JP6949133B2 - Ａｃ動作用の冷却回路として動作可能かつ加熱動作用のヒートポンプ回路として動作可能な冷媒回路を備えた車両の冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の、ＡＣ動作用の冷却回路として動作可能かつ加熱動作用のヒートポンプ回路として動作可能な冷媒回路を備えた車両の冷却システムに関するものである。

車両空調システムの冷媒回路を、冷却動作（ＡＣ動作）用としても、乗員室を加熱するためのヒートポンプ機能を用いた加熱動作用としても構築することが知られている。そのヒートポンプとしての機能においては、冷媒回路はその中で空気流や水流、あるいは冷媒流を加熱し、その熱を直接的または間接的に乗員室への供給空気に与える。

こうした冷媒回路では、ヒートポンプ機能の有無によらず、内部熱交換器が性能向上手段あるいは効率向上手段として用いられ、冷媒回路の高圧側からの熱的エネルギーが低圧側に伝達され、冷媒回路の膨張機構に入る前には冷媒の温度を低下させる一方、コンプレッサに入る前には温度を上昇させる。

内部熱交換器を使用することと関連して、冷媒コンプレッサ手前の低圧側で問題のある温度上昇が起こり、特に高負荷動作においてはこうした追加の熱印加が冷媒回路を致命的な動作温度にすることにつながり、特に高温ガスの問題につながるおそれがある。内部熱交換器によって引き起こされるこのような温度上昇は、冷媒回路のヒートポンプモードでも起こる可能性があり、なぜなら同様に高圧側と低圧側との間で冷媒温度に明らかな温度差が生じ、より大きな温度勾配となり得るからである。既知の冷媒回路ではヒートポンプモードにおいて内部熱交換器がその高圧側とその低圧側の両方を通して冷媒を流れさせるにも関わらず、引用文献１から知られる一般的なタイプの冷媒回路ではこうした問題が対処されていない。

一般的なタイプの車両用冷媒回路を備えた冷却システムが特許文献２から知られており、これはＡＣ動作では冷却システムとして、加熱動作ではヒートポンプモードとして動作させることができる。ヒートポンプモードにおいては、車両内部への供給空気を直接加熱するために、凝縮された冷媒が冷媒回路のヒートポンプ管路セクションによって空調機内に配置された加熱レジスタに送られる。続いて、熱を冷媒から供給空気へ、または供給空気から冷媒へ伝導させるために、特に車両内部への供給空気を乾燥させるために、冷媒は逆流防止弁を通って、空調機内に配置された熱交換器において膨張機構によって中間圧力レベルまで膨張させられる。この熱交換器は、ＡＣ動作においては同様にして供給空気を冷却するための蒸発器として使われる。加熱動作において、冷媒は冷媒−冷却剤熱交換器によって熱源からの熱を吸収しながら、更なる膨張機構によって中間圧力レベルから低圧レベルまで膨張される。この冷媒−冷却剤熱交換器により、原動機の熱は冷却剤回路から冷媒へと伝導される。

この特許文献２に係る既知の冷媒回路は、高圧セクションと低圧セクションとを有する内部熱交換器も備えている。ＡＣ動作においては、この内部熱交換器は、冷媒回路の高圧側から低圧側へ冷媒の残留熱を伝えるために、高圧セクションと低圧セクションの両方を通して冷媒を流れさせる。ヒートポンプ動作においては、ＡＣ動作用に設けられた蒸発器およびその付属の膨張機構を、ヒートポンプ管路セクション経由の冷媒が通過する。この場合、逆流防止弁は内部熱交換器の高圧セクションへ冷媒が逆流することを防ぐ。

特許文献２に係るこうした既知の冷媒回路は、ヒートポンプ動作において、車両の周囲空気を熱源として、中間圧力レベルに膨張した冷媒を、空調機内に配置された蒸発器から、膨張機構の形成される管路セクションを介して直接ガス冷却器へ流体的に接続し、ＡＣ動作においては、冷媒が逆方向に流れて周囲へ熱が放出される。ここで、貯留器と内部熱交換器の低圧セクションをコンプレッサに接続する管路セクションは、弁によって閉鎖される。そのため、内部熱交換器の高圧セクションと低圧セクションのどちらも冷媒が通過しない。このような、車両の周囲の空気がヒートポンプ実現のための熱源として使用される冷媒回路では、内部熱交換器を非動作状態に切り替えるための配管に高いコストを要する。

特許文献３は冷媒回路を開示しており、これは車両内部の加熱動作用のヒートポンプとして動作することも、内燃機関の給気などの冷却される媒体に対する熱源として働くことも可能である。このような既知の冷媒回路も内部熱交換器を備えており、加熱動作において高圧側と低圧側の両方を冷媒が通って流れるようにする。この内部熱交換器の低圧側は、コンプレッサの高圧側の冷媒の圧縮終了温度を許容範囲内に保つために、切り替えバイバスラインと短絡することが可能である。内部熱交換器はこうして非動作状態に切り替えられ、これにより高圧側から低圧側へ熱が伝わることはない。しかしながら、このような追加のバイパスラインは、こうした冷媒回路を実装するための配管コストを増加させる。

従来における技術が示す配管コストの増加は、システム容積の追加およびそれによる冷却回路の必要充填量の増加、そしてＲ７４４を冷媒として使う場合の２５０ｇ／ｌ基準への好ましくない接近をもたらす。

独国特許発明第１０００６５１３号明細書 欧州特許第１４５６０４６号明細書 独国特許出願公開１０１５８３８５号明細書

本発明の目的は、前述したようなタイプの冷媒回路を備えた冷却システムを、バイパスラインなどを配管するための追加コストを必要とすることなく、ヒートポンプモードにおいて内部熱交換器が機能的に非動作状態に切り替えられるように提供することである。

こうした目的は、請求項１の構成を備えた冷却システムにより達成される。

この車両の冷却システムは、ＡＣ動作用の冷却回路として動作可能かつ加熱動作用のヒートポンプ回路として動作可能な冷媒回路を備え、以下のものを含む：
- 蒸発器と、
- 冷媒コンプレッサと、
- 前記冷媒回路用の冷媒凝縮器もしくはガス冷却器または前記ヒートポンプ回路用のヒートポンプ蒸発器としての熱交換器と、
- 前記蒸発器に割り当てられた第１の膨張機構と、
- 前記熱交換器のヒートポンプ蒸発器としての機能に割り当てられた第２の膨張機構と、
- 高圧部と低圧部を有し前記低圧部が下流側の前記冷媒コンプレッサと流体的に接続されている内部熱交換器。

本発明においては、前記内部熱交換器の高圧部は、前記第２の膨張機構を前記熱交換器へ接続する冷媒回路セクションに配置される。

本発明に係るこうした冷却システムによれば、ヒートポンプ動作においては元の高圧セクションが低圧レベルで動作するように内部熱交換器が冷媒回路に接続され、その低圧レベルが内部熱交換器の低圧セクション内のものと一致する。したがって内部熱交換器のこれら２つの流体区画は同じ圧力レベル、つまりは温度レベルもほぼ同一であり、そのため内部熱交換器の両セクション間での熱伝導も起こり得ない。これによりヒートポンプ動作における内部熱交換器は活動的に流体を通しはするが、機能的には不活性な状態で動作する。本発明によれば、エアヒートポンプ機能用の熱交換器のヒートポンプ蒸発器として使用される膨張機構の再配置を行うだけで、内部熱交換器の両セクションを活動的に流体が通るにもかかわらず、追加の配管を行うことがないということが達成される。

本発明の好適な実施形態によれば：
- ヒートポンプ管路セクションがあり、これは前記ヒートポンプ回路を形成する加熱レジスタを備え、弁体を介して前記冷却回路と接続可能かつＡＣ動作用に前記冷媒回路から分離可能であり、
- 前記ヒートポンプ管路セクションは、前記熱交換器を用いたエアヒートポンプ機能を実行する際に、前記内部熱交換器の前記高圧セクションを介して前記第２の膨張機構と流体的に接続可能である。

このヒートポンプ管路セクションにより、周囲空気を熱源をとしたエアヒートポンプ機能が実願可能である。これに関し、第２の膨張機構を用いて、冷媒は内部熱交換器の高圧セクションと、ヒートポンプ蒸発器として用いられる熱交換器と、の両方で低圧に膨張される。

本発明のさらなる好適な実施形態は、ＡＣ動作を実行する際に、前記内部熱交換器の前記高圧セクションは、前記第２の膨張機構を用いて、前記蒸発器およびその付属の前記第１の膨張機構からの直列回路で流体的に接続可能であるようにする。これに関し、第２の膨張機構は、ＡＣ動作に必要な流れの方向に流れを通すよう制御可能に設けられる。ＡＣ機能に対応する流れ断面積が小さすぎる場合、さらなる実施形態によれば、逆流防止弁が前記第２の膨張機構と並列に接続されており、この逆流防止弁は、ＡＣ動作においては通過モードで、加熱動作においては遮断モードで動作可能である。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、前記蒸発器およびその付属の前記第１の膨張機構からの、前記内部熱交換器の前記高圧セクションの１つの直列回路が、制御可能な弁体を用いて、前記第２の膨張機構に接続する前記冷媒回路セクションの一部セクションと流体的に接続可能である。このような冷媒回路の利点は、制御可能な第２の膨張機構を用いれば、その機能と流れ断面が双方向の流れおよび圧力／流量損失に関してＡＣ動作を可能とするものである限り、ヒートポンプ管路セクションへの逆流を防止する逆流防止弁が不要ということである。

熱源として電子部品を用いることについて、本発明のさらなる好適な実施形態によれば、
- 少なくとも１つの冷媒−冷却剤熱交換器と冷却剤回路が設けられており、これは熱源として動作する少なくとも１つの電子部品を有し、
- 前記冷媒−冷却剤熱交換器に割り当てられた第３の膨張機構が設けられており、
- 前記蒸発器からの、その付属の前記第１の膨張機構の直列回路が、前記冷媒−冷却剤熱交換器からの、その付属の前記第３の膨張機構の直列回路と、並列で流体的に接続されている。

さらに好ましい実施形態によれば、前記冷媒−冷却剤熱交換器からの、その付属の前記第３膨張機構の直列回路が、制御可能な弁体を用いて、前記内部熱交換器の前記高圧セクションと流体的に接続可能である。

本発明のこの冷媒回路によれば、第１の膨張機構および蒸発器からの冷媒分岐と、それに平行な第３の膨張機構およびチラーとも呼ばれる冷媒−冷却剤熱交換器からの冷媒分岐との両方が、第２の膨張機構に接続する冷媒回路セクションの一部セクションと流体的に直接接続され、この冷媒回路セクションは、ヒートポンプ蒸発器として使用される熱交換器を第２の膨張機構と接続する。この制御可能な弁体により、水ヒートポンプ機能用のチラーを使用した加熱動作においては、内部熱交換器の高圧セクションとヒートポンプ蒸発器として使用される熱交換器からの回路分岐に冷媒が貯留されなくなる。

以下、本発明は添付の図面を参照しつつ実施形態によって詳細に説明される。図面は以下の内容を示す。

本発明の実施形態としての車両の冷却システムの回路図。 本発明のさらなる実施形態としての、もう一つの車両の冷却システムの回路図。

図１および図２に示す車両冷却システム１は、二酸化炭素（Ｒ７４４）といった冷媒を有する冷媒回路２を備えており、これは基本構造として、ＡＣ動作用の冷却回路としても、加熱機能用のヒートポンプ回路としても動作可能である。

冷却回路２．１を形成する図１および図２に係る冷媒回路２はそれぞれ、冷媒コンプレッサ４を起点として冷媒の流れ方向Ｓに沿って以下の構成要素が配置されている：
- 高圧で動作する冷媒−冷却剤熱交換器７。これはウォーターポンプ１２によって冷媒が循環する冷媒回路１１を介して加熱熱交換器７．１に熱的に接続される。
- 遮断弁として設計された弁体Ａ２を介して冷媒−冷却剤熱交換器７と流体的に接続可能な熱交換器５。これは車両冷却システム１のＡＣ動作において冷媒凝縮器またはガス冷却器として働き、ヒートポンプ動作においてはヒートポンプ蒸発器の機能を負う。
- 高圧セクション８．１および低圧セクション８．２を有する熱交換器。
- 遮断機能を備えた膨張弁として設計された第１の膨張機構６．１を伴う蒸発器３。こここで、第１の膨張機構６．１および蒸発器３から冷媒回路２の分岐点２．５を経由し高圧セクション８．１を含む直列回路は、図１では遮断機能を有する膨張弁として設計された第２の膨張機構６．２を用いて、図２では制御可能な弁体Ａ５を用いて、高圧セクション８．１と流体的に接続される。そして、
- 蒸発器３下流の逆流防止弁Ｒ３。冷媒は蒸発器３から冷媒コレクタ９および内部熱交換器８の低圧セクション８．２を経由して冷媒蒸発器４の吸引側へ導かれる。

さらに、図１および図２によれば、冷却回路２．１には低圧レベルで動作する冷媒−冷却剤熱交換器１０も含まれており、その冷媒の流れ方向Ｓの上流には遮断機能を有する膨張弁として設計された第３の膨張機構６．３と、下流には逆流防止弁Ｒ２がある。第３の膨張機構６．３から冷媒−冷却剤熱交換器１０および逆流防止弁Ｒ２の直列回路は、一方では分岐点２．５と、他方では冷媒コレクタ９と流体的に接続する。この冷媒−冷却剤熱交換器１０は、熱源１３を有する冷却剤回路１４と熱的に連結しており、冷却剤として水を使用するいわゆるチラーとしてこの熱源１３を冷却する。熱源１３としては、ハイブリッド車または電気自動車として設計された車両の牽引部品（電気駆動器、高電圧電池、充電電子装置）が用いられる。

冷媒回路２の加熱動作用のヒートポンプ回路２．２を形成するため、ヒートポンプ管路セクション２．２１は、遮断弁として設計された弁体Ａ１を介して車両冷却システム１の冷却回路２．１と流体的に接続される。下流側では、このヒートポンプ管路セクション２．２１に加熱レジスタ５．１が配置され、これは図１では流れ方向Ｓにおいて逆流防止弁Ｒ１を経由して冷媒回路２の分岐点２．５と流体的に接続される。図２では、この加熱レジスタ５．１下流は遮断機能を有する膨張弁として設計された第２の膨張機構６．２を経由して冷媒回路２の分岐点２．５と流体的に接続される。

蒸発器３と加熱熱交換器７．１と加熱レジスタ５．１は図１および図２によれば車両冷却システム１の空調機１．１にまとめて収容される。

図１と図２の冷媒回路２の違いは、第２の膨張機構６．２が冷却回路２．１に配置されるか、ヒートポンプ回路２．２に配置されるかにある。

この第２の膨張機構６．２は、ヒートポンプ動作において低圧レベルでヒートポンプ蒸発器として用いられる熱交換器５内の冷媒を膨張させるのに用いられる。このヒートポンプモードに関して、熱交換器５により車両の周囲空気が熱源として使用されることで、内部熱交換器８が機能的には非動作状態となり、図１によれば、この内部熱交換器８の高圧セクション８．１は、第２の膨張機構６．２を熱交換器５と接続するように冷媒回路セクション６．２に配置され、第２の膨張機構６．２は内部熱交換器８の高圧セクション８．１と冷媒回路２の分岐点２．５との間の流体的接続を確立する。したがって、この高圧セクション８．１の冷媒も、内部熱交換器８の低圧セクション８．２内の低圧レベルに実質的に対応する低圧レベルまで緩和される。これにより、高圧セクション８．１からの低圧セクション８．２への熱の流入の大半が防止される。この動作の場合には、圧力が同等であることは、内部熱交換器８の２つの管路セクション８．１および８．２内の媒体の温度が同等であることに相当する。

こうした熱交換器５で実行されるエアヒートポンプに加えて、チラー１０の熱源１３も、ウォーターヒートポンプ用に用いることができる。このウォーターヒートポンプは、エアヒートポンプの代わりに実行することも、あるいはエアヒートポンプに加えて実行することもできる。

図２では、内部熱交換器８の高圧セクション８．１は、第２の膨張機構６．２を熱交換器５に接続する冷媒回路セクション２．４に同様に配置され、第２の膨張機構６．２によって、高圧セクション８．１内の冷媒は熱交換器５内のものと同様に低圧レベルに緩和され、これにより実質的に低圧セクション８．２への熱流入がないようにされる。ただし、図２における車両冷却システム１では、冷媒回路２の分岐点２．５を第１の膨張機構６．１および第３の膨張機構６．３と流体的に接続する冷媒回路セクション２．４の部分セクション２．４１に、制御可能な弁体Ａ５が配置される。図１とは異なり、図２における第２の膨張機構６．２は、ヒートポンプ管路セクション２．２１に配置されている。

エアヒートポンプによるヒートポンプ動作では、この弁体Ａ５が開かれ、その結果、高圧セクション８．１および熱交換器５内の冷媒が緩和可能である。同時に第３の膨張機構６．３が開くと、ウォーターヒートポンプが追加的に実行される。ただし、このウォーターヒートポンプのみがチラー１０によって作動される場合、弁体Ａ５は、高圧セクション８．１および熱交換器５内の冷媒が流動可能となるのを防ぐために閉じられる。

冷媒回路２のヒートポンプ動作において、図１および図２の例示的な実施形態では、冷媒は高圧レベルで作動する冷媒−冷却剤熱交換器７によって冷却され、冷却剤としての水に伝導される熱は加熱熱交換器７．１に供給され、これにより車両内部に供給される空気が直接加熱される。

図１および図２による実施形態では、流れ方向において空調機１．１内の加熱レジスタ５．１下流の冷媒−冷却剤熱交換器７によってさらなる冷媒冷却が行われる。

図１および図２における冷媒回路２の他の共通点として、もう１つのヒートポンプ管路セクション２．２２があり、これは冷媒の流れ方向Ｓにおいて、遮断弁として設計された弁体Ａ４および逆流防止弁Ｒ４を備えるとともに、熱交換器５をさらなる遮断弁Ａ２に接続する冷媒管路セクションを、逆流防止弁Ｒ３を冷媒コレクタ９に接続する冷媒回路セクションへと接続する。追加機能において、セクション２．２２は、特に冷媒−冷却剤熱交換器１０を介した唯一のヒートポンプ運転のために、吸引管路セクションとして機能してもよい。

最後に、図１にも図２にも示されるように、冷媒回路２は、遮断弁として設計された弁体Ａ３によってヒートポンプ管路セクション２．２１をもう１つのヒートポンプ管路セクション２．２２と流体接続することができる吸引管路セクション２．３を有する。もう１つのヒートポンプ管路セクション２．２２に対して、遮断弁Ａ３の上流側は、もう１つのヒートポンプ管路セクション２．２２のうち遮断弁Ａ４を逆流防止弁Ｒ４に接続する管路セクションに接続される一方で、下流側は、ヒートポンプ管路セクション２．２１のうち遮断弁Ａ１を加熱レジスタ５．１に接続する管路セクションに接続される。

車室内を加熱するためにヒートポンプモードで冷却システムを作動させるには、遮断弁Ａ１およびＡ４が開かれ、遮断弁Ａ２が閉じられる、つまりヒートポンプ管路セクション２．２１およびもう１つのヒートポンプ管路セクション２．２２が、冷却回路２．１に流体接続される。

したがって、図１に示される冷却システム１では、冷媒コンプレッサ４によって高圧に圧縮された冷媒は、冷媒−冷却剤熱交換器７および開かれた遮断弁Ａ１を介してヒートポンプ管路セクション２．２１に流入する。冷媒は、加熱レジスタ５．１と逆流防止弁Ｒ１を通って流れ、さらに第２膨張機構６．２を経由して、内部熱交換器８の高圧セクション８．１および熱交換器５に流れ込み、そのヒートポンプ蒸発器としての機能で膨張し、蒸発熱として周囲の熱を受け取る。続いて、ガス状の冷媒は、遮断弁Ａ４が開いているときにもう１つのヒートポンプラインセクション２．２２を通って流れ、次いで冷媒コレクタ９と内部熱交換器８の低圧セクション８．２を経由して冷媒コンプレッサ４に戻される。これにより車両の周囲空気の熱は、第１段階でコンプレッサ４を介して集められた熱とともに、冷媒−冷却剤熱交換器７および冷却剤回路１１によって加熱熱交換器７．１へ伝達され、そしてそれにより、加熱レジスタ５．１によって第１段階で予熱された空気または冷媒がさらに冷却された後で、熱が車両の内部へ空気とともに伝達される。このヒートポンプ回路２．２としての相互接続では、第１の膨張機構６．１および第３の膨張機構６．３は停止される。

ヒートポンプモードでの相互接続による流れのある図１の車両冷却システム１とは異なり、図２では、冷媒は加熱レジスタ５．１から、第２の膨張機構６．２に直接流れ、そこから開放された弁体Ａ５を介して高圧セクション８．１に流入し、熱交換器５内で低圧に膨張する。

したがって、図１および図２に係る冷却システムでは、車両の周囲空気の熱は、コンプレッサ４を介して集められるとともに、第１段階で冷媒熱交換器７および加熱回路１１によって加熱熱交換器７．１へ伝達され、そしてそれにより、第１段階で加熱レジスタ５．１により予熱された空気または冷媒がさらに冷却された後で、熱が車両の内部へ空気と共に伝達される。このヒートポンプ回路２．２としての相互接続では、第１の膨張機構６．１および第３の膨張機構６．３は停止される。

ヒートポンプ回路２．１の熱源はチラー１０の熱源１３を用いることもできる。この目的のために、第３の膨張機構６．３は、図１および図２における冷却システム１で開放されている。

図１による冷却システム１の場合、ヒートポンプ回路２．１は、構成要素の冷媒コンプレッサ４、冷媒−冷却剤熱交換器７、加熱レジスタ５．１、逆流防止弁Ｒ１、第３の膨張機構６．３、冷媒−冷却剤熱交換器１０、逆流防止弁Ｒ２、冷媒コレクタ９、そして内部熱交換器８から形成され、これらの構成要素には、流れ方向Ｓに沿った順序で冷媒が流れる。この場合には遮断弁Ａ１が開かれ、遮断弁Ａ２および第１の膨張要素６．１が閉じられる。ここで、電気部品１３は、チラー１０を介して熱源として使用される。ヒートポンプの相互接続の変形例において再移動した冷媒の吸引により第２の膨張機構６．２と遮断弁Ａ４が開いている場合、周囲空気が熱源として追加的に使用される。ここで２つの膨張機構６．２および６．３は開いている。対照的に、第２の膨張機構６．２が閉じている場合、チラー１０を備えたウォーターヒートポンプのみが実行される。

図２に示す冷却システムの場合、ヒートポンプ回路２．１は、構成要素の冷媒コンプレッサ４、冷媒−冷却剤熱交換器７、加熱レジスタ５．１、第２の膨張機構６．２、第３の膨張機構６．３、冷媒−冷却剤熱交換器１０、逆流防止弁Ｒ２、冷媒コレクタ９、そして内部熱交換器８から形成され、これらの構成要素は、流れ方向Ｓに沿った順序で冷媒が流れる。この場合には遮断弁Ａ１が開かれる一方で、遮断弁Ａ２、第１の膨張機構６．１、弁体Ａ５は閉じられる。これにより、車室を加熱するために、チラー１０を基盤としてウォーターヒートポンプのみが使用される。弁体Ａ５も開いている場合、周囲空気が熱源として追加的に使用される。

図２による冷却システム１のチラー１０を使用する場合、ウォーターヒートポンプの実現のために、低圧レベルへの冷媒の膨張は、２つの膨張機構６．２および６．３によって異なる方法で実行することができる。弁体Ａ５が閉鎖されている場合、２つの膨張機構６．２または６．３の一方で減圧を発生することができ、もう一方の膨張機構は完全に開放される。２つの膨張機構６．２および６．３で段階的な減圧を実行することもできる。

ヒートポンプ回路２．２としての冷媒回路２の動作からＡＣ動作に切り替えると、図１および図２では遮断弁Ａ１およびＡ４が閉じ、遮断弁Ａ２が開く。

図１の冷却システム１のＡＣ動作では、冷媒コンプレッサ４によって高圧に圧縮された冷媒は、冷媒−冷却剤熱交換器７を通って流れ方向Ｓに流れ、続いて、遮断弁Ａ１が閉じているので開いている遮断弁Ａ２を通り、ガス冷却器としての熱交換器５、内部熱交換器８の高圧セクション８．１、完全に開いて最大断面積となっている第２の膨張機構６．２を通り、その後、第１の膨張機構６．１によって膨張して蒸発器３へ流れ込み、ここで、蒸気状の冷媒が続いて逆流防止弁Ｒ３、冷媒コレクタ９、内部熱交換器８の低圧セクション８．２を経由して流れて冷媒コンプレッサ４に戻る前に、車室内に通じる供給空気流から熱を吸収する。この冷却回路２．１により、車内に導かれた供給空気流から吸収された熱は、間接的な熱交換器７によって第１段階で凝縮熱として加熱回路１１へ伝達され、これと周囲の熱交換器との巧妙な相互接続により、次の段階で凝縮器またはガス冷却器として機能する熱交換器５によって残留熱が車両の周囲の空気に放出される前に、この過剰な熱を周囲へ放出することができる。

図１による冷却回路２．１としてのこの相互接続では、遮断弁Ａ１とＡ４が閉じられている。遮断弁Ａ３は開いたままであり、これは再移動する冷媒をヒートポンプ管路セクション２．２１から活動している回路２．１へ移送するためである。このＡＣ動作で、完全に開いた第２の膨張機構６．２の断面が小さすぎる場合、図１において選択式に示されているように、この第２の膨張機構６．２を迂回するバイパスラインが、逆流防止弁Ｒ５によって実現できる。

図２に示す冷却システム１のＡＣ動作では、冷媒コンプレッサ４で高圧に圧縮された冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器７を流れ方向Ｓに流れ、その後、遮断弁Ａ１が閉じているので開いている遮断弁Ａ２を通り、ガス冷却器としての熱交換器５、内部熱交換器８の高圧セクション８．１、開いている弁体Ａ５を通り、この弁体は双方向に流通可能でなくてはならず（そうでなければ、図１と同様に、遮断弁Ａ５に平行な逆流防止弁Ｒ５が設けられる）、そして第２の膨張機構６．２が閉じているので蒸発器３の第１の膨張機構６．１により冷媒が膨張され、ここで、蒸気状の冷媒が続いて逆流防止弁Ｒ３、冷媒コレクタ９、内部熱交換器８の低圧セクション８．２を経由して流れて冷媒コンプレッサ４に戻る前に、室内に通じる供給空気流から熱を吸収する。この冷却回路２．１により、車室内に導かれた供給空気流から吸収された熱は、間接的な熱交換器７によって第１段階で凝縮熱として加熱回路１１へ伝達され、これと周囲の熱交換器との巧妙な相互接続により、次の段階でガス冷却器として機能する熱交換器５によって残留熱が車両の周囲の空気に放出される前に、この過剰な熱を周囲へ放出することができる。

図１および図２に係る冷却システム１のＡＣ動作において第３の膨張要素６．３が開いている場合、冷媒はそれによりチラー１０にて膨張され、それにより気化熱として熱源１３の余熱を吸収し、同様に逆流防止弁Ｒ２、冷媒コレクタ９および内部熱交換器８を介して冷媒圧縮機４に戻る。したがって、熱源１３の余熱は、凝縮器またはガス冷却器として機能する熱交換器５によって車両の周囲空気に凝縮／冷却熱として放出される。

このように、選択される冷却システムのヒートポンプの相互接続に依らず、内部熱交換器８が、冷却システムのモードについて意図された機能のみを果たすことが保証される。図１および図２のヒートポンプモードでは、これは非動作状態、つまり
- チラー１０のみで実行されるヒートポンプ機能の場合、低圧セクション８．２には一方的に活動的に流れ、高圧セクション８．１には定常の冷媒が供給され、そして
- 凝縮器またはガス冷却器５により実行されるヒートポンプ機能（チラー１０によるウォーターヒートポンプの有無にかかわらず）の場合、内部熱交換器８の両側に活動的に流れはするが、結果として生じる圧力レベルおよび温度レベルによる大きな熱伝導は発生しない。

１ 車両の冷却システム
１．１ 冷却システム１の空調機
２ 冷媒回路
２．１ 冷却回路
２．２ ヒートポンプ回路
２．２１ ヒートポンプ管路セクション
２．２２ もう１つのヒートポンプ管路セクション
２．３ 吸引管路セクション
２．４ 冷媒回路セクション
２．４１ 冷媒回路セクション２．４の部分セクション
３ 蒸発器
４ 冷媒コンプレッサ
５ 熱交換器
５．１ 加熱レジスタ
６．１ 第１の膨張機構
６．２ 第２の膨張機構
６．３ 第３の膨張機構
７ 冷媒−冷却剤熱交換器
７．１ 加熱熱交換器
８ 内部熱交換器
８．１ 内部熱交換器８の高圧セクション
８．２ 内部熱交換器８の低圧セクション
９ 冷媒コレクタ
１０ 冷媒−冷却剤熱交換器、チラー
１１ 加熱回路
１２ ウォーターポンプ
１３ 冷却剤回路１４の熱源
１４ 冷媒−冷却剤熱交換器１０の冷却剤回路
Ｒ１ 逆流防止弁
Ｒ２ 逆流防止弁
Ｒ３ 逆流防止弁
Ｒ４ 逆流防止弁
Ｒ５ 逆流防止弁
Ｓ 冷媒回路２の流れ方向
Ａ１ 弁体、遮断弁
Ａ２ 弁体、遮断弁
Ａ３ 弁体、遮断弁
Ａ４ 弁体、遮断弁
Ａ５ 弁体、遮断弁

Claims (5)

1. ＡＣ動作用の冷却回路（２．１）として動作可能かつ加熱動作用のヒートポンプ回路（２．２）として動作可能な冷媒回路（２）を備え、：
   - 蒸発器（３）と、
   - 冷媒コンプレッサ（４）と、
   - 前記冷媒回路（２．１）用の冷媒凝縮器もしくはガス冷却器または前記ヒートポンプ回路（２．２）用のヒートポンプ蒸発器としての熱交換器（５）と、
   - 前記蒸発器（３）に割り当てられた第１の膨張機構（６．１）と、
   - 前記熱交換器（５）のヒートポンプ蒸発器としての機能に割り当てられた第２の膨張機構（６．２）と、
   - 高圧セクション（８．１）と低圧セクション（８．２）を有し前記低圧セクションが下流側の前記冷媒コンプレッサ（４）と流体的に接続されている内部熱交換器（８）と、
   を含む車両の冷却システム（１）であって、
   前記内部熱交換器（８）の高圧セクション（８．１）は、前記第２の膨張機構（６．２）を前記熱交換器（５）へ接続する冷媒回路セクション（２．４）に配置され、
   前記蒸発器（３）およびその付属の前記第１の膨張機構（６．１）からの、前記内部熱交換器（８）の前記高圧セクション（８．１）の１つの直列回路が、制御可能な弁体（Ａ５）を用いて、前記第２の膨張機構（６．２）に接続する前記冷媒回路セクション（２．４）の一部セクション（２．４１）と流体的に接続可能であること
   を特徴とする冷却システム。
2. 請求項１に記載の冷却システム（１）であって、
   - 前記ヒートポンプ回路（２．２）を形成する加熱レジスタ（５．１）を備え、弁体（Ａ１）を介して前記冷却回路（２．１）と接続可能かつＡＣ動作用に前記冷媒回路（２．１）から分離可能なヒートポンプ管路セクション（２．２１）を有し、
   - 前記ヒートポンプ管路セクション（２．２１）は、前記熱交換器（５）を用いたエアヒートポンプ機能を実行する際に、前記内部熱交換器（８）の前記高圧セクション（８．１）を介して前記第２の膨張機構（６．２）と流体的に接続可能であること
   を特徴とする冷却システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の冷却システム（１）であって、
   ＡＣ動作を実行する際に、前記内部熱交換器（８）の前記高圧セクション（８．１）は、前記第２の膨張機構（６．２）を用いて、前記蒸発器（３）およびその付属の前記第１の膨張機構（６．１）からの直列回路で流体的に接続可能であること
   を特徴とする冷却システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の冷却システム（１）であって、
   逆流防止弁（Ｒ５）が前記第２の膨張機構（６．２）と並列に接続されており、この逆流防止弁（Ｒ５）は、ＡＣ動作においては通過モードで、加熱動作においては遮断モードで動作可能であること
   を特徴とする冷却システム。
5. ＡＣ動作用の冷却回路（２．１）として動作可能かつ加熱動作用のヒートポンプ回路（２．２）として動作可能な冷媒回路（２）を備え、：
   - 蒸発器（３）と、
   - 冷媒コンプレッサ（４）と、
   - 前記冷媒回路（２．１）用の冷媒凝縮器もしくはガス冷却器または前記ヒートポンプ回路（２．２）用のヒートポンプ蒸発器としての熱交換器（５）と、
   - 前記蒸発器（３）に割り当てられた第１の膨張機構（６．１）と、
   - 前記熱交換器（５）のヒートポンプ蒸発器としての機能に割り当てられた第２の膨張機構（６．２）と、
   - 高圧セクション（８．１）と低圧セクション（８．２）を有し前記低圧セクションが下流側の前記冷媒コンプレッサ（４）と流体的に接続されている内部熱交換器（８）と、
   を含む車両の冷却システム（１）であって、
   前記内部熱交換器（８）の高圧セクション（８．１）は、前記第２の膨張機構（６．２）を前記熱交換器（５）へ接続する冷媒回路セクション（２．４）に配置され、
   - 少なくとも１つの冷媒−冷却剤熱交換器（１０）と冷却剤回路（１４）が設けられており、これは熱源（１３）として動作する少なくとも１つの電子部品を有し、
   - 前記冷媒−冷却剤熱交換器（１０）に割り当てられた第３の膨張機構（６．３）が設けられており、
   - 前記蒸発器（３）からの、その付属の前記第１の膨張機構（６．１）の直列回路が、前記冷媒−冷却剤熱交換器（１０）からの、その付属の前記第３の膨張機構（６．３）の直列回路と、並列で流体的に接続され、
   前記冷媒−冷却剤熱交換器（１０）からの、その付属の前記第３膨張機構（６．３）の直列回路が、制御可能な弁体（Ａ５）を用いて、前記内部熱交換器（８）の前記高圧セクション（８．１）と流体的に接続可能であること
   を特徴とする冷却システム。

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