことは容易になる。この循環の結果、必要ならば、除霜運転のために反対方向に向けて、ファンを運転する必要はない。

単純な実施形態では、少なくとも１つのファンは、第１熱交換器のすぐ後ろに配置することができる。あるいは、必要な場合は、さらに他の熱交換器のすぐ後ろに配置することができる。以下の説明を参照することができる。入口開口と出口開口が閉鎖されている場合、第１熱交換器の角と端との領域を、通り抜けて流れるような、外部からの空気流はない。空気は、円形のファン断面から吸い込まれるだけである。空気は、角と端との領域を通して戻ることができ、結果として循環を可能とする。

循環経路を形成するために、少なくとも１つのファンが運転された場合に、隔壁の両側に反対方向への空気流が生成されるように、単純な形態における少なくとも１つのファンに対して隔壁を設けることができる。言いかえれば、循環経路に沿って空気循環を維持する異なる圧力が隔壁の両側に生成される。実施形態において、必ずしも熱交換器のすぐ後ろにファンを配置する必要はない。

発明の１つの実施形態において、入口開口と出口開口との間に、第２熱交換器が配置されてもよい。第２熱交換器は、導入された空気に熱を放出する。第２熱交換器は、いわゆる冷却器、具体的には、ウォータークーラ、あるいは、一般的な空気−熱媒体熱交換器である。そこには、さらなる熱交換器が配置されても良く、必要であれば、除霜される第１熱交換器は。最も後ろに配置された熱交換器でなくとも良い。いくつかの前後に配置された熱交換器は、本質的に知られている。閉鎖された空気案内ハウジングにおいて、つまり、閉鎖された入口開口および閉鎖された出口開口において、循環経路の温度は、第２熱交換器の存在によって継続的に上昇する。その結果、より多くの水蒸気が循環する空気流の中で得られ、第１熱交換器はより速く除霜される。ここで、除霜される熱交換器そのものを加熱する必要はない。ただし、代替的に、他の、または追加的な熱源、つまり、除霜される熱交換器の中に一時的に通されるいわゆるホットガス、電気的な補助ヒータ、または、乗員室から閉鎖された空気案内ハウジングへ一時的に導入される熱風による熱が、上述の閉鎖された循環経路において使用されてもよい。

除霜機能については、第１および第２熱交換器の互いの配置は、異なるやり方でも可能である。同様に設定されたサイズの空気通路の端面を有する場合、２つの熱交換器は前後に配置されて有利である。代替的に、具体的な熱交換配置構造に適合するかに応じて、２つを超える熱交換器も空気案内ハウジングの中において配置することができ、それらも互いの隣りに配置することができ、一方が他方の上に位置するように配置することができ、あるいは互いに傾斜して位置するように配置することができる。この開示は、除霜機能のための閉回路の中で分配されている熱に基づいており、除霜が可能なように調整された熱に基づいている。

発明の１つの実施形態によれば、少なくとも１つの隔壁は、少なくとも１つの熱交換器の貫通して流れるための端面を、少なくとも２つの領域に分割し、および／または、平行に流れるいくつかの熱交換器の貫通して流れるための端面を、少なくとも２つの領域に分割する。ここで、隔壁は、少なくとも１つのファンに対して非対称に配置される。具体的には、隔壁は、少なくとも１つのファンに対して横方向にずれて配置される。そのように配置された隔壁は、追加的な装置空間を必要としない。これは、既存の設備を外形サイズにおいて大型化することなく、小型の構築を可能にする。非対称の配置の結果、少なくとも１つのファンを運転する場合に、少なくとも１つの隔壁の両側において、対向する空気流方向の形成、または、異なる圧力の構築が発現し、したがって、循環流れが形成される。

少なくとも１つの熱交換器の横の領域において、少なくとも１つの隔壁が配置され、それによって、主通路および少なくとも１つの端部通路が形成され、ファンが主通路の領域において配置される。端部通路は、２つの横の端部にも形成することができる。特に、非正方形の端面を備えた熱交換器では、ファンの直接的な流れの断面の中にない横の領域は、そこを通して反対方向へ空気が流れ戻るための端部通路として使用される。

発明の特に有利な実施形態によれば、入口開口から出口開口の方向への流れ方向において、少なくとも１つの熱交換器の後ろにファンが配置されており、さらに、旋回移動可能な案内板が提供される。この案内板は、第１旋回位置において、端部通路からファンに空気流を案内する。空気流は、入口開口から、出口開口の方向に見た場合を指している。この案内板は、第２旋回位置において、ファンの端部領域までの少なくとも１つの隔壁の拡張を提供する。第１旋回位置において、案内板は、開放された入口開口および開放された出口開口と協働する。第１旋回位置において、案内板は、できるだけ均質の空気流を支援するために漏斗のような形をしたケースかファンフレーム（ファンネル状のケース）を提供する。このときの経路は、熱交換器を通るすべての断面を通る。第２旋回位置において、案内板は、閉鎖された入口開口および閉鎖された出口開口と協働する。第２旋回位置において、案内板は、除霜されるべき熱交換器とファンとの間において端部通路を分離する部材を提供する。このとき、案内板と端部通路とは、循環流のための戻り通路を提供する。

発明のさらに他の実施形態において、横バイパス通路が形成されるように、少なくとも１つの熱交換器の隣りに横に配置された隔壁が提供される。さらに、バイパス機構は、閉鎖機構を備えることができる。入口開口が開放されており、かつ、出口開口が開放されている場合に、バイパス通路は、閉鎖機構により閉鎖することができる。循環流れのための戻り通路は、このバイパス通路によっても提供することができる。不必要な空気の通り抜けを回避するために、このバイパスは通常運転において閉鎖されていても良い。それぞれの側面に、それぞれのバイパスが設けられてもよい。

有利な場合、バイパス通路の閉鎖機構はフラップを含む。フラップは、流れ方向に閉じる構成、および／または、流れ方向に予荷重を与えられている。この流れ方向は、入口開口から出口開口の方向である。通常のように周囲の空気が流れている場合、フラップの抵抗は、バイパス通路がシール（気密）されるように、予荷重によって十分に調節することができる。しかし、入口開口と出口開口を閉じることによって、バイパス通路は循環流れの設定によって反対方向から空気を供給され、それによってバイパス通路は自動的に開かれる。多相電動機による能動的な設定は、必要ではない。

さらに他の実施形態において、バイパス通路の閉鎖機構は、少なくとも２つの開放位置を提供するように構成される場合がある。第１開放位置は、一方が他方の背後に配置された２つの熱交換器を通過するバイパス通路における空気の通過を案内する。第２開放位置は、１つまたは複数の前の熱交換器だけをバイパス通路によってバイパスするように、後部における熱交換器の前において、バイパス通路を閉じる。一方が他方の背後に配置されるように、２つを超える熱交換器が配置されている場合には、第１熱交換器、あるいは第１熱交換器と第２熱交換器とがバイパスされるように、他の切換パターンが単純に適用されてもよい。運転モードに依存して、すべての熱交換器に流されないことが有利な場合がある。熱交換器の低温部分として形成された１つの領域だけ、特に、下流の熱交換器だけに、貫流させることも可能である。例えば、これは冷房運転、すなわちエアコン運転において有利である。

オプション、すなわち選択可能な追加要素として、空気案内ハウジングに排水開口が設けられてもよい。排水開口は、好適に加熱されることが望ましい。排水開口は、加熱機能なしで提供されてもよい。排水開口は、加熱される場合、水の再結氷を阻止するように適切な温度に加熱される。排水開口は、水を集めるコレクタ皿と、コレクタ皿に開口する開口縁と、開口縁から延びる管路とを有する場合がある。車両の外にある空気案内ハウジングが排水開口を有することで、再結氷による不具合を抑制できる。加熱は、暖かい空気によって、さらなる熱交換器あるいは電気的な補助ヒータの廃熱によって提供することが可能である。溶かされたか水、または吹き飛ばされた水は、このようにして除霜される第１熱交換器によって、循環流れによって蒸発成分として受けることなしに、閉鎖された空気案内ハウジングから取り除くことができる。これは、すべての氷が、水蒸気として空気を介して取り除かなければならない事態を回避する。

発明によれば、上記装置において、熱交換器を除霜するための除霜方法が記載されている。この方法においては、下記の段階が実行される。まず、入口開口と出口開口とを閉じる段階が実行される。次に、空気案内ハウジングの中に空気循環を形成する手段を導入する段階が実行される。手段の導入は、バイパス通路を追加的に開く手段の導入、および／または、少なくとも１つの隔壁の両側に異なる圧力を生成するように、少なくとも１つのファンを運転する手段の導入を備える。

この開示の観点では、閉鎖、または閉じることは、開口部の開度の著しい低下、減少を含むものと解釈されるべきである。ここでは、少ない漏洩は許容されている。動的圧力の結果として、および、少なくとも１つのファンの運転の結果として、入口開口および出口開口が、単純な実施形態においては、必ずしも完全に密閉されていないからである。少ない漏洩は、望ましい場合がある。少ない漏洩は、新鮮な空気を供給するために、そして、水蒸気で飽和した空気を排出するために望ましい。

典型的には、熱は、閉鎖された空気案内ハウジングの中へ、例えば、冷却水からの排熱として、第１熱交換器における一時的に高温の冷媒からの排熱として、電気的な補助ヒータによって、室内の空気からの排熱として、または、他の熱貯蔵器からの排熱として供給されてもよい。

発明に係る方法の実施形態によれば、入口開口および出口開口が閉鎖される運転中に、入口開口および出口開口は、第１期間の終了の後に、第２期間にわたって一時的に開かれる場合がある。この場合、第２期間は第１期間より短い。言い換えると、閉鎖された入口開口と閉鎖された出口開口との下での第１期間にわたる運転の後に、入口開口と出口開口は、第２期間にわたって開放されることができ、第２期間は第１期間より短い。第１期間は、入口開口および出口開口が閉鎖されている循環運転の継続期間である。第２期間は、一時的な、貫流運転を提供する。第２期間の初期は、強い貫通流れを生じる場合がある。貫通流れは、水蒸気で飽和した空気の換気と、必要であれば、溶けた水滴の除去とを可能とする。望ましい形態では、熱交換器のより良い乾燥が実現される。

除霜の必要性は、多様な運転パラメータによって検出することができる。除霜の必要性は、例えば、霜の光学的な検知によって、除霜される熱交換器における圧力の低下によって、または、温度信号によって検出することができる。代替的に、除霜運転は、規定の条件の下において、予防的に実行されてもよい。

発明は、例示的な複数の実施形態、および図面を参照することにより、詳細に説明される。

図１は、発明の第１実施形態および第２実施形態に係る熱交換器の除霜装置を有する車両を模式的に示している。 図２は、発明の第１実施形態に係る熱交換器の除霜装置の上から見た模式的な平面図である。 図３は、図２の装置の正面図である。 図４は、発明の第２実施形態に係る熱交換器の除霜装置の横から見た模式的な断面図である。 図５は、発明の第３実施形態に係る熱交換器の除霜装置の横から見た模式的な断面図である。 図６は、発明の第４実施形態に係る熱交換器の除霜装置の横から見た模式的な断面図であり、（ａ）、（ｂ）は、異なるスイッチング位置を示す。 図７は、発明の第５実施形態に係る熱交換器の除霜装置の横から見た模式的な断面図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、異なるスイッチング位置を示す。

図１において、発明の例示的な第１実施形態および第２実施形態に係る熱交換器１５の除霜装置を有する車両１が模式的に示されている。車両１の前方部位における周囲の空気を導入するための空気案内ハウジングが描かれている。ここで、用語「導入」、「導く」は、この開示の文章の中で説明されるように、空気を導入すること、および、後方へ空気を排出することを含み、そこには、導入された空気の一時的循環も含まれている。空気案内ハウジングは、参照数字１０を与えられているロック可能な部分を含む。以下において、参照は空気案内ハウジング１０に言及されるが、必要な場合、そこでは、このロック可能な部分が、意味される。

例示的な第１実施形態において、空気案内ハウジング１０、すなわち、そのロック可能な部分は、車両１の中の比較的前方に配置されている。空気案内ハウジング１０’、すなわちダッシュ記号によって示されている部位は、例示的な第２実施形態において、さらに後方、例えば、車両１の前輪車軸の後ろに配置されている。空気案内ハウジング１０、１０’は、複数の入口フラップ１２と複数の出口フラップ１４とで閉鎖することができる入口開口１１および出口開口１３を有しており、開かれている状態において、入口開口１１および出口開口１３は、車両１の外部環境２と連通するために適している。ここで、閉鎖手段は、１つまたは複数の入口フラップ１２および出口フラップ１４であってもよい。空気案内ハウジング１０の詳細は、図２から図７を参照して詳細に説明される。

車両１のデザインに依存して、第１実施形態の装置、または第２実施形態の装置がより有利になりえる。両方のケースでは、入口開口１１につながり、車両１の前部から後ろに延びる通路が提供されている。内燃機関を有している車両１の場合、例示的な第１実施形態に図示されるように、エンジン冷却装置および空調装置の外部熱交換器は、多くの場合、前部に直接的に、または前部の隣に配置される。例示的な第２実施形態に係る空気案内ハウジング１０’の位置で示されるように、さらに後方における、バッテリ冷却装置の配置は、電気自動車の配置において、より魅力的になりえる。

空気案内ハウジング１０、１０’の下部領域には、オプションとしての排水開口が設けられても良い。この結果、溶けた水は、入口フラップ１２および／または出口フラップ１４を一時的に開放させることによる急激な空気流なしで、本質的に閉じられた空気案内ハウジング１０、１０’から排出させることが可能となる。排水開口は、溶解された水が再び凍結することを回避するために、例えば、電気的な補助ヒータによって、好適に熱せられることが望ましい。

複数の実施形態における空気案内ハウジング１０、１０’は、図２〜図７を参照しながら、以下に説明される。異なる実施形態は、例示的な実施形態の各々に適用することができる。しなわち、それらは車両１における特定の空間的な位置に束縛されない。実施形態の特定の特徴も、そのように、他の特徴と組み合わせることができる。異なる実施形態に同じ特徴がある場合、特に必要がなければ、それらは、後続の図に基づいて詳細に説明されない。

図２は、発明に係る第１実施形態における、熱交換器１５の除霜装置の上面図を示している。図３において、装置の正面図が模式的に示されている。図２において、下半部における図示は、上面図における右半部に対応している。ここには、開放されている入口フラップ１２と、開放されている出口フラップ１４と、形成された貫通経路Ｄとが図示されている。上半部における図示は、上面図における左半部に対応している。ここには、閉鎖されている入口フラップ１２と、閉鎖されている出口フラップ１４と、形成された循環経路Ｚとが図示されている。このように、下半部と、上半部とは、２つの異なる切換状態を図示している。

第１熱交換器１５と、その前（上流側）に配置された第２熱交換器１６とは、空気案内ハウジング１０における入口開口１１と出口開口１３の間に配置されている。さらに、通常の流れ方向において、すなわち貫流通路Ｄに沿って、ファン２１は２つの熱交換器１５、１６の後ろに配置されている。２つの熱交換器１５、１６は、空気案内ハウジング１０のすべての幅およびすべての高さと本質的に交差するように配置されている。図３に図示されるように、空気案内ハウジング１０は、高さよりも幅において大きいから、ファンの断面は空気案内ハウジング１０の全高に渡っており、しかし、ファンの断面は空気案内ハウジング１０の全幅に渡っていない。

第１熱交換器１５は、導入された周囲の空気が冷却される運転モードで運転することができる。運転モードでは、任意の時期に霜を溶かす必要がある。第１熱交換器１５は、冷媒回路においてエバポレータとして運転される外部熱交換器である。外部熱交換器は、ヒートポンプモードにおいて運転することができる。第２熱交換器１６は、導入された空気へ熱を放出する。第２熱交換器１６は、例えば、排熱を導入された周囲の空気に放出する冷却回路における冷却器である。第２熱交換器１６は、車両の種類に応じて、電気的機器、流体作動システム、および／または、内燃機関からの排熱を放出する。

変形例としての他の実施形態では、第１熱交換器１５は、間接的なシステム（図示されない）に属することができる。冷媒回路の熱交換器における熱交換は、そこを流れる空気によって引き起こされなくても良く、しかし、熱源器および放熱器の両方において、または、熱源器または放熱器のいずれか一方において、水、または水ベースの媒体、例えば、水−グリコール混合物によって実行されてもよい。水、または水ベースの媒体は、二次的な熱媒体の回路の中を循環する。除霜されるべき熱交換器１５は、この二次的な熱媒体の回路に配置され、周囲の空気と熱交換する。このような間接的なシステムは、既知のものがある。それらは、ＤＥ １０ ２０１４ １１７ ９５０ Ａ１の中で言及されたもののような電気自動車には特に、特に有利である。

空気案内ハウジング１０において、隔壁１８のそれぞれは、２つの熱交換器１５、１６の横端面の領域に配置されている。隔壁１８は、貫流経路Ｄに沿って、２つの熱交換器１５、１６に対して垂直に延びている。一方が他方の背後に配置されている２つの熱交換器１５、１６における、空気が流れさせられる端面１７は、３つの領域に分割されている。それによって、広い中央の主通路１９と、この主通路１９より狭い２つの端部通路２０とが形成されている。ファン２１は、主通路１９の領域に配置されている。通常の貫通流れにおいて、すなわち、入口開口１１および出口開口１３が開放されている場合、流れ方向に関して斜面となるように整列されているファンフレーム２２、２２Ａは、端部通路２０からファン２１へ向けて、出口開口１３の方向に、空気流が案内されることを保証する。通常の貫通流れにおいて、複数の端部通路２０は、ファン２１に到達する直前に、束ねられるように、同じ方向における主通路１９と平行に空気を流す。

ファンフレーム２２の一部は、旋回移動可能な案内板として形成されている。第１旋回位置において、下半部に図示されるように、フレーム接続器２２Ａとともに、貫流経路Ｄに沿った空気流のための空気案内形状が形成される。第２旋回位置において、上半部に図示されるように、隣接する隔壁１８の拡張が形成される。閉鎖された入口開口１１および閉鎖された出口開口１３において、すなわち、入口フラップ１２および出口フラップ１４が閉鎖されている状態において、ファン２１は、主通路１９を通して空気を吸い込み、閉じられた出口フラップ１４の領域に正圧を生成する。この正圧は、端部通路２０を通る反対方向の流れによって解消される。よって、循環経路Ｚに沿った空気流が形成される。

図４および図５において、閉鎖された入口フラップ１２と閉鎖された出口フラップ１４とをそれぞれが有する、発明に係る第２実施形態と発明に係る第３実施形態とにおける熱交換器１５のための除霜装置の横断面が模式的に図示されている。２つの実施形態において、隔壁１８は、中央に配置されている。隔壁１８は、貫流する熱交換器１５、１６の複数の端面１７を２つの領域Ａおよび領域Ｂに分割する。それぞれの場合に、ファン２１は、領域Ａおよび領域Ｂにおける出口フラップ１４の方向に配置されている。

図４において、２つの熱交換器１５、１６は、通常の貫通流では、すなわち開放された入口開口１１および開放された出口開口１３では、それらが平行に流れの中に置かれるように、互いに隣に、または一方が他方の上に配置されている。２つの熱交換器１５、１６は、開放された入口開口１１から開放された出口開口１３へ向かう流れにおいて、並列的に配置されている。図５において、２つの熱交換器１５、１６は、一方が他方の後ろに配置されている。２つの熱交換器１５、１６は、開放された入口開口１１から開放された出口開口１３へ向かう流れにおいて、直列的に配置されている。我々が単に２つのファン２１のうちの１つを観察する場合、２つの領域Ａ、Ｂに対して非対称な整列が提供される。閉鎖された入口フラップ１２および閉鎖された出口フラップ１４の下で、２つのファン２１のうちの１つだけが運転される場合、隔壁１８に関するこの非対称は、循環経路Ｚを形成する。

図６および図７において、発明に係る第４実施形態と第５実施形態における、異なる切換状態のそれぞれが図示されている。それらは、熱交換器１５のための除霜装置の断面図を模式的に示している。これらの実施形態では、横バイパス通路２３が形成されるように、隔壁１８は、ファン２１および前後に配置された２つの熱交換器１５、１６の隣りに横に配置されている。バイパス通路２３では、閉鎖機構はフラップ２４を備えている。それによって、入口開口１１および出口開口１３が開いている場合に、バイパス通路２３は閉鎖される場合がある。特に、空気案内ハウジング１０が２つのバイパス通路２３を持つように、図解することができ、そのようにあらわれる（図示なし）。

第４実施形態では、バイパスフラップ２４は、貫流通路Ｄに沿う流れ方向に予荷重を与えられている。図６の（ｂ）に図示されるように、入口フラップ１２および出口フラップ１４が開かれている場合に、バイパスフラップ２４は、バイパス通路２３を自動的に閉鎖する。予荷重は、この自動的な閉鎖を生み出す。閉じた入口フラップ１２および出口フラップ１４の下において、図６の（ａ）に図示されるように、上述のように、循環経路Ｚが形成される。予荷重を適切に設定することによって、循環経路Ｚが形成されるときに、バイパスフラップ２４は自動的に開くことができる。バイパスフラップ２４の予荷重は、バイパスフラップ２４がバイパス通路２３の流れ方向に応答するように設定されている。バイパスフラップ２４の予荷重は、貫流通路Ｄの方向である順方向の流れにおいてバイパス通路２３を自動的に閉じ、逆方向の流れにおいてバイパス通路２３を自動的に開くように設定されている。

図７において、第５実施形態では、バイパスは２つの熱交換器１５、１６の間において中断される。フラップ２４は、傾斜部をもつ形状を有しており、しかも、３つの異なる位置をとることができる。フラップ２４は、旋回移動可能な片持ドア状である。フラップ２４は、バイパス通路２３を実質的に開閉することができる主ドア板と、主ドア板の端部に設けられた副ドア板とを有する。副ドア板は、２つの熱交換器１５、１６の間に開設された中間バイパス出口を実質的に開閉することができる。

図７の（ａ）に係る第１開放位置では、バイパスフラップ２４は、バイパス通路２３の後部だけが閉鎖される位置にある。貫流通路Ｄに沿って、部分バイパス通路Ｔが形成され、上流の熱交換器である第２熱交換器１６だけがバイパスされる。これによって、後部の熱交換器、すなわち第１熱交換器１５の端部領域への新鮮な空気の供給を可能とする。この切換位置は、第１熱交換器がコンデンサとして運転される場合に有利である。端部領域は、よく冷却され、必要により、エアコン運転において運転されている第１熱交換器１５の低温の程度を改善する。

図７の（ｃ）に係る第２開放位置において、バイパス通路２３は完全な閉鎖状態にある。そこではバイパスフラップ２４の傾斜部は、２つの熱交換器１５、１６の間の上側端における中間開口を閉鎖する。この貫通流れは、図６の（ｂ）に示される第４実施形態による位置に相当する。熱交換器１５の除霜のための循環経路Ｚの構成が、図７の（ｂ）、および類似の図６の（ａ）に図示されている。

当業者は、開示の構成から、実施形態の変形を考えることができる。第１実施形態の変形例は、隔壁を全く提供しないものを含む。この変形例の場合、入口フラップ１２および出口フラップ１４が閉鎖されている場合に、ファンが円形の断面の空気だけを実質的に吸い込むように、ファン２１が第１熱交換器１５の直後に配置される。この変形例の場合、循環経路Ｚは、ファン２１の円形の断面の外側を通って形成される。例えば、循環経路Ｚは、第１熱交換器１５の中央の円形の主通路と、第１熱交換器１５の角と端の範囲における戻り通路とで提供される。代わって、他の実施形態の変形は、空気案内ハウジングのロック可能な部分に、２つを超える熱交換器を備える。２つ以上の熱交換器は、除霜されるべき第１熱交換器と、排熱を放出する熱交換器とを含む。排熱を放出する熱交換器は、例えば、ターボチャージャ回路におけるインタークーラ熱交換器、または流体回路におけるラジエータ熱交換器である。

上記の装置の運転は、以下のように実行される。以下の説明は、広く解釈されるべきである。通常運転では、第１熱交換器１５は、冷媒回路の外部の熱交換器としての機能を遂行する。加えて、熱交換器１５は、冷房運転またはエアコン運転においては、コンデンサとして、暖房運転またはヒートポンプ運転においては、蒸発器として、それら両方として運転することができる。冷房運転またはエアコン運転においては、第１熱交換器１５は継続的に熱を放出するから、除霜は必要とされない。必要に応じてバイパス通路２３が提供され、利用される。これは、図７における（ａ）を参照することによって上述されるように、第１熱交換器１５の低温の程度を増加させるために、利用することができる。

しかしながら、暖房運転またはヒートポンプ運転においては、第１熱交換器１５は、導入された周囲の空気から熱を受け取り、空気を冷却する。０℃以下の温度において、水分の凍結を生じ、やがて、空気側の熱交換部を詰まらせる。このような凍結状態、着霜状態、または詰まり状態は、多様な検出手法によって検出または推定することができる。例えば、凍結の可能性、現実に凍結が発生したこと、または、凍結の度合いは、次の（１）〜（４）のパラメータの１つ以上によって検出することができる。（１）外部空気の温度。（２）湿度。（３）空気側熱交換部の前後における圧力低下。（４）光学的データ、例えばカメラで得られた画像。凍結状態の検出は、本質的に自動車産業の中で知られており、ここでさらに開発されるところではない。

第１熱交換器１５の凍結状態が認識され、除霜が必要であると判定された場合、空気案内ハウジング１０、１０’の中に空気循環を形成するための手段が導入される。１つの実施形態では、入口フラップ１２および出口フラップ１４は、閉鎖される。この結果、入口開口１１および出口開口１３が閉鎖される。これにより、空気案内ハウジング１０、１０’の中に、循環経路Ｚを形成するための準備が完了する。さらに、その後に、空気案内ハウジング１０、１０’の中に空気循環を形成するための手段が導入されてもよい。実施形態によっては、もっぱら入口開口１１および出口開口１３を閉じることにより循環経路Ｚが形成されるので、通常どおりにファン２１を運転するだけで十分な場合がある。

実施形態によっては、循環経路Ｚを可能にするか、循環を強くするために、さらに手段が導入される場合がある。図２に係る第１実施形態では、隔壁１８によって、ファンフレーム２２が主通路１９および端部通路２０を形成するように、ファンフレーム２２が追加的に調節される。図４および図５に係る第２実施形態および第３実施形態では、２つのファンは非対称的に運転される。例えば、２つのファンは、一方が停止され、他方が運転されるように、スイッチを制御される。図６および図７に係る第４実施形態および第５実施形態では、バイパスフラップ２４は、自動的にそれ自身が開放されない場合、開放されている。その結果、異なる圧力が隔壁１８の両側に構築され、それは空気の循環を活性化する。

熱は、第２熱交換器１６から、循環する空気に既に供給されており、この熱は、除霜を促進する。この熱入力が十分でないか、第２熱交換器１６がない状態は、さらに熱を供給することができる。これは、第１熱交換器の中への一時的な加熱ガスの導入により、図示されないＰＴＣ要素（正温度特性要素）による電気的な加熱により、または、熱貯蔵器もしくは乗員室からの加熱された空気の供給通路による吹き出しによって実現することができる。

循環する空気がこのように混合された場合、飽和した空気を放出するために、閉鎖された入口開口１１および出口開口１３の下で運転されている第１期間の後の第２期間にわたって、入口開口１１および出口開口１３が開放させられる。この開放は、一時的な換気を提供する。この「一時的換気」は、空気案内ハウジング１０の内部における水分量を削除する。その後、後に流されたより冷たい空気は、必要に応じて、除霜工程の継続のために、循環によって迅速に加熱することができる。第２期間は、典型的には非常に短く選定される。第２期間は、数秒単位の範囲から選定される。除霜のための第１期間は、典型的には、何十秒から数分を要求される。

除霜装置は、制御装置と、複数のセンサと、複数のアクチュエータとを備える。制御装置は、プログラムを実行するマイクロコンピュータ装置、または論理回路装置によって提供することができる。複数のセンサは、温度センサ、圧力センサ、位置センサなど、機能を実現するためのセンサを含む。複数のアクチュエータは、複数のフラップを旋回移動させるサーボモータ、ソレノイドなど電気的なアクチュエータによって提供することができる。さらに、アクチュエータは、ファン２１を駆動するためのモータ、ヒートポンプを駆動するためのモータなどを含むことができる。

制御装置は、１つまたは複数のセンサによって除霜運転の必要性を判定する判定部を提供する。制御装置は、除霜運転が必要であると判定された場合に、複数のフラップを駆動することにより、入口開口１１および出口開口１３を閉じ、空気案内ハウジング１０、１０’をロックする閉鎖駆動部を提供する。閉鎖駆動部は、空気案内ハウジング１０、１０’内に提供される複数の通路（主通路１９、端部通路２０、およびバイパス通路２３）によって提供される貫流経路Ｄおよび循環経路Ｚを、貫流経路Ｄから循環経路Ｚに切り換える経路切換部でもある。閉鎖駆動部は、第１熱交換器１５を含む冷媒サイクルのヒートポンプ運転を停止し、除霜運転に切り換える運転切換部を含むことができる。さらに、閉鎖駆動部は、閉鎖期間の中で、短く一時的な空気案内ハウジング１０、１０’の開放を実行し、内部を換気する換気部を含むことができる。制御装置は、空気案内ハウジング１０、１０’が閉鎖（ロック）されているときに、ファン２１を運転することにより、循環経路Ｚを流れる空気の流れを発生させる循環制御部を提供する。制御装置は、空気案内ハウジング１０、１０’が閉鎖（ロック）されているときに、第１熱交換器１５に熱を直接的、または間接的に与える加熱器（第２熱交換器）を活性化することにより除霜を促進する促進制御部を提供する。制御装置は、除霜運転の終期を設定する終了部を提供する。終了部は、除霜運転の継続時間によって終期を設定してもよい。終了部は、除霜の完了を検出して、終期を設定してもよい。制御装置は、除霜運転の終了の後に、ヒートポンプ運転に復帰する復帰部を提供する。制御装置は、上記装置を制御することにより、除霜方法を実行する。

１ 車両、
２ 外部環境、
１０、１０’ 空気案内ハウジング、
１１ 入口開口、
１２ 入口フラップ、
１３ 出口開口、
１４ 出口フラップ、
１５ 第１熱交換器、
１６ 第２熱交換器、
１７ 端面、
１８ 隔壁、
１９ 主通路、
２０ 端部通路、
２１ ファン、
２２ ファンフレーム、
２２ Ａフレーム接続器、
２３ バイパス通路、
２４ バイパスフラップ（閉鎖機構）、
Ａ、Ｂ 領域、
Ｄ 貫流経路、
Ｔ 部分バイパス通路、
Ｚ 循環経路

Claims (11)

1. 車両（１）における熱交換器（１５）のための除霜装置において、
   車両（１）の外部環境（２）と連通するために適した入口開口（１１）および出口開口（１３）を有しており、周囲の空気を導くための空気案内ハウジング（１０、１０’）と、
   前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている、少なくとも１つのファン（２１）と、前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている、ときどき除霜される第１熱交換器（１５）とを備えており、導入された周囲の空気が冷却される運転モードにおいて前記第１熱交換器（１５）が運転可能であり、
   前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）とは閉鎖可能であり、
   前記少なくとも１つのファン（２１）が運転されているとき、前記入口開口（１１）および前記出口開口（１３）が閉鎖されているときに、少なくとも１つの循環経路（Ｚ）が形成されるように、前記少なくとも１つのファン（２１）および前記第１熱交換器（１５）は、前記空気案内ハウジングの中に配置されており、
   前記循環経路（Ｚ）が形成されるように、少なくとも１つの隔壁（１８）が前記空気案内ハウジング（１０；１０’）の中に配置されており、
   少なくとも１つの隔壁（１８）は、少なくとも１つの熱交換器（１５、１６）の端面（１７）を、２つの領域（Ａ、Ｂ）に分割しており、および／または複数の熱交換器（１５、１６）の端面（１７）を、２つの領域（Ａ、Ｂ）に分割しており、さらに、
   前記少なくとも１つのファン（２１）に対して非対称的に配置されて
   いる熱交換器の除霜装置。
2. さらに、前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている冷却器として導入された空気に熱を放出する第２熱交換器（１６）を有する請求項１に記載の熱交換器の除霜装置。
3. 車両（１）における熱交換器（１５）のための除霜装置において、
   車両（１）の外部環境（２）と連通するために適した入口開口（１１）および出口開口（１３）を有しており、周囲の空気を導くための空気案内ハウジング（１０、１０’）と、
   前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている、少なくとも１つのファン（２１）と、前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている、ときどき除霜される第１熱交換器（１５）とを備えており、導入された周囲の空気が冷却される運転モードにおいて前記第１熱交換器（１５）が運転可能であり、
   前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）とは閉鎖可能であり、
   前記少なくとも１つのファン（２１）が運転されているとき、前記入口開口（１１）および前記出口開口（１３）が閉鎖されているときに、少なくとも１つの循環経路（Ｚ）が形成されるように、前記少なくとも１つのファン（２１）および前記第１熱交換器（１５）は、前記空気案内ハウジングの中に配置されており、
   さらに、前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている冷却器として導入された空気に熱を放出する第２熱交換器（１６）を有し、
   少なくとも１つの隔壁（１８）は、少なくとも１つの熱交換器（１５、１６）の端面（１７）を、２つの領域（Ａ、Ｂ）に分割しており、および／または複数の熱交換器（１５、１６）の端面（１７）を、２つの領域（Ａ、Ｂ）に分割しており、さらに、
   前記少なくとも１つのファン（２１）に対して非対称的に配置されている熱交換器の除霜装置。
4. 少なくとも１つの隔壁（１８）は、前記少なくとも１つの熱交換器（１５、１６）の横の領域に配置されており、それによって主通路（１９）および少なくとも１つの端部通路（２０）が形成されており、
   前記ファン（２１）は、前記主通路（１９）の領域に配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱交換器の除霜装置。
5. 前記ファン（２１）は、前記出口開口（１３）の方向に、前記入口開口（１１）からの流れ方向（Ｄ）において、前記少なくとも１つの熱交換器（１５、１６）の背後に配置されており、
   さらに、第１旋回位置において、前記入口開口（１１）からの前記出口開口（１３）の方向への空気流を、前記端部通路（２０）から前記ファン（２１）へ案内し、第２の旋回位置において、前記ファンの端部領域までの前記少なくとも１つの隔壁（１８）の拡張を提供する、旋回移動可能な案内板（２２）を備える請求項４に記載の熱交換器の除霜装置。
6. 横バイパス通路（２３）が形成されるように、少なくとも１つの熱交換器（１５、１６）の隣りに横に配置されている隔壁（１８）と、
   前記バイパス通路（２３）の中に提供された閉鎖機構（２４）とを備え、
   前記閉鎖機構（２４）は、前記入口開口（１１）および前記出口開口（１３）が開いているときに、前記バイパス通路（２３）を閉鎖することができる請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱交換器の除霜装置。
7. 前記バイパス通路（２３）の前記閉鎖機構は、フラップ（２４）を含み、前記入口開口（１１）から前記出口開口（１３）の方向の流れ方向（Ｄ）に、予荷重を与えられている請求項６に記載の熱交換器の除霜装置。
8. 前記バイパス通路（２３）の前記閉鎖機構（２４）は、少なくとも２つの開放位置に位置づけることができ、
   第１開放位置において、前記バイパス通路（２３）を通過する空気が、前後に並べて配置された少なくとも２つの熱交換器（１５、１６）を通過するように案内し、
   第２開放位置において、前に配置された前記熱交換器（１６）だけが前記バイパス通路（２３）によってバイパスされるように、後に配置された前記熱交換器（１５）の前において前記バイパス通路（２３）を閉鎖する請求項６または請求項７に記載の熱交換器の除霜装置。
9. 前記空気案内ハウジング（１０）の下部領域には、排水開口が設けられており、前記排水開口は、好適に加熱される請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱交換器の除霜装置。
10. 車両（１）の外部環境（２）と連通するために適した入口開口（１１）および出口開口（１３）を有しており、周囲の空気を導くための空気案内ハウジング（１０、１０’）と、前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている、少なくとも１つのファン（２１）と、前記入口開口（１１）と前記出口開口（１３）との間に配置されている、時に除霜される第１熱交換器（１５）とを備える熱交換器の除霜装置に適用される除霜方法であって、
    前記入口開口（１１）および前記出口開口（１３）を閉鎖する段階と、
    空気案内ハウジング（１０；１０’）の中に空気循環を形成する手段を導入する段階とを備え、
    前記手段を導入する段階は、バイパス通路（２３）を追加的に開く手段の導入、および／または、少なくとも１つの隔壁（１８）の両側に異なる圧力を生成するように、前記少なくとも１つのファン（２１）を運転する手段の導入を備え、
    前記入口開口（１１）および前記出口開口（１３）が閉鎖される運転中に、前記入口開口（１１）および前記出口開口（１３）は、第１期間の終了の後に、第２期間にわたって一時的に開かれ、前記第２期間は前記第１期間より短い除霜方法。
11. 閉じた前記空気案内ハウジング（１０）の中に熱が供給される請求項１０に記載の除霜方法。

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