JP2003533395A - 自動車の温度を調節するための最適なヒートポンプ装置 - Google Patents
自動車の温度を調節するための最適なヒートポンプ装置Info
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Abstract
Description
品の温度調節に適用される。
の熱を高温源(18)に伝達する冷媒流体のための主圧縮回路(14)を備えた
第1のヒートポンプ(12)を有し、低温源(16)が第1の熱交換器(24)
を備え、該第1の熱交換器(24)が、冷媒流体と冷却剤液体との間で熱を交換
することによって、第1の二次冷却剤回路(26)に対して主冷媒回路(14)
を熱的に結合する、自動車温度調節装置を開示している。
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コンプレッサ内に送る。そして、このコンプレッサ内で冷媒
が凝縮される。凝縮器によって、液体状態の冷媒を減圧したまま蒸発器に送るこ
とができる。
、ヒートポンプを使用することができる。
主冷媒回路を熱的に結合する第2の冷媒/冷却剤熱交換器を備えている。二次冷
却剤回路は、適当な弁を介して、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、熱交換器を使用して、自動車のキャ
ビンを冷却したり(この場合、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。
る。冬季においては、外気温度が不十分であるため、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、十分な効率を得ることができない。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低下する可能性
がある。
ty)(各熱交換器が、高温源または低温源として使用されるという可逆性)は
、基本的に、以下の2つの問題を招く。 1)高温源または低温源としての熱交換器の特定の動作に対して、熱交換器を
最適化することができないため、各熱交換器の性能に限界がある。 2)内部熱交換器の周囲の空気の湿度を制御することが難しい。
に、特に厄介である。そのような状況下では、内部熱交換器の動作モードが、キ
ャビンの冷却と加熱との間で頻繁に切換えられる虞がある。したがって、冷却モ
ードにおいては、内部熱交換器が水分を取り込んでしまう。加熱モードに切換え
ると、冷却の間に溜まった水が気化してキャビン内に吐き出される。FR−26
97210は、内部熱交換器に近接して配置された補助的な熱交換器により、こ
のような問題を緩和することを提案している。しかしながら、このような補助的
な熱交換器は、特定の状況下、特に気温が約15℃となるミッドシーズンにおい
ては機能しない。
場合、あるいは、前記自動車の部品の温度を調節するために使用する場合に、ヒ
ートポンプ温度調節装置の性能を最適化することである。
第1の二次回路が、自動車の発熱部品のための冷却液体回路の「ヒータ」分枝部
の上流側端および下流側端に対して、第1の二次回路を選択的に接続するための
第1の選択接続手段を有していることを特徴とする、自動車温度調節装置を提供
する。
続手段と、前記ヒータ分枝部の下流側端に接続される第1の下流側接続手段とを
備えている。
択的に接続可能である。
分枝部」弁を備え、第1のポートは、第1の冷媒/冷却剤熱交換器の出口に接続
され、第2のポートは、ヒータ分枝部の上流側端に接続され、第3のポートは、
低温熱交換器の入口に接続されている。
択的に接続可能である。
る第1のポートと、外部熱交換器の入口に接続される第2のポートと、ヒータ分
枝部弁の第1のポートに接続される第3のポートとを有する3ポート式の「外部
熱交換器」弁を備えている。
る。
二次冷却剤回路に対して、主冷媒回路を熱的に結合する第2の冷媒/冷却剤熱交
換器を備えている。
に接続可能である。
の入口に対して選択的に接続可能である。
ートと、第1の冷媒/冷却剤熱交換器の入口に接続される第2のポートと、高温
熱交換器の入口に接続される第3のポートとを有する、3ポート式の弁を備えて
いる。
して接続する第3の選択接続手段を備えている。
2の熱交換器の入口に接続される第2のポートと、ヒータ分枝部の下流側端に接
続される第3のポートとを有する、3ポート式の弁を備えている。
発明を更に良く理解できる。
態を構成する自動車温度調節装置を示している。
品が、互いに熱的に結合されると表現する。
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。
動される)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1
6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は、冷媒を
減圧することにより、冷媒を液化状態で低温源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。
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
、冷却剤液体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。
対して選択的に接続可能である。
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。
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、冷却剤液体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。
て選択的に接続可能である。
置された冷却剤/空気熱交換器である。
換器39を通じて循環させる役目を果たす。
は、例えば、自動車のエンジンルーム内に配置される。
メタンやエタンの塩素誘導体またはフッ素誘導体(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の二次回路26または第2の二次回
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。
換器弁と称される第1の二次回路の弁40と、第2の二次回路の弁42と、両方
の二次回路に共通の弁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。
、「ヒータ」分枝部と称される分枝部48を有している。ヒータ分枝部48には
従来のポンプ50が設けられている。図示の例において、発熱部品は自動車のモ
ータである。このモータは、自動車を推進させる機能を有し、ヒートエンジン式
であることが好ましい。しかしながら、変形例において、モータは、他の形式も
のであっても良く、特に電動機であっても良い。
と同様に、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。
8Bに対して選択的に接続可能である。この目的のため、第1の二次回路26は
、 ヒータ分枝部の上流側端48Aに選択的に接続可能で、外部熱交換器弁40と
「ヒータ分枝部」弁と称される3ポート式の弁52とを備えた上流側手段と、 ヒータ分枝部の下流側端48Bに選択的に接続可能で、3ポート式の弁54を
備えた下流側手段とを備えている。
る第1のポートと、外部熱交換器30の入口に接続される第2のポートと、ヒー
タ分枝部弁52に接続される第3のポートとが設けられている。
出口に接続される第1のポートと、外部熱交換器30の入口に接続される第2の
ポートと、高温熱交換器39の入口に接続される第3のポートとを有している。
には、低温源の第1の冷媒/冷却剤熱交換器24の入口に接続される第1のポー
トと、高温源の第2の冷媒/冷却剤熱交換器34の入口に接続される第2のポー
トと、外部熱交換器30の出口に接続される第3のポートとが設けられている。
冷媒/冷却材熱交換器24の出口に間接的に接続される第1のポートと、ヒータ
分枝部の上流側端48Aに接続される第2のポートと、低温熱交換器32の入口
に接続される第3のポートとが設けられている。
1の冷媒/冷却剤熱交換器24の入口に接続される第2のポートと、高温熱交換
器39の入口に接続される第3のポートとが設けられている。したがって、弁5
4により、ヒータ分枝部の下流側端48Bを、高温熱交換器39の入口に対して
選択的に接続することができる。
たは空気力的な手段によって制御される。
は、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
。動作の初期状態において、弁40、52、および54は、第1の二次冷却剤回
路26をヒータ分枝部48に接続するように設定される。
第1の冷媒/冷却剤熱交換器24によって気化された冷媒に伝える。
縮された冷媒から熱を奪って、この熱を、高温熱交換器39によってキャビンに
伝える。
が、2リッターの直接噴射ディーゼルエンジンであると仮定する。また、エンジ
ンの初期の温度が、自動車の外部の温度と同一の温度、すなわち18℃であると
仮定する。始動から約2分後、ディーゼルエンジンは、1.25キロワット(k
W)の出力をヒータ分枝部48に与え、このヒータ分枝部48内の冷却液の温度
が、約0℃に達する。ヒートポンプ12の性能係数は約3であるため、高温源1
8によって回収される出力は約4.5kWであり、高温源18内で凝縮する冷却
剤の温度は約30℃に達する。高温源18からの出力は、高温熱交換器39によ
り、キャビンHに伝達される。
温度、例えば約83℃に達する場合には、ヒートポンプ12が停止(コンプレッ
サ20およびポンプ28、38を停止する)された後、ヒータ分枝部の下流側端
48Bを高温熱交換器39の入口に接続するように弁54が設定される。その後
、キャビンHに伝えられた熱が、ヒータ分枝部48に接続された高温熱交換器3
9を介して、ヒータ分枝部48から生じる。
に、弁40および44の設定は、図1に示される設定とは異なり、第1の二次冷
却剤回路26を外部熱交換器30に接続するようにできる。この形態は、自動車
の外部の温度があまり低くない場合に適している。
4は、第1の二次冷却剤回路26を低温熱交換器に接続し、且つ第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。
してキャビンの内部から熱を奪い、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。さらに、第1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い、この熱を
、外部熱交換器30を介して自動車の外部に伝える。
装置10を示している。図2から図4において、図1の要素と類似する要素には
、同一の参照符号が付されている。
り、高温熱交換器39の出口を、第2の二次冷却剤回路36とヒータ分枝部48
とに対して選択的に接続することができる。この弁56には、高温熱交換器39
の出口に接続される第1のポートと、第2の熱交換器34の入口に接続される第
2のポートと、ヒータ分枝部の上流側端48Aに接続される第3のポートとが設
けられている。
の外部熱交換器弁40およびヒータ分枝部弁52の代わりに、ヒータ分枝部の4
ポート弁58が使用される。弁58は、弁52のポートと同様の3つのポート(
第1の冷媒/冷却剤熱交換器24の出口に直接に接続される1つのポートを含む
)を有するとともに、外部熱交換器30の入口に接続される第4のポートを有し
ている。
よって制御される。
、弁44、52が省かれている。この簡単な実施形態においては、低温源16を
外部熱交換器30に接続することができない。本発明のこの第4の実施形態は、
ヒータ分枝部48によって供給されるエネルギが十分であり、キャビン加熱モー
ドでヒートポンプ12を効率的に動作させることができる状況に適合する。
。
の加熱に使用される温度調節装置の効率を最適化できるとともに、キャビン内の
温度を急速に上昇させることができる点が本発明の利点である。
略部分図である。
略部分図である。
略部分図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 低温源(16)から熱を奪って、該熱を高温源(18)に伝
達する冷媒流体のための主圧縮回路(14)を備えた第1のヒートポンプ(12
)を有し、 低温源(16)が、冷媒流体と冷却剤液体との間で熱を交換することによって
、第1の二次冷却剤回路(26)に対して主冷媒回路(14)を熱的に結合する
第1の熱交換器(24)を備え、 第1の二次冷却剤回路(26)が、自動車の発熱部品のための冷却剤液体回路
(46)のヒータ分枝部(48)の上流側端および下流側端(48A、48B)
に対して、第1の二次冷却剤回路を選択的に接続するための第1の選択接続手段
(40、52、54)を有していることを特徴とする、自動車温度調節装置。 - 【請求項2】 第1の選択接続手段が、ヒータ分枝部(48)の上流側端(
48A)に接続される第1の上流側接続手段(40、52)と、前記ヒータ分枝
部(48)の下流側端(48B)に接続される第1の下流側接続手段(54)と
を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 第1の二次冷却剤回路(26)が、第1の選択接続手段(4
0、52)により、低温熱交換器(32)に対して選択的に接続可能であること
を特徴とする、請求項1または2に記載の装置。 - 【請求項4】 低温熱交換器(32)が、冷却剤/空気熱交換器であること
を特徴とする、請求項3に記載の装置。 - 【請求項5】 第1の上流側選択接続手段が、少なくとも3つのポートが設
けられたヒータ分枝部弁(52;58)を備え、第1のポートは、第1の冷媒/
冷却剤熱交換器(24)の出口に接続され、第2のポートは、ヒータ分枝部(4
8)の上流側端(48A)に接続され、第3のポートは、低温熱交換器(32)
の入口に接続されていることを特徴とする、請求項2に従属する請求項3、また
は請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 第1の二次回路(26)が、第1の選択接続手段(40)に
より、外部熱交換器(30)に対して選択的に接続可能であ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。 - 【請求項7】 第1の上流側選択接続手段が、第1の冷媒/冷却剤熱交換器
(24)の出口に接続される第1のポートと、外部熱交換器(30)の入口に接
続される第2のポートと、ヒータ分枝部弁(52)の第1のポートに接続される
第3のポートとを有する3ポート式の外部熱交換器弁(40)を備えていること
を特徴とする、請求項5に従属する請求項6に記載の装置。 - 【請求項8】 ヒータ分枝部弁(58)が、外部熱交換器(30)の入口に
接続される第4のポートを有していることを特徴とする、請求項5に従属する請
求項6に記載の装置。 - 【請求項9】 外部熱交換器(30)が、冷却剤/空気熱交換器であること
を特徴とする、請求項6から8のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項10】 高温源(18)が、高温熱交換器(39)に接続される第
2の選択接続手段(42)を有する第2の二次冷却剤回路(36)に対して、主
冷媒回路(14)を熱的に結合する第2の冷媒/冷却剤熱交換器(34)を備え
ていることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項11】 第2の二次冷却剤回路(36)が、第2の選択接続手段に
より、外部熱交換器(30)に対して選択的に接続可能であることを特徴とする
、請求項6に従属する請求項10に記載の装置。 - 【請求項12】 ヒータ分枝部(48)の下流側端(48B)が、第1の下
流側選択接続手段(54)により、高温熱交換器(39)の入口に対して選択的
に接続可能であることを特徴とする、請求項3に従属する請求項10、または請
求項11に記載の装置。 - 【請求項13】 第1の下流側選択接続手段が、ヒータ分枝部(48)の下
流側端(48B)に接続される第1のポートと、第1の冷媒/冷却剤熱交換器(
24)の入口に接続される第2のポートと、高温熱交換器(39)の入口に接続
される第3のポートとを有する、3ポート式の弁(54)を備えていることを特
徴とする、請求項12に記載の装置。 - 【請求項14】 高温熱交換器(39)の出口を、第2の二次冷却剤回路(
36)とヒータ分枝部(48)とに対して接続する第3の選択接続手段(56)
を備えていることを特徴とする、請求項10から13のいずれか一項に記載の装
置。 - 【請求項15】 第3の選択接続手段が、高温熱交換器(39)の出口に接
続される第1のポートと、第2の熱交換器(34)の入口に接続される第2のポ
ートと、ヒータ分枝部(48)の下流側端(48B)に接続される第3のポート
とを有する、3ポート式の弁(56)を備えていることを特徴とする、請求項1
4に記載の装置。 - 【請求項16】 高温熱交換器(39)が、冷却剤/空気熱交換器であるこ
とを特徴とする、請求項10から15のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項17】 第2の二次冷却剤回路(36)の冷却剤液体が、水と不凍
液との混合物であることを特徴とする、請求項10から16のいずれか一項に記
載の装置。 - 【請求項18】 第1の二次冷却剤回路(26)の冷却剤液体が、水と不凍
液との混合物であることを特徴とする、請求項1から17のいずれか一項に記載
の装置。 - 【請求項19】 発熱部品が自動車のヒートエンジンであることを特徴とす
る、請求項1から18のいずれか一項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (5)
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FR0006116A FR2808738B1 (fr) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | Dispositif de regulation thermique perfectionne a pompe a chaleur pour vehicule automobile |
FR00/06116 | 2000-05-15 | ||
FR01/04532 | 2001-04-03 | ||
FR0104532A FR2808742B1 (fr) | 2000-05-15 | 2001-04-03 | Dispositif optimise de regulation thermique a pompe a chaleur pour vehicule automobile |
PCT/FR2001/001458 WO2001087651A1 (fr) | 2000-05-15 | 2001-05-14 | Dispositif optimise de regulation thermique a pompe a chaleur pour vehicule automobile |
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EP (1) | EP1282533B1 (ja) |
JP (1) | JP2003533395A (ja) |
DE (1) | DE60139252D1 (ja) |
ES (1) | ES2329972T3 (ja) |
FR (1) | FR2808742B1 (ja) |
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