JP6664542B2 - 自動車用の空調装置および該空調装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の空調装置であって、冷媒回路を備えており、該冷媒回路は、
‐コンプレッサ、
‐入口側を、第１の冷媒案内区間を介してコンプレッサの出口に接続されており、自動車の車室内へ案内可能な空気流部分が通流可能な内部熱交換器ユニットであって、
・冷媒回路の気化器として運転可能な第１の空気／冷媒熱交換器セグメント、
・冷媒の流れ方向において第１の空気／冷媒熱交換器セグメントの上流側に接続された、第１の膨張弁および
・冷媒の流れ方向において第１の膨張弁の上流側に接続された、冷媒回路の凝縮器として運転可能な第２の空気／冷媒熱交換器セグメント
を有する内部熱交換器ユニット、
‐冷媒の流れ方向において内部熱交換器ユニットの下流側に接続された第２の膨張弁および
‐入口側を、第２の冷媒案内区間を介して第２の膨張弁に接続されており、出口を第３の冷媒案内区間を介してコンプレッサの入口に接続された、熱源またはヒートシンクに熱的に結合された結合熱交換器
を有している。

本発明はさらに、このような空調装置を運転するための、２つの異なる方法に関する。

前記のような空調装置およびその運転方法は、国際公開第２０１２０２８３０７号（WO2012/028307 A1）から公知である。

この刊行物が開示する自動車用の空調装置の冷媒回路は、ヒートポンプモードと冷却モードの両方において運転可能である。冷媒回路において慣例であるように、この冷媒回路には冷媒圧縮用のコンプレッサが含まれる。冷媒側においてコンプレッサの下流側には、２つの空気／冷媒熱交換器セグメントを備えた内部熱交換器ユニットが接続されており、２つの空気／冷媒熱交換器セグメントのうち、冷媒入口側の空気／冷媒熱交換器セグメントは、あらゆる運転モードにおいて常に凝縮器として運転され、冷媒出口側の空気／冷媒熱交換器セグメントは、必要に応じて凝縮器または気化器のいずれかとして運転され得る。凝縮器という用語は、ここでは広義に理解され、凝縮不能な冷媒を備えた冷媒回路においてガスクーラとして働くような装置も含まれる。内部熱交換器セグメントを空気流が通流可能であり、空気流は、複数の分配通路を介して自動車の内室に案内され得る。内部熱交換器ユニットの２つの熱交換器セグメントの間には、両熱交換器セグメント間の圧力差を調節可能な第１の膨張弁が配置されている。公知の冷媒回路にはさらに、空気／冷媒熱交換器として形成されており、冷媒回路を外気に熱的に結合する外部熱交換器が含まれる。さらに、冷媒の下流側の熱交換器セグメントの、第１の膨張弁とは反対の側に配置された、第２の膨張弁が設けられている。

ヒートポンプモードにおいて、圧縮された冷媒はまず、常に凝縮器として運転される熱交換器セグメントを通流し、凝縮器は、この凝縮器を通流する空気流に熱を供給する。次いで冷却された冷媒は第１の膨張弁を通流し、このとき下流側に接続された熱交換器セグメントをより低い温度レベルで運転しようとする場合には、減圧を調節することができるようになっている。しかしまたこの熱交換器セグメントは、通流する空気流に熱を供給する別の凝縮器としても利用され、よって空気流は、内部熱交換器ユニットを通過すると、二重に加熱されることになる。次いで第２の膨張弁により、冷媒の大幅な膨張が行われ、これにより外部熱交換器を気化器として運転し、気化器を通流する周辺空気から熱を受け取ることができるようになっている。次いで冷媒は、コンプレッサに戻る。

冷却モードにおいて、圧縮された冷媒はまずコンプレッサから、やはり最初は常に凝縮器として利用される熱交換器セグメントを通流し、熱交換器セグメントは、この熱交換器セグメントを通流する空気流に熱を供給する。この空気流は車室内へ案内されるが、冷却モードでは大幅な加熱は一切所望されていないため、空気流の主な部分はバイパスフラップにより、前記熱交換器セグメントの周りに案内され得るようになっている。よってこのセグメント内でのガス冷却もしくは凝縮は、当然ながら極めて非効率的である。冷却モードでは、第１の膨張弁は閉じられており、冷媒は、前記熱交換器セグメントの出口から直接、このモードでは本来の凝縮器として働き、通流する外気に熱を供給する外部熱交換器に向かって流れる。冷却モードでは、冷媒は上述したヒートポンプモードの場合とは逆の方向に、外部熱交換器を通流することが考慮される。外部熱交換器の下流側で、冷媒は第２の膨張弁を通り、冷却モードでは気化器として運転される、別の内部熱交換器セグメントに向かって流れる。このために必要な冷媒の膨張は、第２の膨張弁において行われる。次いで冷媒は、気化器からコンプレッサに戻る。

この公知の空調装置における欠点は、冷却モードにおけるその低い効率にある。

本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載の空調装置を改良して、特に冷却モードにおいて、より効率的に運転することができるようにすることにある。

この課題は、請求項１の上位概念に記載の特徴に関連して、
‐第１および第２の冷媒案内区間が、第４の冷媒案内区間を介して互いに接続されており、
‐第２の空気／冷媒熱交換器セグメントの入口と、結合熱交換器の出口とが、第３の膨張弁を含む第５の冷媒案内区間を介して互いに接続されており、かつ
‐第１の空気／冷媒熱交換器セグメントの出口と、コンプレッサの入口とが、第６の冷媒案内区間を介して互いに接続されており、
複数の調節可能な弁が、冷媒回路内に分散されて配置されており、これにより、これらの弁の切換位置に応じて、
ヒートポンプモードでは、第１、第２および第３の冷媒案内区間を冷媒が通流可能であるのに対し、第４、第５および第６の冷媒案内区間では冷媒の通流が阻止されている、
または、冷却モードでは、第４、第５および第６の冷媒案内区間を冷媒が通流可能であるのに対し、第１、第２および第３の冷媒案内区間では冷媒の通流が阻止されている
ことにより、解決される。

本発明の好適な実施形態は、各従属特許請求項に記載されている。

発明者は、冷却モードにおける効率損失が、特にここでは第２の空気／冷媒熱交換器セグメントと呼ばれる冷媒入口側の内部熱交換器セグメントに対する凝縮器機能の継続的な割当てに起因するものである、ということに気付いた。よって第４の冷媒案内区間を用いて、第１の冷媒案内区間の入口と、第２の冷媒案内区間の出口との間に、第２の空気／冷媒熱交換器セグメントを迂回する、直接的な接続部を形成した。さらに、コンプレッサにより圧縮された冷媒を、（ヒートポンプモードでは）第１の冷媒案内区間を介して、または（冷却モードでは）第４の冷媒案内区間を介して案内することができる、複数の弁が提供された。

つまり冷却モードでは、圧縮された冷媒はまず結合熱交換器を通流し、この場合、結合熱交換器は凝縮器として働いて、冷媒回路をヒートシンクに熱的に結合する。ヒートシンクは、結合熱交換器が外部熱交換器として形成されている場合には、外気であってよい。結合熱交換器が冷媒／冷媒熱交換器として形成されている場合には、ヒートシンクは熱的に結合された冷媒回路、例えばエンジン冷却回路または電子機器冷却回路であってよい。結合熱交換器の下流側で、冷媒は第５の冷媒案内区間を通流すると共に、そこで本発明により設けられた第３の膨張弁を通流し、第３の膨張弁において冷媒は膨張させられる。第３の膨張弁の下流側で初めて、冷却されかつ膨張させられた冷媒は、内部熱交換器ユニットの第２の空気／冷媒熱交換器セグメントに流入し、これにより、第２の空気／冷媒熱交換器セグメントを気化器として運転することができる。

本発明に基づき、両方の内部熱交換器セグメントを気化器として運転することが可能であり、これにより、内部熱交換器ユニットにおいてもっぱら冷却のみを行い、効率を低下させる、内部熱交換器ユニットにおいて凝縮器として利用されるセグメントの、従来技術では不可避の加熱作用を無くすことが可能になる。しかしまた、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント自体を冷却モードにおいて加熱するように運転することも可能である。このためには単に、第３の膨張弁における減圧を減少させるだけで済む。それどころか極端なケースでは、第３の膨張弁において減圧を省き、第２の内部熱交換器セグメントを最高温度で運転することが可能である一方で、減圧を実現するためには第１の膨張弁を利用し、これにより、第１の内部熱交換器セグメントを（唯一の）気化器として運転することができる。つまり冷却モードにおける効率向上の他に、本発明は、冷媒回路の制御における、より大きなフレキシビリティをも可能にする。

ヒートポンプモードにおいて、本発明による空調装置は、冒頭で述べた、請求項１の上位概念を形成する装置と同様に作動する。この場合、圧縮された冷媒は、第１の冷媒案内区間を経て直接に、凝縮器として働く第２の内部熱交換器セグメントに流入する。下流側に接続された第１の内部熱交換器セグメントは、第１の膨張弁の調節に応じて、やはり凝縮器として働くか、または気化器として働き、この場合、両セグメントの所望の温度差は、大きなフレキシビリティでもって調節可能である。次いで冷媒は第２の膨張弁を通流し、そこでいずれにせよ、接続している結合熱交換器が如何なる場合でも気化器として働き、熱的に結合された熱源から熱を受け取ることができる程度に、膨張させられる。

つまり結果として、本発明による空調装置を運転するための、２つの特に好適な方法が得られる。１つは請求項８記載の方法、つまり本発明による空調装置の運転方法であって、該方法では、
‐複数の調節可能な弁を、ヒートポンプモードの切換位置に切り換え、
‐凝縮器として運転される第２の空気／冷媒熱交換器セグメントと、凝縮器または気化器として運転される第１の空気／冷媒熱交換器セグメントとの間の温度差を調節する第１の膨張弁を調節し、かつ
‐第１の空気／冷媒熱交換器セグメントと、気化器として運転される結合熱交換器との間の圧力差を調節する第２の膨張弁を調節する。

もう１つは請求項９記載の方法、つまり本発明による空調装置の運転方法であって、該方法では、
‐複数の調節可能な弁を、冷却モードの切換位置に切り換え、
‐凝縮器として運転される結合熱交換器と、気化器または凝縮器として運転される第２の空気／冷媒熱交換器セグメントとの間の圧力差を調節する第３の膨張弁を調節し、かつ
‐第２の空気／冷媒熱交換器セグメントと、気化器として運転される第１の空気／冷媒熱交換器セグメントとの間の温度差を調節する第１の膨張弁を調節する。

説明したように、本発明の重要な要素は、冷媒が、意図するモードにおいて択一的に、第１の冷媒案内区間または第４の冷媒案内区間を通流する、という点にある。このことを実現するためには、特に２つ態様が特に有利である。第１の態様では、第１の冷媒案内区間と第４の冷媒案内区間との分岐箇所に、切換可能な２方向制御弁が配置されている、ということが想定されている。これに対して第２の態様では、第１の冷媒案内区間と第４の冷媒案内区間との分岐箇所の下流側に、それぞれ切換可能な遮断弁が配置されている、ということが想定されている。第１のケースでは、２方向制御弁の構造および制御が複雑である一方で、構成部材の節減は有利であると見なすことができる。第２のケースでは、構成部材の数は確かに増えるが、その構造および制御は特に簡単であり、この点にこの態様の利点がある。

同じく本発明の重要な特徴は、冷媒が、所望の運転モードに応じて択一的に、第３の冷媒案内区間または第６の冷媒案内区間を通流する、という点にもある。この切換を実現するためにも、やはり２つの態様が特に有利であると見なされる。第１の態様では、第３の冷媒案内区間と第６の冷媒案内区間との合流箇所に、切換可能な２方向制御弁が配置されている、ということが想定されている。これに対して第２の態様では、第３の冷媒案内区間と第６の冷媒案内区間との合流箇所の上流側に、それぞれ切換可能な遮断弁が配置されている、ということが想定されている。両態様の利点および欠点に関しては同じく上記したものを参照されたい。

冷媒の選択に応じて、冷媒回路に追加的な内部熱交換器、すなわち冷媒回路の異なる区間を互いに熱的に結合する冷媒／冷媒熱交換器を装備することが有意であるか、またはそれどころか必要不可欠な場合がある。よってこのような構成では、コンプレッサの上流側に、冷媒／冷媒熱交換器として形成された内部熱交換器の低圧出口が配置されており、この内部熱交換器の低圧入口は、第３の冷媒案内区間と第６の冷媒案内区間との合流箇所の下流側に位置しており、前記内部熱交換器の高圧入口および高圧出口は、結合熱交換器の出口と、第３の冷媒案内区間と第５の冷媒案内区間との分岐箇所との間に位置している、ということが想定されていてよい。換言すると、前記内部熱交換器は、低圧側ではコンプレッサの入口の直前に位置しており、かつ高圧側では結合熱交換器の出口の直後に位置している。

本発明の別の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかである。

内部熱交換器ユニットの第１の実施形態を示す図である。 内部熱交換器ユニットの第２の実施形態を示す図である。 内部熱交換器ユニットの第３の実施形態を示す図である。 内部熱交換器ユニットの第４の実施形態を示す図である。 図２に示した内部熱交換器ユニットを用いた冷媒回路を示す図である。 図５に示した冷媒回路のヒートポンプモードを示す図である。 図５に示した冷媒回路の冷却モードを示す図である。 図３に示した内部熱交換器ユニットを用いた冷媒回路を示す図である。 図４に示した内部熱交換器ユニットを用いた冷媒回路を示す図である。

各図面における同一符号は、同じまたは類似の要素を示すものである。

図１〜図４に示す、それぞれ異なる内部熱交換器ユニットのうち、図２〜図４に示したものは、以下に説明する、図５〜図９に図示したような冷媒循環回路に関連して、特に有利に使用され得る。この場合、部分図１ａ〜４ａは、それぞれ空気案内通路延在部に対して平行な、鉛直方向の縦断面を表している。部分図１ｂ〜４ｂは、それぞれ熱交換器を部分的に破断して、空気流の方向に見たところを表している。

ケーシング１０（詳しくは図示せず）内には空気案内通路１２が形成されている。空気案内通路１２を通って空気流１４が流れることができるようになっており、空気流１４は、典型的には上流側に配置されたファンにより生ぜしめられかつ下流側に配置された混合室内へ案内され、混合室からさらに複数の分配通路を介して車室に案内され、流出する。図１〜図４には単に、車室のフットスペースに向けられた部分流１６ａと、車室のヘッドスペースに向けられた部分流１６ｂとが例示されているに過ぎない。

図１〜図４に示す実施形態に共通して、埃、花粉およびその他の不純物を下流側に配置された内部熱交換器もしくは車室から遮断する任意のフィルタ１８が、空気案内通路に張設されている。内部熱交換器という用語は、この部材において温度調節された空気が車室内部に流入することができる、ということを示唆するものである。さらに、図１〜図４に示す実施形態は、複数の抵抗加熱素子から形成された電気的な熱交換器セグメント２０を有しており、電気的な熱交換器セグメント２０は、好適には複数の、いわゆるＰＴＣ抵抗素子（ＰＴＣ＝positiv temperature coefficient）から成っている。任意のフィルタ１８と電気的な熱交換器セグメント２０との間、すなわち電気的な熱交換器セグメント２０の空気流上流側には、図１〜図４に示す全ての実施形態において、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１が配置されている。図２〜図４に示す実施形態は追加的に、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２を有しており、第２の空気／熱交換器セグメント２２は実施形態に応じて、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１と共に第１の熱交換器を形成する（図２）か、電気的な熱交換器セグメント２０と共に第２の熱交換器を形成する（図３）か、または独立して第３の熱交換器を形成する（図４）。

図１〜図４に示す全ての実施形態について特徴的なのは、各熱交換器セグメント２０，２１，２２をバイパスする空気案内通路１２の側方通路１２’を切換位置に応じて開閉するバイパスフラップ３０である。閉じられたフラップ位置が、図１〜図４に実線で示されている。部分図１ａ〜４ａでは、開かれたフラップ位置は追加的に破線で示されている。閉じられたフラップ位置では、全空気流１４が熱交換器セグメント２０，２１，２２を強制的に通流させられるので、冷媒と空気との間もしくは抵抗加熱素子と空気との間で熱伝達が実現される。これに対して開かれたフラップ位置では、より低い流れ抵抗に基づき空気流１４の大部分が側方通路１２’を介して流れるので、実質的に熱伝達は全く行われない。

以下に、図１〜図４に示す各実施形態の相違点を説明する。

図１には最も簡単な実施形態が示されている。ここでは、電気的な熱交換器セグメント２０と第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１とが実質的に、空気案内通路１２の横断面と同じ範囲を占めている。電気的な熱交換器セグメント２０は、空気流方向に見て、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の下流側に配置されている。バイパスフラップ３０は、空気案内通路１２の上部領域に配置されており、空気案内通路１２の側方通路１２’は、空気案内通路１２の上縁領域内に延在している。熱交換器セグメント２０，２１を介した実質的な部分流と、側方通路１２’を介した実質的な部分流の両方を可能にするバイパスフラップ３０のフラップ位置では、下流側に配置された混合室内に温度差層が生じる。この温度差層は特に、より高温の部分流１６ａを車室のフット領域に流入させ、より低温の部分流１６ｂをヘッド領域に流入させるために利用され得る。部分図１ｂにおいて示唆するように、さらに熱交換器セグメント２０，２１の横方向のセグメント化が図られており、この場合、個々の横方向セグメントは、好適には別個に制御可能である。下流側に配置された混合室が相応する横方向分岐部を有している場合には、このようにして、運転席空間と助手席空間の空気調節を、それぞれ異ならせることが可能である。バイパスフラップ３０は、好適には自動制御可能であり、このためには部分図１ｂに示唆したアクチュエータ３２を使用することができる。

バイパスフラップ３０の位置および熱交換器セグメント２０，２１の横方向のセグメント化以外に、特に好適な実施形態では、より小さな区分の温度差を生ぜしめることができる。このことは特に、このような実施形態では電気的な熱交換器セグメント２０が、複数の独立制御可能な抵抗加熱素子から形成されていることに基づく。

図２に示す実施形態では追加的に、鉛直方向において第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の下に配置された、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２が設けられている。特に、引き続き以下でさらに説明する冷媒循環回路に関連して、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２を加熱すると共に、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１を冷却するように運転することが可能であり、このことは結果的に、下流側に配置された混合室内に改善された温度差層を生ぜしめる。他方では、第１および第２の熱交換器セグメント２１，２２を同じ温度で運転すること、あるいは冷却モードまたは加熱モードにおいて一緒にではあるがそれぞれ異なる温度で運転することも可能である。電気的な熱交換器セグメント２０は、追加ヒータもしくは対向ヒータとして使用され得る。当業者は、このようにして混合室内の温度差層の最もフレキシブルな形成が可能になることを認識している。その他の点については同じく、上で図１に関して述べた説明を参照されたい。

図３に示す実施形態では、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２が、鉛直方向において電気的な熱交換器セグメント２０の下で、空気流方向において第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の下流側に配置されている。ここでも結果的に、混合室内の温度差層の極めてフレキシブルな形成が生ぜしめられるが、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の影響が増大して、電気的な熱交換器セグメント２０の影響を損なうことになる。その他の点については同じく、上で図１に関して述べた説明を参照されたい。

最後に図４に示す変化態様では、電気的な熱交換器セグメント２０、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１および第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２は全て、空気案内通路横断面の実質的に同じ領域を占めている。図１に示した実施形態の場合と同様に、ここでも混合室内の温度差層は、実質的にバイパスフラップ３０と、場合により追加的に、電気的な熱交換器セグメント２０の小区分の制御可能性とに基づいて調節される。ただしここでは、より多数の制御可能な熱交換器セグメント２０，２１，２２に基づき、温度調節においてより大きなフレキシビリティが与えられている。

図５に示す、特に有利な冷媒循環回路１００では、図２に示した内部熱交換器ユニットが（当然ここでも使用可能な任意のフィルタ１８無しで）使用されている。図８および図９に示すように、図３および図４に示した内部熱交換器ユニットを用いても、実質的に同じ回路が実現され得る。よって、図５に示す冷媒回路１００に焦点を当てた以下の説明は、図３および図４に関する注釈を考慮すれば完全に、図８および図９に示す冷媒回路１００にも当てはまる。

冷媒回路１００には、冷媒を圧縮可能なコンプレッサ３４が含まれる。コンプレッサ３４の出口は、冷媒導管を介して第１の分岐箇所もしくは合流箇所１０１に接続されている。分岐箇所および合流箇所という用語は、ここでは交換可能に用いられる。第１の分岐箇所１０１からは２つの冷媒案内区間、つまり第１の冷媒案内区間Ｉと第４の冷媒案内区間ＩＶが分岐している。第１の冷媒案内区間Ｉは、第１の遮断弁５１を有しかつ第２の分岐箇所もしくは合流箇所１０２で終わっている。第４の冷媒案内区間ＩＶは、第２の遮断弁５２を有しかつ第３の分岐箇所もしくは合流箇所１０３で終わっている。第２の合流箇所１０２は、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２の入口に接続されている。第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２の出口は、第１の膨張弁４１を介して、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の入口に接続されている。第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の出口は、第４の分岐箇所もしくは合流箇所１０４に接続されており、第４の分岐箇所もしくは合流箇所１０４自体は、第２の膨張弁４２を有する第２の冷媒案内区間ＩＩを介して、第３の合流箇所１０３に接続されている。

第２の合流箇所１０２は、さらに第３の膨張弁４３を有する第５の冷媒案内区間Ｖを介して、第５の分岐箇所もしくは合流箇所１０５に接続されている。第５の分岐箇所もしくは合流箇所１０５は一方では、冷媒／冷媒熱交換器として形成された内部熱交換器２４の高圧出口に接続されており、かつ他方では第３の遮断弁５３を有する第３の冷媒案内区間ＩＩＩを介して、第６の分岐箇所もしくは合流箇所１０６に接続されており、第６の分岐箇所もしくは合流箇所１０６自体は、コレクタ３６を介して内部熱交換器２４の低圧入口に接続されており、内部熱交換器２４の低圧出口は、コンプレッサ３４の入口に接続されている。

内部熱交換器２４の低圧入口は、冷媒／冷媒熱交換器として形成された結合熱交換器２３の出口に接続されており、結合熱交換器２３は、例えば駆動ユニットおよび／または駆動ユニットの電子機器の冷却に用いることができる冷媒回路（詳しくは図示せず）の冷媒側の構成部材である。内燃機関冷却用の冷媒回路が考えられる。同様にこの冷媒回路は、電気的な駆動ユニットおよび／または電気的な駆動ユニットの電子機器、特に出力電子機器およびトラクションバッテリーの冷却に用いることもできる。空気／冷媒熱交換器として形成された外部熱交換器としての、結合熱交換器の構成も考えられる。ただしこれは、エネルギ的にあまり有利ではない。

結合熱交換器２３は、入口側において第３の合流箇所１０３に接続されている。

最後に第４の分岐箇所１０４は、第４の遮断弁５４を有する第６の冷媒案内区間ＶＩを介して、第６の合流箇所１０６に接続されている。

以下に、図５に示す冷媒回路１００の好適な運転モードを、図６および図７に基づき説明する。図６および図７には実線で、それぞれ運転状態の、すなわち冷媒が通流する冷媒案内区間が図示されている。各モードにおいて遮断される、すなわち冷媒が通流しない部分は破線で図示されている。

図６には、冷媒回路１００のヒートポンプモードが示されている。このために第１の遮断弁５１は開かれており、第２の遮断弁５２は閉じられている。つまりコンプレッサ３４により圧縮された冷媒は、第１の冷媒案内区間Ｉを通流するのに対し、第４の冷媒案内区間ＩＶは通流しないままである。第１の冷媒案内区間Ｉもしくは第４の冷媒案内区間ＩＶにおける遮断弁５１，５２の配置に対して択一的に、第１の分岐箇所１０１に切換可能な２方向制御弁を取り付けることも可能な場合がある。さらに、ヒートポンプモードでは、第３の遮断弁５３は開かれており、第４の遮断弁５４は閉じられている。つまり、冷媒が第３の冷媒案内区間ＩＩＩを通流することができる一方で、第６の冷媒案内区間ＶＩは遮断されている。第３の冷媒案内区間ＩＩＩもしくは第６の冷媒案内区間ＶＩにおける第３の遮断弁５３および第４の遮断弁５４の配置に対して択一的に、２方向制御弁が第６の合流箇所１０６で使用される場合もある。

さらにヒートポンプモードは追加的に、第５の冷媒案内区間Ｖもやはり遮断されている、という点において優れている。図示の実施形態では、このために第３の膨張弁４３が用いられる。択一的に、このためには第５の冷媒案内区間Ｖに設けられた追加的な遮断弁が使用される場合もある。

つまりコンプレッサ３４内で圧縮された冷媒は、第１の冷媒案内区間Ｉを通って第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２に流入する。第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２は、このモードでは凝縮器として運転され、熱を冷媒から空気流１４に伝達する。第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２の出口から、冷媒は第１の膨張弁４１を経て第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１に到達する。このとき第１の膨張弁４１の位置に応じて減圧を調節することができ、これにより第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１は、凝縮器としての第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２と実質的に同じ温度レベルでやはり凝縮器として運転され得る、または第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２よりも低い温度レベルで運転され得る、または通流する空気流１４から熱を奪う気化器として運転され得る。第１の膨張弁４１の調節は、典型的には下流側に配置された混合室（個別には図示せず）において所望の温度差層を得るための調節の枠内で行われる。図示の実施形態では、空気流１４は、第１および第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２１，２２の下流側でさらに電気的な熱交換器セグメント２０を通流し、そこで追加加熱または対向加熱が行われてよい。ただし冷媒循環回路１００に関して、電気的な熱交換器セグメント２０は任意であると見なしてよい。

第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の下流側で、冷媒は第４の分岐箇所１０４において第２の冷媒案内区間ＩＩに流入する。それというのも、第４の遮断弁５４の遮断位置に基づき、同じく第４の分岐箇所１０４から分岐する第６の冷媒案内区間ＶＩは遮断されているからである。第２の冷媒案内区間ＩＩに含まれている第２の膨張弁４２において、冷媒のさらなる膨張が行われる。冷媒の圧力はいずれにしろ、下流側に配置された結合熱交換器２３が、接続された冷媒回路から熱を受け取る気化器として運転される程度に低いことが望ましい。

結合熱交換器２３の下流側で、冷媒は内部熱交換器２４の高圧部分を通流する。ただしこの内部熱交換器２４は、当業者が認識するように、コレクタ３６と同じく任意であり、実質的に冷媒の選択に左右されるものであるに過ぎない。結合熱交換器２３の出口を、図示の実施形態では内部熱交換器２４の高圧出口が接続された、第５の合流箇所１０５に直接に接続することも考えられる。

第５の合流箇所１０５から、冷媒は開かれた第３の遮断弁５３と第３の冷媒案内区間ＩＩＩとを通流し、第６の合流箇所１０６、内部熱交換器２４の低圧部分を経てコンプレッサ３４に戻る。

図７には冷媒回路１００の冷却モードが示されている。この場合、第１の遮断弁５１は閉じられており、第２の遮断弁５２は開かれている。さらに第３の遮断弁５３は閉じられており、第４の遮断弁５４は開かれている。第３の膨張弁４３は、このモードでは調節されて運転される。これに対して第２の膨張弁４２は閉じられており、第２の冷媒案内区間ＩＩを遮断している。このために１つの択一的な実施形態では、第２の冷媒案内区間ＩＩに設けられた追加的な遮断弁が使用される場合もある。

コンプレッサ３４により圧縮された冷媒は、第１の分岐点１０１で第４の冷媒案内区間ＩＶに分岐し、第３の合流箇所１０３を経て結合熱交換器２３の入口に到達する。結合熱交換器２３は、このモードでは凝縮器として運転され、接続された冷媒回路に熱を供給する。任意の内部熱交換器２４の高圧部分を通流してから、冷媒は第５の分岐点１０５において、閉じられた第３の遮断弁５３に基づき第５の冷媒案内区間Ｖへ流入し、そこで第３の膨張弁４３により膨張させられる。

第１の遮断弁５１は閉じられているので、膨張した冷媒は第２の合流点１０２から第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２に流入する。この場合、第３の膨張弁４３の調節に応じて、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２を別の凝縮器として利用することができ、これにより、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２を通流する空気流１４の部分に熱を供給することができるようになっている。しかしまた、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２を気化器として運転し、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２を通流する空気流１４の部分から熱を受け取ることもできる。前記調節は実地では、所望される混合室（図示せず）内の温度差層に応じて調節される。冷媒側においては、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２の下流側で、冷媒は第１の膨張弁４１においてさらに膨張され、次いで第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１を通流する。第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１は、このモードではいずれにせよ気化器として運転され、これにより、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１を通流する空気流１４の部分から熱を受け取ることができるようになっている。

冷媒側で、第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１の下流側に位置する第４の分岐点１０４において、冷媒は閉じられた第２の膨張弁４２に基づき第６の冷媒案内区間に流入し、開かれた第４の遮断弁５４を通ってコレクタ３６へ流れ、任意の内部熱交換器２４の低圧部分を通ってコンプレッサ３４に戻る。

当業者は、３つの任意ではない熱交換器もしくは熱交換器セグメント、つまり前記冷媒回路１００に設けられた第１の空気／冷媒熱交換器セグメント２１、第２の空気／冷媒熱交換器セグメント２２および結合熱交換器２３が、それぞれ凝縮器としても、気化器としても運転され得る、ということを認識する。少数の切換要素および制御要素を適当に調節することにより、冷媒回路１００では２つの基本的なモード、つまりヒートポンプモードと冷却モードとにおいて運転が可能であり、この場合、両モードのうちのそれぞれにおいて、必要に応じて、内部熱交換器の下流側の空気側に配置された混合室内の異なる温度差層が可能である。このようにして、車室内の温度分布を最もフレキシブルかつ個別に適合させることができるようになっている。

もちろん、詳細な説明において述べた図示の実施形態は、本発明を図解する実施例であるに過ぎない。本明細書の開示に照らして、当業者には広範な変化態様の可能性が与えられている。

１０ ケーシング
１２ 空気案内通路
１２’ １２の側方通路
１４ 空気流
１６ａ フットスペースに向かう空気流部分
１６ｂ ヘッドスペースに向かう空気流部分
１８ フィルタ
２０ 電気的な熱交換器セグメント
２１ 第１の空気／冷媒熱交換器セグメント
２２ 第２の空気／冷媒熱交換器セグメント
２３ 結合熱交換器
２４ 内部熱交換器
３０ バイパスフラップ
３２ アクチュエータ
３４ コンプレッサ
３６ コレクタ
４１ 第１の膨張弁
４２ 第２の膨張弁
４３ 第３の膨張弁
５１ 第１の遮断弁
５２ 第２の遮断弁
５３ 第３の遮断弁
５４ 第４の遮断弁
１００ 冷媒回路
１０１ 第１の分岐箇所／合流箇所
１０２ 第２の分岐箇所／合流箇所
１０３ 第３の分岐箇所／合流箇所
１０４ 第４の分岐箇所／合流箇所
１０５ 第５の分岐箇所／合流箇所
１０６ 第６の分岐箇所／合流箇所
Ｉ 第１の冷媒案内区間
ＩＩ 第２の冷媒案内区間
ＩＩＩ 第３の冷媒案内区間
ＩＶ 第４の冷媒案内区間
Ｖ 第５の冷媒案内区間
ＶＩ 第６の冷媒案内区間

Claims (9)

1. 自動車用の空調装置であって、冷媒回路（１００）を備えており、該冷媒回路（１００）は、
   ‐コンプレッサ（３４）、
   ‐入口側を、第１の冷媒案内区間を介して前記コンプレッサの出口に接続されており、自動車の車室内へ案内可能な空気流部分が通流可能な内部熱交換器ユニットであって、
   ・前記冷媒回路（１００）の気化器として運転可能な第１の空気／冷媒熱交換器セグメント（２１）、
   ・冷媒の流れ方向において前記第１の空気／冷媒熱交換器セグメント（２１）の上流側に接続された、第１の膨張弁（４１）および
   ・冷媒の流れ方向において前記第１の膨張弁（４１）の上流側に接続された、前記冷媒回路（１００）の凝縮器として運転可能な第２の空気／冷媒熱交換器セグメント（２２）
   を有する内部熱交換器ユニット、
   ‐冷媒の流れ方向において前記内部熱交換器ユニットの下流側に接続された第２の膨張弁（４２）および
   ‐入口を、第２の冷媒案内区間（ＩＩ）を介して前記第２の膨張弁（４２）に接続されており、出口を第３の冷媒案内区間（ＩＩＩ）を介して前記コンプレッサ（３４）の入口に接続された、熱源またはヒートシンクに熱的に結合された結合熱交換器（２３）
   を有する、空調装置において、
   ‐前記第１および第２の冷媒案内区間（Ｉ／ＩＩ）は、第４の冷媒案内区間（ＩＶ）を介して互いに接続されており、
   ‐前記第２の空気／冷媒熱交換器セグメント（２２）の入口と、前記結合熱交換器の出口とは、第３の膨張弁（４３）を含む第５の冷媒案内区間（Ｖ）を介して互いに接続されており、かつ
   ‐前記第１の空気／冷媒熱交換器セグメント（２１）の出口と、前記コンプレッサ（３４）の入口とは、第６の冷媒案内区間（ＶＩ）を介して互いに接続されており、
   複数の調節可能な弁（４２，４３，５１，５２，５２，５３，５４）が、前記冷媒回路（１００）内に分散されて配置されており、これにより、これらの弁の切換位置に応じて、ヒートポンプモードでは、前記第１、第２および第３の冷媒案内区間（Ｉ／ＩＩ／ＩＩＩ）を冷媒が通流可能であるのに対し、前記第４、第５および第６の冷媒案内区間（ＩＶ／Ｖ／ＶＩ）では冷媒の通流が阻止されている、
   または、冷却モードでは、前記第４、第５および第６の冷媒案内区間（ＩＶ／Ｖ／ＶＩ）を冷媒が通流可能であるのに対し、前記第１、第２および第３の冷媒案内区間（Ｉ／ＩＩ／ＩＩＩ）では冷媒の通流が阻止されている
   ことを特徴とする、空調装置。
2. 前記第１の冷媒案内区間と前記第４の冷媒案内区間との分岐箇所に、切換可能な２方向制御弁が配置されている、請求項１記載の空調装置。
3. 前記第１の冷媒案内区間（Ｉ）と前記第４の冷媒案内区間（ＩＶ）との分岐箇所（１０１）の下流側に、それぞれ切換可能な遮断弁（５１，５２）が配置されている、請求項１記載の空調装置。
4. 前記第３の冷媒案内区間と前記第６の冷媒案内区間との合流箇所に、切換可能な２方向制御弁が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の空調装置。
5. 前記第３の冷媒案内区間（ＩＩＩ）と前記第６の冷媒案内区間（ＶＩ）との合流箇所（１０６）の上流側に、それぞれ切換可能な遮断弁（５３，５４）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の空調装置。
6. 前記コンプレッサ（３４）の上流側に、冷媒／冷媒熱交換器として形成された内部熱交換器（２４）の低圧出口が配置されており、該内部熱交換器（２４）の低圧入口は、前記第３の冷媒案内区間（ＩＩＩ）と前記第６の冷媒案内区間（ＶＩ）との合流箇所（１０６）の下流側に位置しており、前記内部熱交換器（２４）の高圧入口および高圧出口は、前記結合熱交換器（２３）の出口と、前記第３の冷媒案内区間（ＩＩＩ）と前記第５の冷媒案内区間（Ｖ）との分岐箇所（１０５）との間に位置している、請求項１から５までのいずれか１項記載の空調装置。
7. 前記結合熱交換器（２３）は、冷媒側を駆動ユニットおよび／または該駆動ユニットの電気的なコンポーネントに熱的に結合された、冷媒／冷媒熱交換器として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の空調装置。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の空調装置の運転方法において、
   ‐複数の調節可能な弁（４３，５１，５２，５２，５３，５４）を、ヒートポンプモードの切換位置に切り換え、
   ‐凝縮器として運転される第２の空気／冷媒熱交換器セグメント（２２）と、凝縮器または気化器として運転される第１の空気／冷媒熱交換器セグメント（２１）との間の温度差を調節する第１の膨張弁（４１）を調節し、かつ
   ‐前記第１の空気／冷媒熱交換器セグメント（２１）と、気化器として運転される結合熱交換器（２３）との間の圧力差を調節する第２の膨張弁（４２）を調節する、運転方法。
9. 請求項１から７までのいずれか１項記載の空調装置の運転方法において、
   ‐複数の調節可能な弁（４２，５１，５２，５２，５３，５４）を、冷却モードの切換位置に切り換え、
   ‐凝縮器として運転される結合熱交換器（２３）と、気化器または凝縮器として運転される第２の空気／冷媒熱交換器セグメント（２２）との間の圧力差を調節する第３の膨張弁（４３）を調節し、かつ
   ‐前記第２の空気／冷媒熱交換器セグメント（２２）と、気化器として運転される第１の空気／冷媒熱交換器セグメント（２１）との間の温度差を調節する第１の膨張弁（４１）を調節する、運転方法。

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