JP2005053466A - 車両用の温度調整装置並びに車両用の温度調整装置を運転する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】衛生上の環境を改善すると共に車両のウインドガラスの曇りを阻止することができる、車両用の温度調整装置を提供する。
【解決手段】車両用の温度調整装置であって、車両内室に導入される空気から熱及び／又は水分を除去可能な、空調装置の蒸発器３６が設けられており、空気流れ方向で見て蒸発器３６の下流に、車両内室に導入される空気に熱を供給可能な第１の熱交換器４２が設けられており、さらに空気流れ方向で見て蒸発器３６の上流に、第２の熱交換器２２を備えた加熱装置２０が設けられていて、第２の熱交換器２２によって、車両内室に導入される空気に熱が供給可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の温度調整装置並びにこのような車両用の温度調整装置を運転する方法に関する。

今日の自動車では、車両内室に導入される空気は種々様々な形式で温度調整することができる。例えば、空調装置の作動によって、車両内室に導入される空気を冷却することもしくは空気中の水分を除去することが可能であり、そのためにこのような空調装置は一般的に、冷媒が貫流する蒸発器を有しており、冷媒の気化によって冷却作用が生ぜしめられ、蒸発器の周りを流れる空気から熱が奪い取られる。さらにまた、内燃機関の冷却回路から車両内室に導入される空気への熱伝達によって、この空気を暖めることができることも、一般的に知られている。さらに別の公知の形式では、同時に行われる空調装置の運転と、内燃機関の冷却回路から導入される空気への熱伝達とによって、一方では暖かい空気を準備し、かつ他方では少なくともある程度の水分を除去された空気を車両内室に導入することが、公知である。このような運転形式は特に、例えば降雨時において比較的外気温が低い場合に、ウインドガラスが曇ることを回避すると共に車両内室における快適な温度を準備するために、選択される。

このような系もしくは装置における問題点は、まず初めは比較的多くの水分を含んでいる車両内室への導入空気がその周囲を流れる、空調装置において使用される蒸発器が、高い出力密度を得るために必要なスポンジ状もしくはラミネート状の構造に基づいて、水分を集めるということが挙げられる。このように蒸発器が水分を集めることによって、蒸発器の領域において菌の発生するおそれがあり、かつ過剰な水分捕集によってウインドガラスの曇ることを阻止できないことがある。

ゆえに本発明の課題は、衛生上の環境を改善すると共に車両のウインドガラスの曇りを阻止することができる、車両用の温度調整装置並びにこのような温度調整装置を運転する方法を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、車両用の温度調整装置において、車両内室に導入される空気から熱及び／又は水分を除去可能な、空調装置の蒸発器が設けられており、空気流れ方向で見て蒸発器の下流に、車両内室に導入される空気に熱を供給可能な第１の熱交換器が設けられており、さらに空気流れ方向で見て蒸発器の上流に、第２の熱交換器を備えた加熱装置が設けられていて、第２の熱交換器によって、車両内室に導入される空気に熱が供給可能であるようにした。

上に述べたように本発明による温度調整装置では、車両内室に導入される空気に熱を伝達することができる２つの領域つまりは２つの熱交換器が設けられている。一方の熱交換器が蒸発器の上流に配置されているのに対して、他方の熱交換器は蒸発器の下流に位置している。本発明による温度調整装置の大きな利点としては次のことが挙げられる。すなわち本発明による温度調整装置では、蒸発器の上流側に配置されている熱交換器によって、該蒸発器のそばを流れる空気を予加熱することができ、このように空気を予加熱しかつ蒸発器を相応に暖めることによって、蒸発器の領域における水分の捕集を減じることができ、ひいては菌発生のおそれを著しく減少させることができる。

本発明の別の有利な構成では、第１の熱交換器の熱伝達能力と第２の熱交換器の熱伝達能力とが、互いに合わせられて変化可能である。両熱交換器の熱伝達能力が互いに合わせられていることによって、例えばドライバによって所望の内室温度が指示されかつ同時に空調装置が作動した場合に、第２の熱交換器を備えた加熱装置の付加的な運転によって、車両内室に導入される空気が過剰に加熱されることはなくなる。それというのはこの場合、熱伝達容量を合わせることによって、第１の熱交換器の熱伝達能力を相応に調整つまり低減させることができるからである。

そのために本発明の別の構成では、第１の熱交換器の熱伝達能力が、車両内室に導入される空気の流れガイドを変化させることによって、可変であるようにした。さらに、第２の熱交換器の熱伝達能力が、加熱装置の加熱出力を変化させることによって、可変であるような構成も可能である。

本発明の特に有利な構成では、加熱装置が、燃料運転されるヒータを有している。このように構成されていると、本発明による温度調整装置を付加的に、パーキングヒータの機能を満たすためにも利用することができる。もちろん、ヒータとして別のエネルギ源を使用することも可能である。つまり加熱装置は例えば、燃料運転されるヒータ、電気によって運転可能な熱源と、補助エネルギ源、有利には燃料電池又は機械式又は熱力学的に運転される補助エネルギ源と、車両駆動ユニットとを有していることができる。

また、第１の熱交換器が内燃機関の冷却系によって熱供給されるようになっていると、内燃機関から取り出された熱を有効に利用することができる。

前記課題を解決する、本発明による温度調整装置を運転する方法では、例えば蒸発器が作動している場合に、第１の熱交換器と第２の熱交換器とを少なくとも時々同時に、車両内室に導入される空気への熱伝達のために作動させるようにした。

既に述べたように、両方の熱交換器を少なくとも時々同時に運転することによって、一方では、車両内室に導入される空気が所望の温度を有することができ、しかもこの際に内燃機関の領域又はその他の熱源を良好なエネルギ効率で利用することも可能であり、かつ他方では蒸発器の領域において過剰な水分捕集及び菌発生のおそれを著しく減じることができる。

本発明による方法において、例えば第１の熱交換器の作動時において、蒸発器が作動している場合に、第２の熱交換器を備えた加熱装置を作動させて、第１の熱交換器の熱伝達能力を減じると、有利である。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１に示されているモジュール状に構成された温度調整装置１０は、ほぼ完全にハウジング１２内に収容されており、このハウジング１２はもちろん同様に複数のハウジング部分から成っていてもよい。入口領域１４において、車両内室に導入されかつ温度処理される空気Ｌが、本発明によるこの温度調整装置１０に進入する。この場合、車両内室に導入される空気は、空気搬送ファン１６によって搬送され、この空気搬送ファン１６は空気流れ方向で見てフィルタ１８の下流に配置されている。

次いで空気Ｌは、全体を符号２０で示された加熱装置に流入し、この加熱装置２０は、例えば燃料運転されるヒータと、複数の冷却フィン２２によって示された熱交換器２４とを有している。ヒータには燃料２６と燃焼空気２８とが供給され、燃焼生成物３０はヒータもしくは加熱装置２０から所属の出口を介して流出する。ヒータにはさらに過熱センサ３２が配属されており、この過熱センサ３２の下流には、空気Ｌが加熱装置２０もしくは該加熱装置の熱交換器２４を通過した後で、空気Ｌの温度を検出する温度センサ３４が配置されている。

空気流れ方向で見て加熱装置２０の後ろには、その他の部分が示されていない空調装置の蒸発器３６が配置されている。この蒸発器３６には液状の冷媒３８が供給され、この冷媒３８は蒸発器３６において熱を吸収して気化し、冷媒蒸気４０として再び排出される。この蒸発もしくは気化の際に、蒸発器３６の周囲を流れて車両内室に導入される空気から、熱が奪われる。

さらに蒸発器３６の下流には別の熱交換器４２が設けられている。この熱交換器４２には、暖かい冷媒４４が内燃機関又はこれに類したものの冷却回路から供給される。熱交換器４２が作動している場合、この冷媒４４は、車両内室に導入される空気に熱を伝達し、その結果冷媒は幾分低温の冷媒４６として熱交換器４２を去り、例えばさらに別の熱交換器に、又は再び内燃機関又はその他の熱源に流れ戻る。

さらに、全体を符号４８で示された例えばフラップ状に構成された流れ切換えエレメントが設けられており、この流れ切換えエレメント４８は、図示されていない駆動装置によって複数の異なった位置に移動可能である。このエレメント４８の図示の切換え位置では、供給されて車両内室に導入されるほぼすべての空気が、熱交換器４２に向かって導かれ、その結果相応な熱伝達によって、車両内室に導入されるほぼすべての空気が加熱され、そして個別に調節可能な複数の導入エレメント５０，５２，５４を介して、所望のポジショニングで車両内室に供給される。エレメント４８が、破線の矢印で示されているように旋回させられると、車両内室に導入される空気の少なくとも一部が、熱交換器４２に向かってではなく、直接的にエレメント５０，５２，５４に導入されることになり、これによってこれらのエレメント５０，５２，５４を介して所望のポジショニングで車両内室に導かれる。熱交換器４２が完全に不作用になるような位置に、つまり車両内室に導入されるすべての空気が熱交換器４２を通らずに、ひいては熱を吸収することがないような位置に、エレメント４８を旋回もしくは移動させることが可能である。

もちろん、本発明による温度調整装置の制御される種々様々な装置領域、つまりファン１６、加熱装置２０、一部だけが略示された空調装置及びエレメント４８もしくは該エレメントに所属の駆動装置は、所属の制御系の制御下にあり、これによって格納されたルーティンの指示又は使用者の指示によって、種々様々な装置領域を運転させること、これらの装置領域の運転状態を変化させること又はこれらの装置領域を再び運転外にもたらすことができる。

例えば降雨時におけるような、一方では比較的低い外部温度が存在しかつ他方では極めて高い空気湿度が存在している状態において、本発明による温度調整装置１０を運転したい場合には、搭乗者は、空気を暖めたいが、ウインドガラスが曇ることを回避するために乾燥した空気を車両内室に導入することを望んでいる。このような場合には空調装置ひいては蒸発器３６のみならず、熱交換器４２をも作動させられる。空調装置の運転によって、車両内室に導入される空気Ｌは一方では冷却され、しかしながらまた他方では空気Ｌから湿気も除去される。熱交換器４２の運転もしくは作動によって、冷却されかつ乾燥させられた空気は再び暖められ、これによって空気を所望の温度で車両内室に導入することができる。

この運転状態において本発明によればさらに、加熱装置２０の作動もしくは運転によって、蒸発器３６のそばを流れる空気Ｌが既に予加熱されるようになっている。この予加熱によって、蒸発器３６の領域における水分の付着が抑制され、これにより菌発生のおそれが減じられる。もちろん、車両内室に導入される空気が事実上ドライバによって望まれている温度をも有することができるようにするために、加熱装置２０の投入接続時に熱交換器４２はその熱伝達能力を絞られねばならない。この運転状態においては、時間全体にわたって両方の熱交換器２４，４２が同時に作動している必要はない。例えば加熱装置２０は間隔をおいて時々運転されることができ、この場合相応な形式で、熱交換器４２の熱伝達能力は時間をおいて時々減じられることができる。

空調装置ひいては蒸発器３６が不作動ではあるが、例えば該空調装置もしくは蒸発器３６の先行する運転に基づいて、蒸発器３６の領域に比較的多くの水分量が集められているような段階では、同様に加熱装置２０を作動させることができ、これによって、蒸発器３６に向かって流れる空気への熱伝達により、蒸発器３６に存在する湿気もしくは水分を運び出すこと、ひいては蒸発器３６を基本的に乾燥させることができる。このような運転形式は有利には、車両内室に導入される空気を加熱することがいずれにせよ望まれている場合にも行われ、これは一般的に熱交換器４２の使用下で行われる。つまりこの場合熱交換器４２はその熱伝達能力を絞られることができ、その結果、空気と共に車両内室に運ばれる熱の一部は空気によって伝達され、熱の他の部分は熱交換器４２によって伝達される。

さらに本発明による温度調整装置１０では、加熱装置２０を単独で運転すること、例えばパーキングヒータモードで又は、内燃機関の始動後に該内燃機関の冷却回路においてなお十分な熱が準備されないような運転状態で、運転することももちろん可能であり、このような運転によって、車両内室に導入される空気を熱交換器４２の領域において十分に加熱することが可能になる。

既に述べたように本発明では、加熱装置２０は燃料運転されるヒータを有している。もちろん、蒸発器３６の上流に、空気に伝達される熱を他の熱源によって準備することも可能である。例えば加熱装置２０が電気によって運転可能なエネルギ源を有していてもよく、この場合エネルギ源は、そこで発生した熱を、熱交換器２４を通って循環する液体に伝達するか又は、直接空気流に加え、後者の場合にはその加熱された表面自体によって熱交換器２４を準備する。そのためには、蒸発器３６の前において空気流内に配置されるいわゆるＰＴＣエレメントを使用することができる。このような電気式に運転可能な加熱装置のためのエネルギ源としては、例えば走行運転中に電気を生ぜしめるジェネレータ、車両のバッテリ、ルーフモジュールに組み込まれたソーラ電池又はその他の補助エネルギ装置、例えば燃料電池又は機械的に運転される補助エネルギ源、例えば熱力学的に作動するジェネレータ付きモータ等が、使用可能である。さらにまた、駆動ユニットにおいて発生する熱及び一般的に車両内室に導入される空気を加熱するために使用される熱、又はこのような熱の一部を、熱交換器２４を介して蒸発器３６の上流で空気流に供給すること、及びこのようにして予加熱された空気による湿気もしくは水分排出のために用いることも、可能である。

モジュール状に構成された本発明による温度調整装置の原理を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 温度調整装置、 １２ ハウジング、 １４ 入口領域、 １６ 空気搬送ファン、 １８ フィルタ、 ２０ 加熱装置、 ２２ 冷却フィン、 ２４ 熱交換器、 ２６ 燃料、 ２８ 燃焼空気、 ３０ 燃焼生成物、 ３２ 過熱センサ、 ３４ 温度センサ、 ３６ 蒸発器、 ３８ 冷媒、 ４０ 冷媒蒸気、 ４２ 熱交換器、 ４４，４６ 冷媒、 ４８ 流れ切換えエレメント、 ５０，５２，５４ 導入エレメント

Claims (9)

1. 車両用の温度調整装置であって、
   車両内室に導入される空気から熱及び／又は水分を除去可能な、空調装置の蒸発器（３６）が設けられており、
   空気流れ方向で見て蒸発器（３６）の下流に、車両内室に導入される空気に熱を供給可能な第１の熱交換器（４２）が設けられており、
   さらに空気流れ方向で見て蒸発器（３６）の上流に、第２の熱交換器（２２）を備えた加熱装置（２０）が設けられていて、第２の熱交換器（２２）によって、車両内室に導入される空気に熱が供給可能であることを特徴とする、車両用の温度調整装置。
2. 第１の熱交換器（４２）の熱伝達能力と第２の熱交換器（２２）の熱伝達能力とが、互いに合わせられて変化可能である、請求項１記載の温度調整装置。
3. 第１の熱交換器（４２）の熱伝達能力が、車両内室に導入される空気の流れガイドを変化させることによって、可変である、請求項２記載の温度調整装置。
4. 第２の熱交換器（２２）の熱伝達能力が、加熱装置（２０）の加熱出力を変化させることによって、可変である、請求項２又は３記載の温度調整装置。
5. 加熱装置（２０）が、燃料運転されるヒータと、電気によって運転可能な熱源と、補助エネルギ源、有利には燃料電池又は機械式又は熱力学的に運転される補助エネルギ源と、車両駆動ユニットとを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の温度調整装置。
6. 第１の熱交換器（４２）が内燃機関の冷却系によって熱供給される、請求項１から５までのいずれか１項記載の温度調整装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の温度調整装置（１０）を運転する方法であって、第１の熱交換器（４２）と第２の熱交換器（２２）とを少なくとも時々同時に、車両内室に導入される空気への熱伝達のために作動させることを特徴とする、温度調整装置を運転する方法。
8. 第１の熱交換器（４２）の作動時において、蒸発器（３６）が作動している場合に、第２の熱交換器（２２）を備えた加熱装置（２０）を作動させて、第１の熱交換器（４２）の熱伝達能力を減じる、請求項７記載の方法。
9. 第２の熱交換器（２４）を蒸発器（３６）の乾燥のために利用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

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