JPH06505940A - 自動車、特に電気自動車の駆動構成要素を冷却し且つ車内を暖房する方法、そしてこの方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車、特に電気自動車の駆動構成要素を冷却し且つ車内を暖房する方法、そし てこの方法を実施する装置 本発明は、自動車、特に電気自動車の駆動構成要素を冷却し且つ車内を暖房する 方法、そしてこの方法を実施する装置に関するものである。

従来自動車が一般に装備している内燃機関では大量の供給エネルギーが熱に変換 され、この熱はラジェータ内で損失熱として周囲空気に放出される。内熱機関の 暖機段階後に用意される熱量は寒い冬日に車両暖房用に必要とされるエネルギー 需要よりも大きい。

しかし例えばバッテリユニットからエネルギーの供給を受ける電動機による選択 的駆動構想も既に提案されている。かかる駆動システムでも原動機、トランスミ ッション、出力制御系、バッテリユニット、そして場合によってはその他の構成 要素内で一定の損失熱が生じる。この損失熱は熱量の点で車内の暖房運転にとっ て決して十分ではなく、特に外気温度が低い場合そうである。

駆動構成要素を冷却するため、熱を発生するすべての構成要素に冷媒が貫流して それらから熱エネルギーを取り出すよう液状冷媒用に適宜な冷却路を設ける提案 が既になされている。ドイツ実用新案第９００１５９０号により公知の配置では 熱がラジェータで、又は流入路内に配置した熱交換器で空気流に放出される。機 室空気は循環し、部分流が周囲空気に放出され又新鮮空気が供給される。

本発明の課題は、既存のエネルギー源をエクセルギーの観点で最適に利用し、可 能なあらゆる気候条件を考慮し熱回収を向上して駆動構成要素の冷却を確保する 自動車の駆動構成要素を冷却し且つ車内を暖房する方法を提供することである。

更に本発明の課題はこの方法を実施する装置を提供することである。

請求の範囲１の前提部分に記載した種類の方法を前提に前記課題が本発明によれ ば請求の範囲１に明示した特徴により解決される。

この場合本質的利点として車内にある空気の熱が有意義に回収され、車両内に設 けた熱源で再び補償しなければな　゛らないのは不可避的熱損失だけとなる。

車両の原動機を冷却し且つ車内を暖房する請求の範囲５の前提部分に記載した種 類の装置を提供する点に関する前記課題は本発明によれば請求の範囲５に明示し た特徴により解決される。

この装置の本質的利点として制御要素及びファンに基づき常に十分な冷却空気流 が熱交換器により用意され、他方熱交換器から排出される熱エネルギーは、空気 案内路の循環空気流に含まれた熱エネルギーも、単に必要に応じて、そして所要 の熱量に応じて適切に車内に供給される。

所要の設備部分に関し単純に形成された装置では冷媒を貫流させることのできる 別の熱交換器が設けてあり、これが車内の第二排気口で始まる逃散空気路内に配 置してあり、第二排気口と熱交換器との間に流入制御要素が設けてあり、これに 冷却空気路が注ぐ。

冷却回路には熱を発生するその他の補助組立体も接続しておくことができ、冷媒 循環用に設けである冷媒ポンプが電動機により駆動される。熱交換器の最適設計 を達成するため、比較的一定した温度レベルの冷却液を熱交換器に送り込むのが 望ましい。この目的のため冷媒が熱交換器に流入する入口の前に蓄熱器が設けて あり、これが個々の構成要素内での熱発生の極端な変動を補償する。この箇所に 格別に適しているのが潜熱式蓄熱器であり、これは数時間にわたる走行中断後で も直ちに再び熱エネルギーを用意して車内を暖房することを可能とする。

別の利点は車内から排出する逃散空気分から熱と湿気とを奪い取って再び給気用 に用意することにより得られる。

この理由から逃散空気／新鮮空気熱交換器が設けられてあり、そのなかで新鮮空 気は逃散空気から取り出した熱で予熱される。逃散空気から熱を回収すると、安 全上の観点及び快適性の理由から受入可能な車内湿度を超えなくするのに十分な 新鮮空気分が可能となる。

快適性を更に高めるため蒸発器と凝縮器とを含む冷媒回路が設けてあり、これに より外気温度が高い場合でも車内に冷却済み空気を供給することが可能となる。

こうしてあらゆる気候条件に即して車内の温度調節が可能となる。［冬季運転」 のとき冷媒回路は熱ポンプとして働き、従って付加的暖房エネルギー分を提供す る。その他の熱源を配置してお（こともでき、この場合特に電気補助ヒータが考 えられる。車両バッテリの充電段階の間車内の空気はバッテリで発生する排熱で 暖めることができる。電気補助ヒータを適切に制御するで車内は充電中付加的に 暖めることができ、乗車時には車内が既に温まっている。車内を暖房又は空調し 且つ駆動装置を冷却するこの装置は空気側で又は液側でも制御してお（ことがで きる。液側で制御するため拡張冷却回路が設けられ、これが２つの分離した分岐 流路を含み、各分岐流路に付属して冷媒／空気熱交換器が設けられである。この 場合、熱交換器に選択貫流させるため分岐流路を切り換えることのできるバルブ 手段が設けである。

本発明対象の実施例を以下図面に基づき詳しく説明する図１は電気自動車用原動 機冷却・車内暖房兼用設備の概要図である。

図２ａと図２ｂは原動機冷却・車内空調兼用設備を車内「暖房」機能時と「冷房 」機能時において示す図である。

図３ａと図３ｂは拡張冷媒回路と暖房運転又は空調運転の液側制御系とを有する 図２の実施変種である。

図４ａと図４ｂは図３の選択的実施である。

図５ａと図５ｂは空気側及び液側制御系を有する図２の実施変種である。

図１において符号１は電気自動車の車内であり、そのなかに給気口２と流出口３ が設けである。流出口３が空気案内路４の初端を形成し、該案内路は給気口２に 注ぎ、実質的に３つの部分４１．４２．４３を含む。空気案内路４の第一部分４ １は第一空気流制御要素７にまで延び、この部分４１内にファン５がある。空気 案内路４の第二部分４２は第一空気流制御要素７の箇所で始まり、第二空気流制 御要素８にまで延びており、この第二部分４２内にはブアン６と、駆動組立体１ ７を冷却する熱交換器９が配置しである。

第二空気流制御要素８がら空気案内路４の第三部分４３が車内１の給気口２にま で延びている。この第三部分４３は熱源１０を通して空気混合室１１に通じ、該 室は給気口２の直前又は近傍に配置しである。空気混合室１１に注いだ冷気導管 １２を通して冷気分又は新鮮空気分が部分４３内を流れる空気流に混加される。

所要の新鮮空気量又は冷気量を用意するため冷気導管１２内にファン１４が設け である。冷気導管１２内の空気を冷やすため図１によれば蒸発冷却器１５が配置 しである。

空気案内路４の第二部分４２内の空気流が貫流する熱交換器９は熱交換壁の反対 側が電気自動車駆動組立体１７用冷却回路１６の冷媒により負荷される。冷却回 路１６の冷媒は原動機自体を冷却するのに役立つだけではない。ここでは原動機 、トランスミッション、出力制御系及びバッテリユニットからなる配置全体を駆 動装置と考えることができる。冷却回路１６内に冷媒を動かす冷媒ポンプ１８が 設けである。駆動装置１７の構成要素内で熱発生が激しく変動するので緩衝作用 を行う蓄熱器１９が好ましくは潜熱式蓄熱器として構成して設けてあり、これに より温度変化が弱められ、従って熱交換器９に供給される熱は特定限定内で比較 的一定に保たれたレベルに留まる。

第一空気流制御要素７から流路が空気／空気熱交換器２１内に通じ、他方この交 換器を通して新鮮空気路２２が空気案内路４の第二部分４２に通じている。流路 を流れる空気が常に熱交換器２１を負荷する一方、熱交換器２１の反対側にはバ イパス導管２３が設けてあり、該導管は空気フラップ８６によりその空気流量が 制御可能である。これにより外気温度が低い場合でも熱交換器の凍結を防止する ことができる。流路を流れる空気は適宜な吹出口２４から周囲に放出される。第 二空気流制御要素８は空気案内路４の第三部分４３用出口の他に逃散空気路２５ 用に第二出口を有し、車内１に送り戻されない空気はこの出口から周囲空気に放 出される。

車内暖房運転は幾つもの要因に左右されるが、しかし主に周囲温度、日光の照射 及び車内温度に左右される。それ故、「暖房」機能と所要熱量は必要に応じて調 整することができるのに対し、駆動装置の冷却は、冷却出力の需要が一定の変動 を受け、この変動が例えば気候により又は出力分布により決まっているのではあ るが、電気自動車の走行運転中宮に必要とされる。

駆動装置の冷却は原動機、トランスミッション、（場合によっては中間熱媒回路 を備えた）バッテリ及び出力制御系の適宜な冷却炉を冷媒が流れることにより行 われ、冷媒は冷却回路１６内を冷媒ポンプ１８により移動する。熱の発生、従っ て排出すべき熱量は特に加速、制動等の負荷変化時激しく変動する。熱交換器９ を寸法の点で不必要に大き〈実施しなくてもよいよう蓄熱器１９は、頻繁に短時 間だけ現れる熱量を吸収し且つ冷媒を比較的一定した温度レベルで熱交換器９に 提供することのできる熱緩衡器の機能を有する。冷媒中に含まれた熱は熱交換器 ９において空気案内路４の第二部分４２を流れる空気に放出される。

車内１の暖房を必要としない外気温度のもとで車両を運転する場合、熱交換器９ 内で熱吸収するのに必要なファン６により発生する空気流は少なくともほぼ完全 に新鮮空気路２２により吸い込まれ、ラジェータを通して第二空気流制御要素８ へと吹き込まれる。車内１が暖房を必要としないので第二空気流制御用要素は熱 交換器９を通して吹き込まれる総空気体積を逃散空気路２５を通して外に導く位 置にある。

乗員が酸素を必要とするので車内の一定の空気体積を絶えず更新しなければなら ない。この目的のためファン１４が空気導管１２内に空気流を発生し、必要に応 じて蒸発冷却器１５内の新鮮空気温度を下げることができる。この冷気は次に空 気混合室１１及び給気口２を通して車内１に導入される。同一の空気体積が車内 の別の箇所から、つまり流出口３から排出され、ファン５により空気案内路４の 第一部分４１及び熱交換器２１を通して搬送され、次に吹出口２４から周囲空気 に放出される。

車内１の暖房の需要があるとまず第二空気流制御要素８の調節が行われ、該要素 は熱交換器９内で暖められた空気を一部又はすべて空気案内路４の第三部分４３ を通して車内１の給気口２へと送る。

熱交換器９内で伝達される熱量が車内１を暖房するのに十分でないかぎり、新鮮 空気路２２を通して流入する空気は熱交換器２１内で熱交換器２１内の逃散空気 から熱エネルギーを取り出すことにより予熱される。この場合バイパス導管２３ は閉じている。熱交換器２１内で熱伝達を損失なしに行うことができるので、車 内１から流出口３を通して吸い込まれた空気の一部は熱交換器２１を迂回して第 一部分４１から直接第二部分４２に送ることも可能であり、これは第一空気流制 御要素７を利用して行われる。

車内１から取り出されるこの空気流分は例えば寒い冬日の周囲空気より温度レベ ルが本質的に高く、熱交換器９内で空気流の加熱は著しく高い温度レベルから行 われ、このことから流出口３で吸い込まれる空気と給気口２で吹き込まれる空気 との間で適宜な温度差が可能となる。極端な暖房需要があるこうした場合冷気路 １２は勿論間じている。

図２ａと図２ｂに原動機冷却・車室空調兼用設備が、しかも図２ａには「車内暖 房」機能−いわゆる冬季運転−が、そして図２ｂには「車内冷房」機能−いわゆ る夏季運転−が示しである。車内１に流出口３が設けてあり、そこから空気案内 路の第一部分４１が延び、その末端に第一空気流制御要素７が配置しである。第 一空気流制御要素７は吹出口２４及び空気案内路第四部分４４に流れる空気流を 任意の割合で制御することができ、その際制御範囲は可能な両方向の一方で０％ 〜１００％であり、別の方向にはそれぞれ相補的割合が流入する。

第四部分４４は第一空気流制御要素７から流量分配器２９へと延び、該分配器は 空気流を選択的に熱交換器９に又は直接給気口２又は排気路３０に送る。この設 備は更に冷媒回路を含み、その蒸発器３１は第四部分４４内、又その凝縮器３２ は第二部分４２内に、しかもラジェータ９の直前に配置しである。第一空気流制 御要素７の位置に応じて吹出口２４から放出される空気体積を補充するため新鮮 空気路３３が設けてあり、これは流入制御要素３４により締切可能である。

流量分配器２９から出発して空気案内路の第二部分４２内にまず流入制御要素３ ５が配置してあり、該要素は新鮮空気路３６内の新鮮空気の流入を制御し、この 新鮮空気路内にファン２６が配置しである。熱交換器９の後段に空気流制御要素 ３８が設けてあり、該要素で空気案内路の第二部分４２が成端し又該要素に第三 部分４３及び逃散空気路２５が続いている。空気流制御要素３８に注ぐバイパス ３７は一流量分配器２９から出発して一凝縮器３２及び熱交換器９を橋絡する。

第三部分４３内に電気補助ヒータ２８が配置してあり、空気案内路の末端が車内 １の給気口２を形成する。

図２ａに示す「冬季運転」では空気は車内１から流出口３を通して吸い込まれ、 第一部分４１を通して第一空気流制御要素７に送り込まれる。空気流制御要素７ の位置に応じて総空気流が第四部分４４に送り込まれ、蒸発器３１を貫流する。

流量分配器２９は総流の一部を分岐し、該一部は逃散空気路３０を通して外に導 かれる。総空気流の残りの部分は流量分配器２９の位置に基づき凝縮器３２に供 給され、なお新鮮空気路３６を通して凝縮器３２に流入する前に補充される空気 体積は流量分配器２９により逃散空気路３０に供給される。

蒸発器内で空気が冷やされ、従って除湿もされ、空気流から熱エネルギーを取り 出して冷媒に放出される。この熱エネルギーは凝縮器３２内で再び第二部分４２ 内の空気流に伝達され、そこで既に空気流の加熱が行われる。蒸発器３１内での 熱回収は、空気流を０℃以下に冷やすことができるよう蒸発器の前で空気流路内 に乾燥器を配置することにより高めることができる。後段に設けた熱交換器９内 で空気流の温度がさらに高まり、この空気流は次に空気流制御要素３８を通して 車内１に送り込まれ、場合によってはなお電気補助ヒータ２８により温度レベル を更に高めることができる。

本配置の「夏季運転」では車内１に冷却済み空気が供給され、しかし同時に駆動 装置の冷却も確保しておかなければならない。この機能様式は図２ｂに示しであ る。第一部分４１を通して車内１から吸い込まれた空気流は第一空気流制御要素 ７内で分配され、一部は第四部分４４に供給され、別の一部は連絡導管３９を介 して新鮮空気路３６に送り込まれ、そのなかで流入新鮮空気に混加される。この 空気流が次に凝縮器３２を負荷し、そのなかで冷媒が液化し又これにより冷やさ れる。凝縮器から流出するこの空気流は次に熱交換器９を負荷し、最後に空気流 制御要素３８の位置に基づき逃散空気導管２５を通して周囲空気に放出される。

空気流分布に基づき第四部分４４内の空気流は空気流制御要素７の直後に体積が 減少し、この減少分は新鮮空気路３３内の新鮮空気の供給により再び補充される 。この空気流が次に蒸発器３１を負荷し、そのなかで空気流から熱エネルギーが 取り出され、その結果空気温度が低下し又それに伴い除湿される。流量分配器２ ９の位置に基づき蒸発器３１から流出する空気流は完全にバイパス３７に供給さ れ、従って凝縮器３２及び熱交換器９を迂回し、次に給気口２から車内１に達す る。補助ヒータ２８はこの場合勿論投入していない。

図３ａと図３ｂに示した駆動装置用冷却装置及び車内空調装置はシステム全体の 液側制御を可能とする冷媒回路を含む。図３ａはやはり「冬季運転」、即ち車内 暖房要望時を示し、図３ｂは「夏季運転」を示し、即ち車内に冷却済み空気が供 給される。

図３ａと図３ｂにおいて５１は車内であり、給気口５２と流出口５３とを備えて いる。全体に符号５４とした空気案内路は流出口５３で始まり、給気口５２で成 端している。空気案内路５４内に前記順序で第一空気流制御要素４７、ファン４ ６、第一熱交換器４０、第二空気流制御要素４８、流入制御要素４９、別のファ ン４５、第二熱交換器５０、そして最後に補助ヒータ５５が配置しである。５６ は逃散空気路であり、これを通して逃散空気又は逃散空気分を第二空気流制御要 素４８により周囲空気に導くことができる。新鮮空気路５７は流入制御弁４９に 、又はその箇所で空気案内路５４に注ぐ。バイパス５４★は第一空気流制御要素 ４７が適宜な位置にあるとき後段のファン４６、第一熱交換器４０及び第二空気 流制御要素４８を橋絡する。

熱交換器４０．５０は車両駆動構成要素用冷却回路に流入する液状冷媒により負 荷され、冷却回路の連絡導管は全体に符号５８、駆動構成要素は５９が付けであ る。冷却回路に介設しである冷凍モジュール６０が冷凍設備を含み、該設備は圧 縮機６１と凝縮機６２と膨張装置６３と蒸発器６４とを含む。冷凍モジュール６ ０は冷媒側が密閉してあり、但し凝縮機６２及び蒸発器６４を冷媒回路の冷媒が 負荷できるよう連絡導管５８用接続口を有する。

冷却すべき駆動構成要素５９は適宜な連絡導管５８を介し凝縮器６２及び蓄熱器 ６５と直列に接続しである。蓄熱器６５は図１の蓄熱器１９と機能が同じである 。蓄熱器６５から連絡導管５８が第一切換弁６６に通じ、絞弁は４ポ一ト２位置 切換弁として構成しである。蒸発器６４から連絡導管５８が蓄冷器８５に通じ、 そこから第一切換弁６６の入口に通じている。第一切換弁６６の出口はそれぞれ 熱交換器４０，５０の一方と接続してあり、熱交換器４０．５０の出口はやはり ４ポ一ト２位置切換弁として構成した第二切換弁６７の入口に接続しである。第 二切換弁６７の一方の出口は第一冷媒ポンプ６８を介設して凝縮器６２に通じ、 切換弁６７の別の出口は第二冷媒ポンプ６９を介設して蒸発器６４と接続しであ る。

図３に示す設備の「冬季運転」が図３ａに示しである。

そこから明らかなように駆動構成要素５９を冷却するため冷媒は第一冷媒ポンプ ６８により連絡導管５８を通して給排され、駆動構成要素５９内で発生する損失 熱を吸収する。駆動構成要素５９の後段に設けた蓄熱器６５内で蓄熱温度及び供 給された冷媒温度に応じて熱が吸収又は放出される。冷媒は蓄熱器６５から第一 切換弁６６に流れ、絞弁は「冬季運転」のとき蓄熱器６５を第二熱交換器５０と 接続する位置を占める。第二熱交換器５０内で冷媒の熱エネルギーは熱交換器５ ０を流れる空気に放出される。第二切換弁６７の位置に基づき第二熱交換器５０ は第一冷媒ポンプ６８又は後段の凝縮器６２と接続してあり、この凝縮器内で冷 媒は発生する凝縮熱を吸収する。

「冬季運転」のとき冷媒回路の別の分岐路は蒸発器６４が蓄冷器８５を介し又第 一切換弁６６の適宜な位置により第一熱交換器４０と接続され、即ち第一熱交換 器４０に比較的温度の低い冷媒が供給されるよう接続しである。熱交換器４０内 で暖められた冷媒は第二切換弁６７の適宜な位置により第二冷媒ポンプ６９に供 給され、該ポンプが蒸発機６４を通して冷媒を給排する。この動作様式の蓄冷器 ８５は均一な温度分布を維持するのに役立つだけである。

車内５１の暖房は流出口５３を通して車内５１がら空気を、しかもファン４６に より吸い込むことにより行われる。空気は第一熱交換器４０を流れてそのなかで 冷やされ、同時に空気が除湿される。第二空気流制御要素４８が総空気流を分割 し、一部は逃散空気路５６を通して外に導かれ、別の一部はいわゆる循環空気と して空気案内路５４を通して流入制御要素４９に送られる。逃散空気路５６を通 して吹き出される空気体積は流入制御要素４９が適宜な位置のとき新鮮空気路５ ７を通してファン４５により吸い込まれる新鮮空気によって補充される。循環空 気と新鮮空気とからなる総空気流は次に第二熱交換器５０と必要に応じて投入可 能な補助ヒータ５５とに通され、最後に給気口５２から車内５１に吹き込まれる 。

外気温度が高くなると、図３に示す設備は図３ｂに示すように運転される。これ がいわゆる「夏季運転」である。

駆動構成要素５９の冷却はやはり第一冷媒ポンプ６８により凝縮器６２及び駆動 構成要素５９を通して給排された冷媒がそこに発生する熱を吸収することにより 行われる。冷媒は次に蓄熱器６５を貫流し、比較的一定した温度レベルでそこか ら流出する。第一切換弁６６の位置はこの冷媒流を第一熱交換器４０へと向け、 そのなかで熱はこの熱交換器４０を貫流する空気に放出される。第一熱交換器４ ０から流出した冷媒は第二切換弁６７の位置に基づきやはり第一冷媒ポンプ６８ に供給される。

別の冷媒分岐路内で第二冷媒ポンプ６９が蒸発器６４を通して冷媒を給排し、こ れにより冷媒は低い温度レベルにされる。蓄冷器８５は貫流する冷媒から冷凍エ ネルギーを、その蓄冷容量に達するまで取り出す。第一切換弁６６の位置に基づ き蒸発器６４内で強く冷やされた冷媒が第二熱交換器５０に供給され、この熱交 換器５０を貫流する空気が冷やされる。冷媒は第二熱交換器５０内で暖まり、第 二切換弁６７の位置に基づき第二冷媒ポンプ６９に環流する。「夏季運転」のと きには車内５１の温度を下げ又は低い温度レベルに保つように試みられるので、 車内５１から流出口５３を通して吸い込まれる空気は第一空気流制御要素４７に よりほぼ完全に空気案内路５４★を通して流入制御要素４９に導かれる。

車内５１にある空気体積の一部を□先行の図について既に述べたように一交換す る必要があるので、車内５１から吸い込まれる総空気流の例えば２０％とするこ とのできる一部が第一空気流制御要素４７によりファン４６に供給される。第一 熱交換器４０を貫流する冷媒の冷却を維持するためファン４６により新鮮空気路 ７０を通して周囲空気が吸い込まれ、これが逃散空気分と一緒に第一熱交換器４ ０を貫流し、第二空気流制御要素４８の位置に基づき逃散空気路５６を通して周 囲空気中に吹き出される。空気案内路５４★又は５４を通してファン４５により 吸い込まれた循環空気流は新鮮空気路５７を通して吸い込まれた空気体積によっ て補充され、この総空気流が第二熱交換器５０を負荷してそのなかで冷やされる 。この冷気は次に給気口５２を通して車内５１に送られる。第二熱交換器５０を 流れる空気流のかなりの部分は既に比較的冷たい循環空気からなるので、熱交換 器５０内では実質的に新鮮空気分を冷やすため冷却出力のみ提供しなければなら ない。蓄冷器８５は本質的利点として乗車時直ちに、熱交換器５０へと流れる冷 媒が冷たく、車内５１に供給される空気をこれでもって冷やすことができる。従 って、車両がしばらくの間停車していて日光の照射により暖められたとしても車 内空気の迅速な冷却が達成される。

図４ａと図４ｂに示す実施例はやはり図４ａが本発明による空調・冷却装置の「 冬季運転」、図４ｂが「夏季運転」を示す。駆動構成要素５９、冷凍モジュール ６０．蓄熱器６５及び両冷媒ポンプ６８．６９の配置は図３のそれと同じである 。蓄熱器６５から出発した冷媒導管５８は３ポ一ト２位置切換弁７１に通じ、連 絡導管５８から車内５１の給気側に配置した熱交換器７４と車内５１の排気側に 配置した熱交換器７５とに通じている。画然交換器７４．７５の出口側で連絡導 管５８が再び合流し、第一冷媒ポンプ６８と結合しである 第二冷媒ポンプ６９と蒸発器６４はいまや分離した冷媒回路内にあり、該回路は 駆動構成要素の冷媒回路から常に分離しである。蒸発機６４から出発して連絡導 管５８が熱交換器７６に通じ、後者は出口側がやはり第二冷媒ポンプ６９と接続 しである。車内５１は車内５１の完全に分離した異なる箇所に配置した２個の流 出ロア２．７３を有し、第一流出口７２は空気案内路７７を介し給気御要素７８ と接続しである。給気制御要素７８に新鮮空気路７９が注ぐ給気制御要素７８の 後段に熱交換器７６が設けてあり、その流出側に第二給気制御要素８０が設けで ある。第二給気制御要素８０により別の空気路８１を通して新鮮空気を吸い込む ことができ、空気流を生成するファン４５が熱交換器７４、補助ヒータ５５及び 給気口５２を通して空気流を車内５１に送る。

第二流出ロア３の後段に設けである第三給気制御要素８２に冷却空気導管８３が 注ぐ。ファン４６は車内５１から又は冷却空気路８３を通して空気を吸い込み、 これを熱交換器７５、そして最後に排気路８４を通して周囲に吹き込む。

図４ａに示す「冬季運転」では３ボ一ト２位置切換弁７１は蓄熱器６５から出発 した連絡導管５８が車内５１の給気側に配置した熱交換器７４と結ばれるよう接 続しである。従って第一冷媒ポンプ６８により凝縮器６２、駆動構成要素５９及 び蓄熱器６５を通して給排される冷媒は熱交換器７４を流れ、そこで車内５１に 供給される空気流に冷媒の熱エネルギーを放出する。熱交換器７４内で冷やされ た冷媒は再び第一冷媒ポンプ６８により吸い込まれる。

限定的暖房エネルギーが用意されるだけであるので第一流出口７２を通して車内 空気が吸い込まれ、この空気は次に空気案内路７７及び第−給気制御要素７８を 通って熱交換器７６内に達する。この熱交換器内で空気が除湿されまた温度が多 少低下する。第二給気制御要素内で熱交換器７６から流出する空気に新鮮空気分 が混加され、総空気流はファン４５により熱交換器７４を通して吹き込まれる。

後者を流れる高温の冷媒がその熱エネルギーを空気流に放出し、給気口５２を通 して車内５１に暖気が供給される。空気路８１を通して混加される新鮮空気分に 応じて適宜な空気体積が第二流出ロア３を通して吸い込まれ、この吸込みは排気 路８４を通して空気を外に搬送するファン４６により行われる。

図４ｂに示す「夏季運転」では３ボ一ト２位置切替弁７１は蓄熱器６５から流出 した冷媒が熱交換器７５に送られるよう切り替えである。そこでこの冷媒はその 熱エネルギーをファン４６により発生した空気流に放出し、この空気流の一部は 第二流出ロア３を通して吸い込まれる車内空気、一部は冷却空気路８３を通して 吸い込まれた新鮮空気空なる。熱交換器７５内で冷やされた冷媒がそこから第一 冷媒ポンプ６８へと戻される。

車内５１から第一流出出口７２及び空気案内路７７を通して吸い込まれた循環空 気は第一給気制御要素７８内で一部が、新鮮空気路７９を通して流入する新鮮空 気にまぜられる。熱交換器７６内でこの総空気流が除湿され、次にこの動作様式 のとき空気路８１を締め切る第二空気流制御要素によりファン４５に供給され、 該ファンは空気流を熱交換器７４内で熱処理することなく給気口から車内５１に 送る。図５ａと図５ｂには原動機冷却・車内空調兼用設備が示してあり、図５ａ は「暖房」機能、すなわち「冬季運転」、図５ｂは「車内冷房」、いわゆる「夏 季運転」を示す。車内９１に設けである流出口９３がら空気案内路１００が給気 口９２へと延びている。この空気案内路１ｏｏ内に前期順序で第一空気流制御要 素９７、ファン９６、蒸発器１０１、第二空気流制御要素９８、流入制御要素９ ５、熱交換器９９、補助ヒータ１０５が配置しである。流入制御要素９５に新鮮 空気路が接続してあり、該路を通してファン２６により新鮮空気を熱交換器９９ に供給することができる。熱交換器９９は他方で冷却回路１６に接続可能であり 、該回路はバッテリユニット８７、原動機８８及び出カ電子装筐９４を冷却する のに役立つ。さらに蓄熱器８９が設けてあり、これはさまざまな組立体内での熱 発生の激しい変動を弱めるのに役立つ。出方電子装［９４と原動機８８との間で 冷媒回路１６内に冷媒回路１０３の凝縮器１゜２があり、該冷媒回路は圧縮器１ ０４、膨張弁１０６及び既に触れた蒸発器１０１を含む。最後に冷媒回路１６内 になお別の熱交換器１０７が設けてあり、冷却空気を十分に通すためファン１ｏ ８がこれに付属して設けてあり、更に十分な冷媒流量を保証するため冷媒ポンプ １８が設けである。熱交換器９９．１０７がそれぞれバイパス導管１０９．１０ ９′を備えており、該導管はバルブ１１０．１１０′を介し制御可能である。

図５ａの図示によれば車内９１を暖房するため流出口９３から第一空気流制御要 素９７内に引き出された空気体積は完全に蒸発器１０１に供給され、蒸発器１０ １の流出側で第二空気流制御要素９８内で分割され、それもしかも比較的少ない 逃散空気分と大量の循環窓気分とに分割され、この循環空気が熱交換器９９に供 給される。この循環空気流に熱交換器９９の前で流入制御要素９５を通して新鮮 空気の一部は添加される。熱交換器９９内でで暖められた空気は、場合によって は補助ヒータ１０５によりなお高い温度レベルにすることができ、給気口９２か ら車内９１に吹き込まれる。駆動構成要素８７．８８．９４内で発生する熱は走 行動作に依存してきわめて大きな変動を受け、蓄熱器８９内で吸収され、そこか ら比較的一定した温度レベルでバルブ１１０の位置に基づき熱交換器９９に通さ れ、又バルブ１１０′の位置に基づきバイパス導管１０９′に通される。冷媒回 路１０３の運転時蒸発器１０１に通された空気流が冷やされ又そのことにより除 湿される。冷媒が蒸発器１０１内で熱を吸収し、この熱は凝縮器１０２内で冷却 回路１６の冷媒に放出される。

図５ｂに示す夏季運転では車内９１に冷気が供給され、しかもなお駆動構成要素 ８７．８８．９４から熱エネルギーが排出される。第一空気流制御要素９７の位 置に基づき、車内９１から排出される空気量の大部分は逃散空気として周囲に放 出される。それに対応した空気体積が新鮮空気として空気案内路１００に供給さ れ、ファン９６により蒸発器１０１内に通される。蒸発器１０１内で空気流が強 く冷やされ、次に熱交換器９９を通して車内９１に供給され、但しこの動作モー ドのときこの熱交換器は機能していない。第二空気流制御要素９８及び流入制御 要素９５の位置に基づき空気流は蒸発器１０１と熱交換器９９との間の区間に影 響されることなく留まる。この動作モードのとき熱交換器９９が機能しないまま となるようバルブ１１０はバイパス導管１０９を通る流れを開放し且つ熱交換器 ９９を通る流れを締め切る位置にある。冷媒に含まれた熱エネルギーが排出され るようバルブ１１０′は熱交換器１０７を冷媒流が負荷する位置を占める。ファ ン１０８は熱交換器１０７を冷却空気が適宜に流れるようにする。

図５に示す配置は第二空気流制御要素９８、及び流入制御要素９５、適宜な新鮮 空気導管及びファン２６を省いて実施することも十分考えられる。この場合蒸発 器１０１と熱交換器９９との間に通された空気流は常に影響を受けることなく留 まり、逃散空気及び新鮮空気の割合は第一空気流制御要素９７のみによって決ま ることになろう。

以上述べた実施例において空気側制御要素は締切位置又は貫流位置で示しである 。勿論冷却空気及び暖房空気又は空調空気の希望する温度に応じて制御はこの空 気流制御要素の多数の中間位置により可能である。他方、前述の冷媒側切換弁は 図示切換位置のみ占めるよう実施しであるが、必要なら断続動作により冷媒流を 熱交換器７４．７５に分割することもできる。

ＦＩＧ、５Ｑ ＦＩＧ、５ｂ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　クラウス、ハンス　ヨーアヒムドイツ連邦共和国　デー７００ ０　ストットガルト　８０　バリンガー　ストラッセ　２２（７２）発明者　ロ ール、ミヒャエル ドイツ連邦共和国　デー７３００　エスリンゲン　アルタ　スタイガ　２１／２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自動車、特に電気自動車の駆動構成要素を冷却し且つ車内を暖房する方法で あって、冷媒を駆動構成要素（１７、５９、８７、８８、９４）の冷却体に通し て熱交換器（９、４０、５０、７４、９９）に供給し、車内（１、５１、９１） を暖房するため必要に応じて温度調節した空気体積流を車内に送り込み且つそれ に対応した空気体積流を車内から排出し、車内から排出した空気流が逃散空気分 と循環空気分とを含み、逃散空気に一致した相補的新鮮空気分を循環空気流に加 えるようになった方法において、ファンにより発生した空気流を車内から排出し 、且つ熱交換器（９、４０、５０、７４、９９）の前にある少なくとも１個の空 気流制御要素（７、４７、７８、９７）により新鮮空気分と循環空気分とに分割 し、循環空気流を駆動構成要素（１７、５９、８７、８８、９４）の冷媒用熱交 換器（９、４０、５０、７４、９９）に通し、熱交換器から流出する空気流を車 内（１、５１、９１）用暖房空気として車内に戻すことができることを特徴とす る方法。 ２．第一空気流制御要素（７、４７、７８、９７）内又はその下手で循環空気流 に相補的新鮮空気分を加え、次に駆動構成要素の冷媒用熱交換器（９、４０、５ ０、７４）に通し、熱交換器から流出する空気流を第二空気流制御要素（８）内 で車内用暖房空気分と逃散空気分とに分割することを特徴とする請求の範囲１記 載の方法。 ３．第二空気流制御要素（８、４８）の下手で暖房空気の温度を別の熱源（２８ 、３２、５５、１０５）により高レベルに高めることを特徴とする請求の範囲２ 記載の方法。 ４．第一空気流制御要素（７）により決定することのできる逃散空気流を熱交換 器（２１）に通し、そのなかで逃散空気から熱エネルギーを取り出し、これを新 鮮空気の予熱に利用することを特徴とする請求の範囲２記載の方法。 ５．自動車、特に電気自動車の駆動構成要素を冷却し且つ車内を暖房する装置で あって、駆動構成要素（１７、５９、８７、８８、９４）を冷却する冷却回路（ １６）を有し、該回路内に熱交換器（９、４０、７４、９９）が配置してあり、 更に車内（１、５１、９１）の流出口（３、５３、９３）から給気口（２、５２ 、９２）に達した空気案内路（４、５４、１００）を有し、該路から空気流の一 部が分岐し及び／又は新鮮空気が供給可能となったものにおいて、空気案内路（ ４、５４、１００）内に、適当な空気流を発生する少なくとも１個のファン（５ 、６、４５、９６）と、駆動構成要素（１７、５９、８７、８８、９４）の冷却 回路（１６）内にあってその冷媒により負荷される熱交換器（９、４０、９９） が設けてあり、空気案内路（４、５４、１００）内でファン（６、４５、９６） の上手に第一空気流制御要素（７、４７、７８、９７）が配置してあり、該要素 が空気流を循環空気分と逃散空気分とに分割し、又空気流制御要素またはファン （６、４５、９６）の下手に熱交換器（９、４０、９９）が配置してあることを 特徴とする装置。 ６．流れの点で熱交換器（９、４０）の後方に第二空気流制御要素（８、４８） が設けてあり、該要素は車内（１、５１）に導入される暖房空気分と周囲に排出 すべき冷却空気分とを制御することを特徴とする請求の範囲５記載の装置。 ７．冷媒を貫流させることのできる別の熱交換器（７５）が設けてあり、これが 車内（５１）の第二流出口（７３）で始まる逃散空気路（８４）内に配置してあ り、第二流出口（７３）と熱交換器（７５）との間に流入制御要素（８２）が設 けてあり、これに冷却空気路（８３）が注ぐことを特徴とする請求の範囲５記載 の装置。 ８．空気案内路（４）が少なくとも３つの部分（４１、４２、４３）を含み、第 一部分（４１）が車内（１）から第一空気流制御要素（７）にまで通じ、第二部 分（４２）が第一空気流制御要素（７）を第二空気流制御要素（８）と結び、第 三部分（４３）が第二空気流制御要素（８）から車内（１）へと通じ、第二部分 （４２）内に熱交換器（９）と付属のファン（６）が配置してあることを特徴と する請求の範囲６記載の装置。 ９．第一空気流制御要素（７）及び第二部分（４２）初端の直後に逃散空気／新 鮮空気熱交換器（２１）が設けてあり、新鮮空気路（２２）から可制御パイパス 管（２３）が分岐し、これが逃散空気／新鮮空気熱交換器（２１）を第二部分（ ４２）へと橋絡することを特徴とする請求の範囲８記載の装置。 １０．第一部分（４１）内または給気路（３６）内に付加的ファン（５、２６） が配置してあることを特徴とする請求の範囲８又は９のいずれか記載の装置。 １１．車内（１）への入口の直前で第三部分（４３）内に空気混合室（１１）が 配置してあり、これに冷気導管（１０）が注ぎ、空気混合室（１１）内に配置し てある調整要素が第二空気流制御要素（８）からくる空気流分と冷気導管（１２ ）からくる空気流分とを調節し、好ましくは冷気導管（１２）内にファン（１４ ）と蒸発器または蒸発冷却器（４５）が配置してあることを特徴とする請求の範 囲８〜１０のいずれか１項記載の装置。 １２．空気案内路（４、１００）内に冷媒回路（１０３）の蒸発器（３１、１０ １）の下手にまず可制御流量分配器（２９、９８）が、そしてその後段に可制御 新鮮空気入口（３６）が配置してあることを特徴とする請求の範囲８記載の措置 。 １３．第一部分（４１）と第二部分（４２）との間に空気案内路（４）の第四部 分（４４）が形成してありまたそのなかに蒸発器（３１）が配置してあり、第二 部分（４２）内に凝縮機（３２）が設けてあり、これが新鮮空気入口（３６）の 下手にあることを特徴とする請求の範囲１２記載の装置。 １４．冷媒回路（１０３）の凝縮器（１０２）が駆動構成要素（８７、８８、９ ４）用冷却回路（１６）に組み入れてあることを特徴とする請求の範囲１２記載 の装置。 １５．流量分配器（２９）が凝縮器（３２）に通じた出口を補足して更に別の２ 個の出口を有し、そのうち一方が周囲空気に通じ、他方の出口には凝縮器（３２ ）及び熱交換器（９）を迂回するバイパス（３７）が接続してあることを特徴と する請求の範囲１３記載の装置。 １６．別の熱源、好ましくは電気補助ヒータ（１、２８、１０５）が設けてあり 、これが第三部分（４３）内又は給気口（２、９２）の直前に配置してあること を特徴とする請求の範囲８〜１５のいずれか１項記載の装置。 １７．冷凍モジュール（６０）が設けてあり、これが蒸発器（６４）と凝縮器（ ６２）とを含み、両者がそれぞれ分離した分岐流路内に冷却回路の冷媒で負荷さ れ、各分岐流路内に冷媒／空気熱交換器（４０、５０又は７４、７５、７６）が 配置してあり又バルブ手段（６６、６７又は７１）が設けてあり、該手段は分岐 流路の少なくとも一方を切り換えて選択的に熱交換器（４０、５０又は７４，７ ５）に貫流させることを特徴とする請求の範囲５〜７のいずれか１項記載の装置 。 １８．第二冷媒ポンプ（６９）が設けてあり、第一冷媒ポンプ（６８）は原動機 及びバッテリユニットを冷却する分岐流路内に設けてあり、該流路内に凝縮器（ ６２）もあり、そして第二冷媒ポンプ（６９）は蒸発器（６４）を負荷する分岐 流路内に設けてあることを特徴とする請求の範囲１７記載の装置。 １９．バルブ手段が両熱交換器（４０、５０）の入り口側に設けた第一４ポート ２位置切換弁（６６）と両熱交換器（４０、５０）の出口に設けた第二４ポート ２位置切換弁（６７）とを含むことを特徴とする請求の範囲１７又は１８記載の 装置。 ２０．蒸発器（６４）と第一４ポート２位置切換弁（６６）との間の分岐流路内 に蓄冷器（８５）が、そして駆動装置（５９）と第一４ポート２位置切換弁（６ ６）との間の分岐流路内に蓄熱器及び／又は補助ヒータ（６５）が配置してある ことを特徴とする請求の範囲１９記載の装置。 ２１．冷却回路（１６）内又は連絡導管（５８）内に少なくとも１個の３ポート ２位置切換弁（７１、１１０、１１０′）が設けてあり、これが選択的に２個の 熱交換器（７４、７５又は９９、１０７）の一方を冷却回路（１６）と接続する ことを特徴とする請求の範囲７記載の装置。 ２２．各熱交換器（７４、７５、９９、１０７）に付属してファン（４５、４６ 、９６、１０８）が設けてあり、その出力が互いに独自に制御可能であることを 特徴とする請求の範囲７又は２１記載の装置。