特表 2023-548214 車両用の冷暖房システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-15

(54)【発明の名称】車両用の冷暖房システム

(51)【国際特許分類】

   B60H 1/22 20060101AFI20231108BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20231108BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20231108BHJP

   B60K 11/04 20060101ALI20231108BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20231108BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20231108BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

B60H1/22 651A

B60H1/22 671

B60H1/22 ZHV

B60H1/22 ZAB

F25B1/00 397Z

B60K1/04 Z

B60K11/04 G

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/615

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023527222

(86)(22)【出願日】2021-11-04

(85)【翻訳文提出日】2023-06-21

(86)【国際出願番号】 EP2021080674

(87)【国際公開番号】W WO2022096595

(87)【国際公開日】2022-05-12

(31)【優先権主張番号】102020129328.3

(32)【優先日】2020-11-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523152374

【氏名又は名称】ラインメタル インヴェント ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(72)【発明者】

【氏名】ヴェネチアーノ キャメロ

(72)【発明者】

【氏名】ザイキン グレブ

(72)【発明者】

【氏名】ハッセル カール＝ハインツ

(72)【発明者】

【氏名】カイザー カミル

【テーマコード（参考）】

3D038

3D235

3L211

5H031

【Ｆターム（参考）】

3D038AA10

3D038AB01

3D038AC01

3D038AC22

3D235AA01

3D235BB36

3D235BB45

3D235CC15

3D235CC32

3D235FF25

3D235FF38

3D235FF43

3L211AA06

3L211AA08

3L211AA10

3L211AA11

3L211BA01

3L211BA27

3L211CA14

3L211CA15

3L211DA26

3L211DA28

3L211GA26

5H031KK08

(57)【要約】

車両（１）用の冷暖房システム（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）は、冷媒回路（７）を含む加熱及び冷却モジュール（６）と、冷媒回路（７）に流体接続され、車両（１）の車室（３）の温度調節を行うための冷媒－空気熱交換器（２２）と、を備え、冷媒－空気熱交換器（２２）は、加熱及び冷却モジュール（６）の外側に設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両（１）用の冷暖房システム（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）であって、
冷媒回路（７）を含む加熱及び冷却モジュール（６）と、
前記冷媒回路（７）に流体接続され、前記車両（１）の車室（３）の温度調節を行うための冷媒－空気熱交換器（２２）と、を備え、
前記冷媒－空気熱交換器（２２）は、前記加熱及び冷却モジュール（６）の外側に設けられている、冷暖房システム（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）。

【請求項2】

前記加熱及び冷却モジュール（６）は、前記加熱及び冷却モジュール（６）がヒートポンプとして動作する第１の切替位置（Ｚ１）から、前記加熱及び冷却モジュール（６）が冷蔵装置として動作する第２の切替位置（Ｚ２）に切替可能、かつ、その逆に切替可能な逆転弁（１０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の冷暖房システム。

【請求項3】

前記冷媒－空気熱交換器（２２）は、前記第１の切替位置（Ｚ１）では、前記車室（３）を暖房するための凝縮器として機能し、前記第２の切替位置（Ｚ２）では、前記車室（３）を冷房するための蒸発器として機能することを特徴とする、請求項２に記載の冷暖房システム。

【請求項4】

第１の冷媒－冷却剤熱交換器（１３）によって、前記冷媒回路（７）と熱伝達状態にある第１の冷却剤循環回路（１４）であって、前記第１の冷媒－冷却剤熱交換器（１３）は、前記第１の切替位置（Ｚ１）では凝縮器として動作し前記第２の切替位置（Ｚ２）では蒸発器として動作する、第１の冷却剤循環回路（１４）を特徴とする、請求項２又は３に記載の冷暖房システム。

【請求項5】

前記車室（３）の温度調節を行うための第１の冷却剤－空気熱交換器（５０）であって、前記第１の冷却剤循環回路（１４）と流体連通している第１の冷却剤－空気熱交換器（５０）を特徴とする、請求項４に記載の冷暖房システム。

【請求項6】

前記冷媒－空気熱交換器（２２）は、第１の冷却剤－空気熱交換器（５０）の上流に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の冷暖房システム。

【請求項7】

第２の冷媒－冷却剤熱交換器（３７）によって、前記冷媒回路（７）と熱伝達状態にある第２の冷却剤循環回路（３８）であって、前記第２の冷媒－冷却剤熱交換器（３７）は、前記第１の切替位置（Ｚ１）では蒸発器として動作し前記第２の切替位置（Ｚ２）では凝縮器として動作する、第２の冷却剤循環回路（３８）を特徴とする、請求項２～６のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項8】

前記車室（３）の温度調節を行うための第２の冷却剤－空気熱交換器（４７）であって、前記第２の冷却剤循環回路（３８）と流体連通している第２の冷却剤－空気熱交換器（４７）を特徴とする、請求項７に記載の冷暖房システム。

【請求項9】

前記冷媒－空気熱交換器（２２）は、前記第２の冷却剤－空気熱交換器（４７）の上流に接続されていることを特徴とする、請求項８に記載の冷暖房システム。

【請求項10】

前記第２の冷却剤循環回路（３８）は、前記冷暖房システム（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）の周囲（Ｕ）に熱を放出すると共に、前記冷暖房システム（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）の周囲（Ｕ）から熱を受容するための冷却剤－空気熱交換器（４０）を含むことを特徴とする、請求項７から９のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項11】

前記加熱及び冷却モジュール（６）から延びる導管（２１，２７）であって、前記冷媒－空気熱交換器（２２）は、前記導管（２１，２７）によって前記冷媒回路（７）と流体連通している、導管（２１，２７）を特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項12】

前記加熱及び冷却モジュール（６）は、ブロック形状を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか１項に記載の冷暖房システム（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）を備える車両（１）、具体的には電気自動車又はハイブリッド自動車であって、前記冷媒－空気熱交換器（２２）が前記車室（３）の中又は前記車室（３）に接して設けられる、車両（１）。

【請求項14】

前記加熱及び冷却モジュール（６）は、前記車両（１）のエンジン室（５）の中又は前記エンジン室（５）に接して設けられることを特徴とする、請求項１３に記載の車両。

【請求項15】

蓄電池（１６）及び／又は駆動部品（４１，４２）であって、前記冷暖房システム（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）が、前記蓄電池（１６）及び／又は前記駆動部品（４１，４２）の温度調節を行うように構成されている、蓄電池（１６）及び／又は駆動部品（４１，４２）を特徴とする、請求項１３又は１４に記載の車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用の冷暖房システム、並びに、このような冷暖房システムを備える車両、具体的には電気自動車又はハイブリッド自動車に関する。

【背景技術】

【0002】

自社の研究結果によれば、電動車両は、冷媒回路がヒートポンプ及び／又は冷却器として動作し得る冷暖房システムを備えることができる。このために、冷媒回路は、少なくとも、圧縮器、凝縮器、蒸発器、及び、膨張装置を含む。このような冷暖房システムの利点は、電動車両の個々の熱源及び放熱板を相互接続すると共に利用することによって、車室の温度調節が可能な点にある。

【0003】

しかしながら、純粋な電気駆動やハイブリッド駆動の電動車両においては、このような熱源及び放熱板は、車室の温度調節には使用できない、又は、限られた範囲でしか使用できない。この設計に関連する欠点は、例えば、外部温度が低いことにより冷暖房システムの一部が凍結して冷暖房システムが利用できないといった、環境の影響によってさらに悪化し得る。さらに、電動車両では、車室だけでなく様々な車両構成部材の温度を調節して、規定の温度範囲が維持されるようにする必要があり得る。

【0004】

ドイツ国特許出願公開第１０ ２０１３ １０９ ６６６ Ａ１号には、ヒートポンプ及び／又は冷却器として設計された冷媒回路を備える電動車両用の冷暖房システムが記載されている。この冷媒回路は、冷媒が流れることが可能な少なくとも１つの主配管、圧縮器、凝縮器、蒸発器、及び、少なくとも１つの膨張装置を有している。凝縮器は、第１の冷却剤循環回路に連結可能であり、蒸発器は第２の冷却剤循環回路に連結可能である。こうすることによって、冷媒回路の蒸発器を迂回可能である。

【発明の概要】

【0005】

この背景に対して、本発明の一課題は、改善された車両用の冷暖房システムを提供することにある。

【0006】

したがって、車両用の冷暖房システムが提案される。この冷暖房システムは、冷媒回路を含む加熱及び冷却モジュールと、冷媒回路に流体接続され、車両の車室の温度調節を行うための冷媒－空気熱交換器と、を備え、冷媒－空気熱交換器は、加熱及び冷却モジュールの外側に設けられている。

【0007】

冷媒－空気熱交換器が加熱及び冷却モジュールの外側に設けられているので、これを、直接、車室の中や車室に接して配置することが可能である。これによって例えば、冷媒回路から、車室に流れ込む空気流への直接の熱伝達が可能になる。冷媒回路と車室との間に接続された、冷媒－冷却剤熱交換器及び冷却剤－空気熱交換器を備える冷却剤循環回路を用いたさらなる熱伝達は、省くことが可能である。これによって、冷暖房システムの効率が高くなる。互いに間隔を置いて配置された部品を備える構成の代わりに、この小型の加熱及び冷却モジュールを使用することにより、必要な冷媒の量を低減可能である。これは、例えば環境保護の理由からも好都合である。

【0008】

冷暖房システムは、熱管理システムと呼ぶこともできる。冷暖房システムは、車室、及び、例えば蓄電池又は駆動エンジンといった車両のさらなる部品の両方の温度調節を行うことに特に適している。冷暖房システムは、空調システム、具体的には自動空調システムの一部であり得る。この文脈では、「温度調節を行う」とは、必要に応じて冷房及び／又は暖房を行うことを意味していると理解され得る。車両は、好ましくは、電動車両、具体的には電気自動車又はハイブリッド自動車である。

【0009】

「加熱及び冷却モジュール」、又は、より一般的に「モジュール」若しくは「モジュール構造」とは、具体的には、加熱及び冷却モジュールの全ての部品、例えば、圧縮器、導管、絞り弁、弁、熱交換器等が、可能な限り狭い空間に可能な限り小型に配置された、小型かつ空間最適化された構成として理解されたい。これは、例えば導管を可能な限り短くすることができることを意味しており、必要な冷媒の量を低減することに繋がる。

【0010】

具体的には、小型の加熱及び冷却モジュールはブロック形状、好ましくは直方体若しくは立方形状、又は、円筒形状を有している。つまり、加熱及び冷却モジュールは、ブロック形又は円筒形の取付空間を埋める。したがって、加熱及び冷却モジュールは、好ましくは部品又はアセンブリとして車両に取付可能なユニットを形成する。このような加熱及び冷却モジュールとは異なり、冷暖房システムの個々の部品が、車両の任意の位置で互いに間隔を置いて配置された構成も想定可能である。後者の場合は、小型でモジュール式の構造とはならない。

【0011】

冷媒回路は、好ましくは、冷媒が循環する閉回路である。冷媒は、冷暖房システムの一部であり得る。「冷媒」は、冷却物からのエンタルピーを周囲に移送する。「冷却剤」との違いは、冷媒回路内の冷媒は、エンタルピーを温度勾配に沿って移送可能であるため、供給されたエネルギーの消費により周囲温度が冷却対象の温度よりもさらに高くなり得るが、反対に冷却剤は、冷却剤循環回路中のエンタルピーを温度勾配に反して、より低い温度の地点まで移送することだけが可能な点である。例えば、冷媒は、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（Ｒ－１３４ａ）であり得る。しかしながら、他の冷媒を使用してもよい。例えば、水を冷却剤として使用してもよい。

【0012】

冷媒－空気熱交換器が冷媒回路と「流体連通している」ということは、特に本件では、冷媒が冷媒－空気熱交換器から冷媒回路まで流れること、及び、その逆が可能であることを意味している。この文脈において、「冷媒－空気熱交換器」とは、熱を冷媒から直接空気に、及び、その逆方向に伝達することに適した熱交換器を指す。冷媒と空気とは、互いに直接接触しない。

【0013】

冷媒－空気熱交換器が加熱及び冷却モジュールの「外側」に位置している、配置されている、又は、設けられているとは、特に本件では、冷媒－空気熱交換器が、加熱及び冷却モジュールによって境界が定められている空間又は取付空間の内側に配置されておらず、その外側に配置されていることを意味している。つまり、冷媒－空気熱交換器は、好ましくは、加熱及び冷却モジュールから距離を置いて位置している又は配置されている。

【0014】

したがって、例えば、冷媒－空気熱交換器は、車室の中又はこれに接して配置されてもよく、加熱及び冷却モジュールは、車両のエンジン室の中又はこれに接して配置されてもよい。加熱及び冷却モジュールは、カバー又はハウジングを含むことができる。この場合、冷媒－空気熱交換器は、カバーの外側、又は、ハウジングの外側に配置、設置、又は、提供されていることが好ましい。

【0015】

一実施形態によれば、加熱及び冷却モジュールは、加熱及び冷却モジュールがヒートポンプとして動作する第１の切替位置から、加熱及び冷却モジュールが冷蔵装置として動作する第２の切替位置に、かつ、その逆に切替可能な逆転弁を含む。

【0016】

好ましくは、逆転弁は、自動的に切替可能である。逆転弁によって、具体的には、冷媒回路における冷媒の流れ反転が実現され得る。この文脈において、「ヒートポンプ」とは、具体的には圧縮器による技術的作用を用いて、より低温のリザーバから熱エネルギーを吸収し、駆動エネルギーと共に、その熱を利用可能な熱として、より高い温度で加熱されるシステムに伝達する装置又は機械であると理解されたい。これによって、冷暖房システムは、特に省エネルギーで動作可能となる。「冷蔵装置」又は「冷蔵機械」は、熱エネルギーをより冷たい冷却対象の位置からより暖かい周囲に輸送するために、圧縮器を使用する。したがって、冷蔵装置は、ヒートポンプの逆の機能を有している。

【0017】

他の一実施形態によれば、冷媒－空気熱交換器は、第１の切替位置では、車室を暖房するための凝縮器として機能し、第２の切替位置では、車室を冷房するための蒸発器として機能する。

【0018】

第１の切替位置では、冷媒は、車室又は車室に流入する空気に熱を放散するために、冷媒－空気熱交換器において液化する。換言すると、車室は暖房される。第２の切替位置では、冷媒－空気熱交換器内の冷媒は、車室又は車室に流入する空気からの熱を吸収するために蒸発する。換言すると、車室は冷房される。

【0019】

他の一実施形態によれば、冷暖房システムは、第１の冷媒－冷却剤熱交換器によって、冷媒回路と熱伝達状態にある第１の冷却剤循環回路をさらに含む。第１の冷媒－冷却剤熱交換器は、第１の切替位置では凝縮器として動作し第２の切替位置では蒸発器として動作する。

【0020】

冷却剤、例えば水は、冷却剤循環回路内を循環する。「冷媒－冷却剤熱交換器」とは、熱を冷媒から冷却剤に、及び、その逆方向に伝達することに適した熱交換器を意味するものと理解されたい。これに関して、冷媒と冷却剤とは、互いに直接接触しない。第１の冷媒－冷却剤熱交換器が冷媒回路と「熱伝達状態」にあるとは、本件では、第１の冷媒－冷却剤熱交換器又は第１の冷却剤循環回路が熱を冷媒回路に伝達すること、又は、その逆で、冷媒回路が熱を第１の冷媒－冷却剤熱交換器又は第１の冷却剤循環回路に伝達することを意味している。

【0021】

他の一実施形態によれば、冷暖房システムは、車室の温度調節を行うための第１の冷却剤－空気熱交換器であって、第１の冷却剤循環回路と流体連通している第１の冷却剤－空気熱交換器をさらに備える。

【0022】

「冷却剤－空気熱交換器」とは、熱を冷却剤から空気に、及び、その逆に伝達することに適した熱交換器を意味するものと理解されたい。冷却剤と空気とは互いに直接接触しない。第１の冷却剤－空気熱交換器によって、車室を冷房又は暖房することが可能である。第１の冷却剤－空気熱交換器が第１の冷却剤循環回路に流体接続されているとは、具体的には、第１の冷却剤－空気熱交換器が第１の冷却剤循環回路の一部であることを意味している。

【0023】

他の一実施形態によれば、冷媒－空気熱交換器は、第１の冷却剤－空気熱交換器の上流に接続されている。

【0024】

この文脈において、「上流」又は「先行して」とは、車室に入る空気流に沿った表現であると見なされることを意味している。したがって、第１の冷却剤－空気熱交換器は、冷媒－空気熱交換器の下流に配置されている。冷媒－空気熱交換器が空気流を冷却する場合、第１の冷却剤－空気熱交換器は、この空気流を再加熱する。具体的には、第１の冷却剤－空気熱交換器は、空気流を乾燥させるように機能し、車両の窓ガラスの曇りを取るために使用され得る。

【0025】

他の一実施形態によれば、冷暖房システムは、第２の冷媒－冷却剤熱交換器によって、冷媒回路と熱伝達状態にある第２の冷却剤循環回路をさらに備える。第２の冷媒－冷却剤熱交換器は、第１の切替位置では蒸発器として動作し第２の切替位置では凝縮器として動作する。

【0026】

具体的には、冷却剤循環回路の数は任意である。第２の冷却剤循環回路は、冷却剤、具体的には水で充填されている。第２の冷媒－冷却剤熱交換器が冷媒回路と「熱伝達状態」にあるとは、本件では、第２の冷媒－冷却剤熱交換器又は第２の冷却剤循環回路が、熱を冷媒回路に伝達するか、又は、その逆で、冷媒回路が熱を第２の冷媒－冷却剤熱交換器又は第２の冷却剤循環回路に伝達することを意味している。

【0027】

他の一実施形態によれば、冷暖房システムは、車室の温度調節を行うための第２の冷却剤－空気熱交換器であって、第２の冷却剤循環回路と流体連通している第２の冷却剤－空気熱交換器をさらに備える。

【0028】

第２の冷却剤－空気熱交換器によって、車室を暖房又は冷房することが可能である。第２の冷却剤－空気熱交換器が第２の冷却剤循環回路に流体接続されているとは、具体的には、第２の冷却剤－空気熱交換器が第２の冷却剤循環回路の一部であることを意味している。

【0029】

他の一実施形態によれば、冷媒－空気熱交換器は、第２の冷却剤－空気熱交換器の上流に接続されている。

【0030】

上述のように、「上流」とは、車室に入る空気流に沿った表現であると見なされることを意味している。したがって、第２の冷却剤－空気熱交換器は、冷媒－空気熱交換器の下流に配置されている。

【0031】

他の一実施形態によれば、第２の冷却剤循環回路は、冷暖房システムの周囲に熱を放出すると共に、冷暖房システムの周囲から熱を受容するための冷却剤－空気熱交換器を含む。

【0032】

第１の冷却剤循環回路は、類似の冷却剤－空気熱交換器を備えていてもよい。例えば、車両の駆動部品からの廃熱を、冷却剤－空気熱交換器を介して周囲に放散させることが可能である。

【0033】

他の一実施形態によれば、冷暖房システムは、加熱及び冷却モジュールから延びる導管をさらに備え、冷媒－空気熱交換器は、この導管によって冷媒回路と流体連通している。

【0034】

導管は、柔軟ホース又は非柔軟チューブであり得る。例えば、加熱及び冷却モジュールは、エンジン室の中又はそれに接して取付られており、冷媒－空気熱交換器は、車室の中又はそれに接して取付られている。この場合、導管は、エンジン室から車室まで導かれる。導管は、導管内で消費される冷媒の量を最小化するように、可能な限り短く選択される。

【0035】

他の一実施形態によれば、加熱及び冷却モジュールはブロック形状を有する。

【0036】

上述のように、「ブロック形状」とは、例えば、直方形状、立方形状、又は、円筒形状であると理解され得る。したがって、加熱及び冷却モジュールは、加熱及び冷却モジュールの外側に配置された冷媒－空気熱交換器を除いて、加熱及び冷却モジュールの全ての部品が収容された小型のモジュールとして、規定のブロック形状の取付空間を埋める。加熱及び冷却モジュールを、単一の部品又はアセンブリとしてモジュール式に、車両に取付てもよい。

【0037】

車両、具体的には、電気自動車又はハイブリッド自動車がさらに提案される。車両は、上述のような冷暖房システムを含み、冷媒－空気熱交換器は、車室の中又はこれに接して設けられる。

【0038】

「車室の中又はこれに接して」という表現には、具体的には、車両のダッシュボード又は他のトリム部品又はハウジング、具体的には車室の上又は下の領域も含まれ、これによって、冷媒－空気熱交換器が車室から視認できないようになっていることが好ましい。車両は、好ましくは電動車両、具体的には電気自動車又はハイブリッド自動車である。しかしながら、車両は、商用車、例えばトラックであってもよい。さらに、車両は、飛行機、船、又は、鉄道車両であってもよい。好ましくは、車両は、車両の車室を区切る又は包囲する車体を含む。

【0039】

一実施形態によれば、加熱及び冷却モジュールは、車両のエンジン室の中又はこれに接して設けられる。

【0040】

加熱及び冷却モジュールは、その小型のモジュール式の設計により、エンジン室の中に容易かつ好適に取付可能である。

【0041】

他の一実施形態によれば、車両は、蓄電池及び／又は駆動部品をさらに備え、冷暖房システムは、蓄電池及び／又は駆動部品の温度調節を行うように構成されている。

【0042】

駆動部品は、駆動モータ、具体的には電気モータ、変速機等を含んでいてもよい。

【0043】

提案した冷暖房システムについて記載した実施形態及び特徴は、変更すべきところは変更して、提案した車両に適用可能であり、その逆もまた可能である。

【0044】

ここで使用されるように「１つ」とは、必ずしも正確に１つの要素に限定されるものと理解すべきではない。むしろ、例えば２つ、３つ、又は、それ以上といった多数の要素が設けられていてもよい。また、ここで使用される、数に関連する他の用語は、要素の数を正確にその数に限定するものとして理解すべきではない。むしろ、特に記載が無い限り、それよりも多い数や少ない数といった様々な数が可能である。

【0045】

冷暖房システム及び／又は車両の可能なさらなる実施形態は、明確には言及していないが、実施形態を参照して既述した又は以下に記載する特徴又は実施形態の組み合わせを含んでもよい。これに関して、当業者であれば、個々の態様を、改善案又は追加案として、冷暖房システム及び／又は車両の各基本形態に追加するであろう。

【0046】

冷暖房システム及び／又は車両の有効なさらなる実施形態及び態様は、以下に記載する冷暖房システム及び／又は車両の従属請求項及び実施形態の対象である。以下に、冷暖房システム及び／又は車両について、添付の図面を参照しつつ、好ましい実施形態に基づきより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】車両の一実施形態を示す概略図である。

【図2】図１の車両用の冷暖房システムの一実施形態を示す概略図である。

【図3】図２の冷暖房システムを示す別の概略図である。

【図4】図１の車両用の冷暖房システムのさらなる一実施形態を示す概略図である。

【図5】図１の車両用の冷暖房システムのさらなる一実施形態を示す概略図である。

【図6】図１の車両用の冷暖房システムのさらなる一実施形態を示す概略図である。

【0048】

図面では、特に記載が無い限り、同一又は機能的に同じ要素には同一の参照符号を付した。

【発明を実施するための形態】

【0049】

図１は、車両１の一実施形態を示す概略図である。車両１は電動車両、具体的には電気自動車又はハイブリッド自動車である。しかしながら、車両１は、商用車、例えばトラックであってもよい。また、車両１は、飛行機、船、又は、鉄道車両であってもよい。しかしながら、以下では、車両１は電動車両であると見なすことにする。

【0050】

車両１は、車両１の客室又は車室３を包囲する車体２を含む。車室３は、運転手及び乗客を含み得る。車両１は、車室３、及び、エンジン、具体的には電気モータ又は蓄電池といった車両部品の温度調節を行うための冷暖房システム４Ａをさらに含む。

【0051】

この文脈において、「温度調節を行う」とは、冷房及び／又は暖房を行うことを意味するものと理解される。冷暖房システム４Ａは、熱管理システムと呼ぶこともできる。つまり、「冷暖房システム」及び「熱管理システム」という用語は、所望のように置き換えて使用してもよい。冷暖房システム４Ａは、少なくとも部分的に車両１のエンジン室５に収容される。

【0052】

図２は、上述の冷暖房システム４Ａの一実施形態を示す概略図である。冷暖房システム４Ａは、例えば車両１のエンジン室５に収容された小型の加熱及び冷却モジュール６を含む。加熱及び冷却モジュール６は、冷媒Ｋが循環する冷媒回路７を含む。冷媒Ｋは、１，１，１，２－テトラフルオロエタン（Ｒ－１３４ａ）であり得る。

【0053】

「冷媒」は、冷却物からのエンタルピーを周囲に移送する。「冷却剤」との違いは、冷媒は、エンタルピーを冷媒回路内の温度勾配に沿って移送可能であるため、供給されたエネルギーの消費により周囲温度が冷却対象の温度よりもさらに高くなり得るが、反対に冷却剤は、冷却剤循環回路中のエンタルピーを温度勾配に反して、より低い温度の地点まで移送することだけが可能な点である。

【0054】

冷媒回路７は、モータ９によって駆動される圧縮器８を含む。圧縮器８の下流には、逆転弁１０が設けられている。図２では、逆転弁１０は、第１の切替位置Ｚ１にある。逆転弁１０によって、冷媒回路７における冷媒Ｋの流れ方向を逆転させることができる。圧縮器８は、導管１１を介して逆転弁１０に流体連通されている。導管１２は、逆転弁１０から第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３まで繋がっている。

【0055】

第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３を介して、第１の冷却剤循環回路１４が、冷媒回路７と熱交換状態にある。冷却剤Ｋ１、例えば水が、第１の冷却剤循環回路１４内を循環する。第１の冷却剤循環回路１４は、ポンプ１５を備え、例えば、第１の冷却剤循環回路１４は、車両１の電池又は蓄電池１６から熱を除去するように構成されている。

【0056】

第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３の下流には、膨張装置１７が設けられている。膨張装置１７は、絞り弁１８と、絞り弁１８の上流に接続された逆止め弁１９と、絞り弁１８及び逆止め弁１９に並列接続されたさらなる逆止め弁２０と、を含む。

【0057】

膨張装置１７の下流において、導管２１が冷媒－空気熱交換器２２に繋がっている。冷媒－空気熱交換器２２は、室内熱交換器である。冷媒－空気熱交換器２２の上流には、膨張装置２３が接続されている。膨張装置２３は、絞り弁２４と、絞り弁２４の上流に接続された逆止め弁２５と、絞り弁２４及び逆止め弁２５に並列接続された逆止め弁２６とを含む。

【0058】

冷媒－空気熱交換器２２は、加熱及び冷却モジュール６の外側に設けられる。具体的には、冷媒－空気熱交換器２２は、エンジン室５の外側に配置される。冷媒－空気熱交換器２２は、車室３に配置されていてもよい。冷媒－空気熱交換器２２から、導管２７が、導管１２に戻るように導かれており、逆転弁１０と第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３との間の導管１２の中に開口している。

【0059】

導管２１から、導管２８が分岐しており、冷媒－冷媒熱交換器２９に繋がっている。導管２８は、冷媒－冷媒熱交換器２９を通って延びているか、又は、冷媒－冷媒熱交換器２９の一部である。

【0060】

冷媒－冷媒熱交換器２９の下流には、膨張装置３０が接続されている。膨張装置３０は、逆止め弁３１と、逆止め弁３１に直列接続された絞り弁３２とを含む。膨張装置３０はさらに、別の逆止め弁３３と、逆止め弁３３に直列接続された絞り弁３４とを含む。逆止め弁３３及び絞り弁３４は、逆止め弁３１及び絞り弁３２に並列接続されている。膨張装置３０は、逆止め弁３１、３３に並列接続された逆止め弁３５をさらに含む。

【0061】

導管３６が、膨張装置３０から逆転弁１０に繋がっており、第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７が、導管３６上に設けられている。第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７は、冷媒回路７と第２の冷却剤循環回路３８との間の熱伝達を可能にする。冷却剤Ｋ２が、第２の冷却剤循環回路３８内を循環する。冷却剤Ｋ２は水であり得る。

【0062】

第２の冷却剤循環回路３８は、ポンプ３９及び冷却剤－空気熱交換器４０を含む。第２の冷却剤循環回路３８を用いて、車両１の駆動部品４１、４２からの熱を除去することができる。駆動部品４１、４２は、例えば、駆動モータ、ドライブトレイン、及び／又は、電子部品を含むことができる。

【0063】

任意選択によるバイパス導管４３が、絞り弁３２から導管３６に繋がっている。バイパス導管４３を用いることによって、第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７を迂回することが可能である。バイパス導管４３は、第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７と逆転弁１０との間の導管３６の中に開口している。

【0064】

導管４４が、逆転弁１０から回収装置４５まで繋がっている。導管４６が、回収装置４５から逆転弁１０まで戻るように延びている。導管４６は、冷媒－冷媒熱交換器２９を通って延びているか、又は、冷媒－冷媒熱交換器２９の一部である。

【0065】

任意選択により、冷暖房システム４Ａは、導管４８、４９により第２の冷却剤循環回路３８に流体連通された冷却剤－空気熱交換器４７を含んでいてもよい。冷却剤－空気熱交換器４７は、室内熱交換器である。冷却剤－空気熱交換器４７は、好ましくは、車室３の内部に配置される。

【0066】

図２は、暖房モードにある冷暖房システム４Ａを示している。このモードでは、冷媒－空気熱交換器２２が凝縮器として機能し、車室３を暖房する。上述のように、逆転弁１０は、その第１の切替位置Ｚ１にある。冷媒回路７は、ヒートポンプとして動作される。このために、冷媒Ｋが、圧縮器８から逆転弁１０及び導管１２を介して第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３まで送られる。第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３は、凝縮器として機能する。第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３において、冷媒Ｋは、熱を第１の冷却剤循環回路１４に伝達することが可能である。

【0067】

その後、冷却された冷媒Ｋは、膨張装置１７の逆止め弁２０、導管２１、及び、導管２１から分岐した導管２８を介して、冷媒－冷媒熱交換器２９に供給される。冷媒－冷媒熱交換器２９によって、冷媒Ｋは冷媒Ｋの反流に熱を伝達できる。続いて、冷媒Ｋは、膨張装置３０の絞り弁３４に搬送され、これによって冷媒Ｋの圧力は低減する。絞り弁３４の下流において、冷媒Ｋは、蒸発器として機能する第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７に到達する。第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７において、冷媒Ｋは、第２の冷却剤循環回路３８からの熱を吸収することが可能である。

【0068】

冷媒Ｋは、その後、導管３６及び逆転弁１０を通過して、冷媒Ｋが格納され得る回収装置４５の中に達する。回収装置４５から、回収装置４５の下流に配置された冷媒－冷媒熱交換器２９を介して、一時的に格納された冷媒Ｋを圧縮器８に供給可能である。冷媒－冷媒熱交換器２９では、冷媒Ｋは、冷媒Ｋの反流から熱を吸収することが可能である。圧縮器８を通って、冷媒Ｋは再び、導管１２に供給される。

【0069】

第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３の上流において、導管２７が導管１２から分岐しており、冷媒Ｋを冷媒－空気熱交換器２２に供給する。これによって、冷媒－空気熱交換器２２は、凝縮器として機能するので、冷媒Ｋからの熱を、車室３に流入する空気流Ｌに放散可能である。冷媒Ｋは、膨張装置２３の逆止め弁２６を介して導管２１に戻る。

【0070】

任意選択による冷却剤－空気熱交換器４７によって、第２の冷却剤循環回路３８からの熱を、車室３内の空気流Ｌに伝達可能である。冷却剤－空気熱交換器４７は、空気流Ｌの流れ方向における冷媒－空気熱交換器２２の下流に配置されている。

【0071】

バイパス導管４３を用いることによって、第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７を迂回してもよい。このために、切替弁が設けられていてもよい。これによって、冷媒Ｋが第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７を通って流れないので、第２の冷却剤循環回路３８は、動作不能となり得る。あるいは、第２の冷却剤循環回路３８が別個に動作されてもよい。

【0072】

図３は、冷房モードにある冷暖房システム４Ａを示している。このモードでは、冷媒－空気熱交換器２２が蒸発器として機能し、車室３を冷房する。このために、逆転弁１０を、第１の切替位置Ｚ１とは異なる第２の切替位置Ｚ２に移行させる。冷房モードでは、冷暖房システム４Ａは、冷蔵装置として動作される。このために、冷媒Ｋが、圧縮器８から逆転弁１０及び導管３６を介して第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７に供給される。第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７は、冷房モードでは凝縮器として機能する。これによって、冷媒Ｋは、第２の冷却剤循環回路３８に熱を放出する。例えば、熱は、冷却剤－空気熱交換器４０を介して、冷暖房システム４Ａの周囲Ｕに伝達され得る。

【0073】

第２の冷媒－冷却剤熱交換器３７によって冷却された冷媒Ｋは、導管３６、膨張装置３０の逆止め弁３５、及び、導管２８を通って冷媒－冷媒熱交換器２９に供給され、これによって、冷媒Ｋは、冷媒Ｋの反流にさらなる熱を与えることが可能である。続いて、冷媒Ｋは、膨張装置１７の逆止め弁１９と、冷媒Ｋの圧力を低減する絞り弁１８とを介して、第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３に供給される。第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３は蒸発器として機能するので、第１の冷媒－冷却剤熱交換器１３内の冷媒Ｋは、第１の冷却剤循環回路１４からの熱を吸収することが可能である。

【0074】

冷媒Ｋは、導管１２を介して逆転弁１０に戻り、そこから回収装置４５に達する。回収装置４５から搬送された冷媒Ｋは、冷媒Ｋが圧縮器８に戻る前に、冷媒Ｋの反流からの熱を、冷媒－冷媒熱交換器２９を介して吸収することが可能である。

【0075】

冷媒－空気熱交換器２２には、冷媒Ｋが、導管２１や、膨張装置２３の逆止め弁２５及び絞り弁２４を介して供給される。冷媒－空気熱交換器２２は、蒸発器として機能するので、車室３を冷房するために、空気流Ｌからの熱を吸収することが可能である。冷媒－空気熱交換器２２において加熱された冷媒Ｋは、導管２７を介して導管１２に戻る。

【0076】

冷却剤－空気熱交換器４７は、凝縮器として機能してもよく、冷媒－空気熱交換器２２によって冷却された空気流Ｌが再加熱される。これは、空気流Ｌを脱湿する効果を有する。この効果を、例えば窓ガラスの曇り止めに使用できる。

【0077】

図４は、さらなる一実施形態の冷暖房システム４Ｂを示す概略図である。冷暖房システム４Ｂは、第１の冷却剤循環回路１４に流体連通されたさらなる冷却剤－空気熱交換器５０が備えられている点を除いて、冷暖房システム４Ａとほぼ同じである。導管５１、５２が、このために設けられている。

【0078】

冷却剤－空気熱交換器５０は、第１の冷却剤循環回路１４に関連付けられているので、第１の冷却剤－空気熱交換器とも呼ばれる。また、冷却剤－空気熱交換器４７は、第２の冷却剤循環回路３８に関連付けられているので、第２の冷却剤－空気熱交換器とも呼ばれる。

【0079】

第１の冷却剤－空気熱交換器５０を、車室３の温度調節のために使用してもよい。第１の冷却剤－空気熱交換器５０は、空気流Ｌにおいて、冷媒－空気熱交換器２２の下流に配置されている。冷暖房システム４Ｂの機能は、冷暖房システム４Ａと同じである。

【0080】

図５は、さらなる一実施形態の冷暖房システム４Ｃを示す概略図である。冷暖房システム４Ｃは、第１の冷却剤－空気熱交換器５０が導管４８、４９を介して第２の冷却剤循環回路３８と流体連通し、導管５１、５２を介して第１の冷却剤循環回路１４と流体連通している点を除いて、冷暖房システム４Ｂとほぼ同じである。ここでは、第２の冷却剤－空気熱交換器４７が省かれている。

【0081】

第１の冷却剤－空気熱交換器５０には、弁５３、５４が関連付けられている。弁５３、５４によって、第１の冷却剤－空気熱交換器５０を、第１の冷却剤循環回路１４又は第２の冷却剤循環回路３８に流体連通させることが可能である。したがって、第１の冷却剤－空気熱交換器５０を使用して、車室３を暖房又は冷房することが可能である。それ以外は、冷暖房システム４Ｃの機能は、冷暖房システム４Ｂの機能と同じである。

【0082】

図６は、さらなる一実施形態の冷暖房システム４Ｄを示す概略図である。冷暖房システム４Ｄは、冷暖房システム４Ｄが冷却剤－空気熱交換器４７、５０を備えていない点を除いて、冷暖房システム４Ａとほぼ同じである。それ以外は、冷暖房システム４Ｄの機能は、冷暖房システム４Ａの機能と同じである。

【0083】

本発明を実施形態の例示を参照しながら説明したが、本発明は、様々に変形可能である。

【符号の説明】

【0084】

１ 車両
２ 車体
３ 車室
４Ａ 冷暖房システム
４Ｂ 冷暖房システム
４Ｃ 冷暖房システム
４Ｄ 冷暖房システム
５ エンジン室
６ 加熱及び冷却モジュール
７ 冷媒回路
８ 圧縮器
９ モータ
１０ 逆転弁
１１ 導管
１２ 導管
１３ 冷媒－冷却剤熱交換器
１４ 冷却剤循環回路
１５ ポンプ
１６ 蓄電池
１７ 膨張装置
１８ 絞り弁
１９ 逆止め弁
２０ 逆止め弁
２１ 導管
２２ 冷媒－空気熱交換器
２３ 膨張装置
２４ 絞り弁
２５ 逆止め弁
２６ 逆止め弁
２７ 導管
２８ 導管
２９ 冷媒－冷媒熱交換器
３０ 膨張装置
３１ 逆止め弁
３２ 絞り弁
３３ 逆止め弁
３４ 絞り弁
３５ 逆止め弁
３６ 導管
３７ 冷媒－冷却剤熱交換器
３８ 冷却剤循環回路
３９ ポンプ
４０ 冷却剤－空気熱交換器
４１ 駆動部品
４２ 駆動部品
４３ バイパス導管
４４ 導管
４５ 回収装置
４６ 導管
４７ 冷却剤－空気熱交換器
４８ 導管
４９ 導管
５０ 冷却剤－空気熱交換器
５１ 導管
５２ 導管
５３ 弁
５４ 弁
Ｋ 冷媒
Ｋ１ 冷却剤
Ｋ２ 冷却剤
Ｌ 空気流
Ｕ 周囲
Ｚ１ 切替位置
Ｚ２ 切替位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両用の冷暖房システムであって、
冷媒回路を含む加熱及び冷却モジュールと、
前記冷媒回路に流体接続され、前記車両の車室の温度調節を行うための冷媒－空気熱交換器と、を備え、
前記冷媒－空気熱交換器は、前記加熱及び冷却モジュールの外側に設けられている、冷暖房システム。

【請求項2】

前記加熱及び冷却モジュールは、前記加熱及び冷却モジュールがヒートポンプとして動作する第１の切替位置から、前記加熱及び冷却モジュールが冷蔵装置として動作する第２の切替位置に切替可能、かつ、その逆に切替可能な逆転弁を備えることを特徴とする、請求項１に記載の冷暖房システム。

【請求項3】

前記冷媒－空気熱交換器は、前記第１の切替位置では、前記車室を暖房するための凝縮器として機能し、前記第２の切替位置では、前記車室を冷房するための蒸発器として機能することを特徴とする、請求項２に記載の冷暖房システム。

【請求項4】

第１の冷媒－冷却剤熱交換器によって、前記冷媒回路と熱伝達状態にある第１の冷却剤循環回路であって、前記第１の冷媒－冷却剤熱交換器は、前記第１の切替位置では凝縮器として動作し前記第２の切替位置では蒸発器として動作する、第１の冷却剤循環回路を特徴とする、請求項２又は３に記載の冷暖房システム。

【請求項5】

前記車室の温度調節を行うための第１の冷却剤－空気熱交換器であって、前記第１の冷却剤循環回路と流体連通している第１の冷却剤－空気熱交換器を特徴とする、請求項４に記載の冷暖房システム。

【請求項6】

前記冷媒－空気熱交換器は、第１の冷却剤－空気熱交換器の上流に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載の冷暖房システム。

【請求項7】

第２の冷媒－冷却剤熱交換器によって、前記冷媒回路と熱伝達状態にある第２の冷却剤循環回路であって、前記第２の冷媒－冷却剤熱交換器は、前記第１の切替位置では蒸発器として動作し前記第２の切替位置では凝縮器として動作する、第２の冷却剤循環回路を特徴とする、請求項２～６のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項8】

前記車室の温度調節を行うための第２の冷却剤－空気熱交換器であって、前記第２の冷却剤循環回路と流体連通している第２の冷却剤－空気熱交換器を特徴とする、請求項７に記載の冷暖房システム。

【請求項9】

前記冷媒－空気熱交換器は、前記第２の冷却剤－空気熱交換器の上流に接続されていることを特徴とする、請求項８に記載の冷暖房システム。

【請求項10】

前記第２の冷却剤循環回路は、前記冷暖房システムの周囲に熱を放出すると共に、前記冷暖房システムの周囲から熱を受容するための冷却剤－空気熱交換器を含むことを特徴とする、請求項７から９のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項11】

前記加熱及び冷却モジュールから延びる導管であって、前記冷媒－空気熱交換器は、前記導管によって前記冷媒回路と流体連通している、導管を特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項12】

前記加熱及び冷却モジュールは、ブロック形状を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の冷暖房システム。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか１項に記載の冷暖房システムを備える車両、具体的には電気自動車又はハイブリッド自動車であって、前記冷媒－空気熱交換器が前記車室の中又は前記車室に接して設けられる、車両。

【請求項14】

前記加熱及び冷却モジュールは、前記車両のエンジン室の中又は前記エンジン室に接して設けられることを特徴とする、請求項１３に記載の車両。

【請求項15】

蓄電池及び／又は駆動部品であって、前記冷暖房システムが、前記蓄電池及び／又は前記駆動部品の温度調節を行うように構成されている、蓄電池及び／又は駆動部品を特徴とする、請求項１３又は１４に記載の車両。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0002】

自社の研究結果によれば、電動車両は、冷媒回路がヒートポンプ及び／又は冷却器として動作し得る冷暖房システムを備えることができる。このために、冷媒回路は、少なくとも、圧縮器、凝縮器、蒸発器、及び、膨張装置を含む。このような冷暖房システムの利点は、電動車両の個々の熱源及び放熱板を相互接続すると共に利用することによって、車室の温度調節が可能な点にある。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）中国特許出願公開第１１１５４６８５３号明細書
（特許文献２）国際公開第２０１４／２０３４７６号
（特許文献３）欧州特許出願公開第３８４５４０２号明細書

【国際調査報告】