CN103946041A - 热交换系统 - Google Patents

Abstract

一种在致冷剂与电池(61)之间进行热交换的热交换系统(1)包括：压缩机(12)，该压缩机使致冷剂循环；热交换器(14)，该热交换器在致冷剂与外部空气之间进行热交换；膨胀阀(16)，该膨胀阀使致冷剂减压；热交换器(18)，该热交换器在致冷剂与空调用空气之间进行热交换；热交换部(60)，该热交换部与热交换器(18)并列连接并且在致冷剂与电池(61)之间进行热交换；旁通通路(71)，该旁通通路提供压缩机(12)和热交换器(14)之间的致冷剂路径与膨胀阀(16)和热交换器(18)之间的致冷剂路径之间的流体连通；膨胀阀(76)，该膨胀阀设置在旁通通路(71)中并且使流过该旁通通路(71)的致冷剂减压；和选择阀(72)，该选择阀允许或中断经由旁通通路(71)的致冷剂的流动。

Description

热交换系统

技术领域

本发明涉及一种热交换系统，更具体地，涉及一种在流过蒸气压缩式致冷循环的致冷剂与温度被调节的温度被调节部之间进行热交换的热交换系统。

背景技术

近年来，利用电动机的驱动力行驶的混合动力车辆、燃料电池车辆、电动车辆等作为环境问题的对策之一变成了关注的焦点。在此类车辆中，诸如电动机、发电机、逆变器、变换器和电池之类的电气装置交换电力而发热。因此，需要对这些电气装置进行冷却。于是，已提出一种利用被用作车辆空调装置的蒸气压缩式致冷循环来冷却发热元件的技术。

例如，日本专利申请公报No.2010-81704(JP2010-81704A)记载了一种如下所述的用于冷却充电器的技术。形成将充电器与散热器连接且供冷却剂循环通过的循环通路。空气随着冷却风扇被驱动而被传送到散热器，并且流过散热器的冷却剂有效地放热。已在散热器中放热的冷却剂随着泵被驱动而流过充电器。在充电器与冷却剂之间进行热交换。日本专利申请公报No.2005-90862(JP2005-90862A)记载了一种冷却系统，该冷却系统包括用于冷却绕开空调用致冷循环的减压器、蒸发器和压缩机的旁通通路中的发热元件的发热元件冷却单元。

顺便说一下，随着电池的温度降低，电池内部的化学变化被抑制且于是功率密度降低，因此在电池温度低时可能难以确保电池输出。另外，作为电池特性，当电池处在低温范围内时，电池内部的电阻增大，且输入效率降低，因此充电时间增大，并且电池充电效率降低。因此，在低温环境下，例如在外部空气温度低的寒冷地点，希望对电池进行适度升温。

关于使车辆搭载的电池升温的技术，例如，日本专利申请公报No.2009-257254(JP2009-257254A)记载了一种系统，该系统在车辆正在行驶时在化学蓄热材料中蓄热并且在车辆起动时利用蓄积在化学蓄热材料中的热来加热电池。日本专利申请公报No.10-12286(JP10-12286A)记载了一种系统，该系统利用用于加热车厢的加热流体来加热电池。日本专利申请公报No.2010-272289(JP2010-272289A)记载了一种系统，该系统利用来自变换器和充电器的废热来加热供给到电池的致冷剂。

当通过外部电源对电池充电时，需要如上所述在低温环境下加热电池。另一方面，电池的温度随着充电持续而上升，因此电池需要被冷却。因此，存在在同一系统中进行电池的加热和电池的冷却的系统矛盾。存在使用加热器来加热被加热对象的方法；然而，需要设置专用的加热装置和专用的热交换器，从而引起成本上升和系统尺寸的增大，因此该方法不适合于搭载在车辆上。

发明内容

本发明提供了一种热交换系统，该热交换系统能够通过以进一步简易的构型可调节地加热或冷却温度被调节部来适度调节温度被调节部。

本发明的一方面提供了一种在致冷剂与温度被调节部之间进行热交换的热交换系统。所述热交换系统包括：压缩机，所述压缩机使所述致冷剂循环；第一热交换器，所述第一热交换器在所述致冷剂与外部空气之间进行热交换；第一减压器，所述第一减压器使所述致冷剂减压；第二热交换器，所述第二热交换器在所述致冷剂与空调用空气之间进行热交换；热交换部，所述热交换部与所述第二热交换器并列连接并且在所述致冷剂与所述温度被调节部之间进行热交换；旁通通路，所述旁通通路提供所述压缩机和所述第一热交换器之间的所述致冷剂的路径与所述第一减压器和所述第二热交换器之间的所述致冷剂的路径之间的流体连通；第二减压器，所述第二减压器设置在所述旁通通路中并且使流过所述旁通通路的所述致冷剂减压；和选择阀，所述选择阀允许或中断经由所述旁通通路的所述致冷剂的流动。

所述热交换系统还可以包括分流阀，所述分流阀调节流到所述第二热交换器的所述致冷剂的流量和流到所述热交换部的所述致冷剂的流量。

所述热交换系统还可以包括止回阀，所述止回阀禁止所述致冷剂从所述旁通通路流向所述第一减压器。

所述热交换系统还可以包括发热源和冷却部，所述冷却部利用在所述第一热交换器与所述第一减压器之间流动的所述致冷剂来冷却所述发热源。

所述热交换系统还可以包括流量调节阀，所述流量调节阀调节从所述第一热交换器经由所述冷却部流到所述第一减压器的所述致冷剂的流量。

所述热交换系统还可以包括另一选择阀，所述另一选择阀在所述致冷剂在所述第一热交换器和所述冷却部之间循环的循环路径与从所述冷却部朝向所述第一减压器的所述致冷剂的路径之间切换。

所述热交换系统还可以包括第三热交换器，所述第三热交换器连接在所述第一热交换器与所述第一减压器之间并且在所述致冷剂与外部空气之间进行热交换，其中所述发热源被流过并列连接在所述第一热交换器与所述第三热交换器之间的所述致冷剂的路径之一的所述致冷剂冷却。

在所述热交换系统中，所述温度被调节部可以是电池。

对于根据本发明的该方面的热交换系统，可以通过以更简易的构型可调节地加热或冷却温度被调节部来适度调节该温度被调节部。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是示出热交换系统的构型的示意图；

图2是示出在空调装置运转模式下致冷剂的状态的莫里尔图；

图3是示出在热交换系统的各个运转模式下压缩机和阀的设定的表；

图4是示出在空调装置停止模式下热交换系统的操作的示意图；

图5是示出图4所示的热交换系统的一部分的构型的示意图；

图6是示出在电池加热模式下热交换系统的操作的示意图；

图7是示出在电池加热模式下致冷剂的状态的莫里尔图；

图8是示出在电池温度控制模式下热交换系统的操作的示意图；

图9是示出在快速加热模式下热交换系统的操作的示意图；

图10是示出控制单元的构型的细节的框图；

图11是示出用于热交换系统的控制方法的一个示例的流程图；以及

图12是示出用于热交换系统的控制方法的另一个示例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图说明本发明的实施例。注意，同样的附图标记在图中表示相同或对应的部分并且不重复其说明。

图1是示出根据第一实施例的热交换系统1的构型的示意图；如图1所示，热交换系统1包括蒸气压缩式致冷循环10。蒸气压缩式致冷循环10例如装设在车辆上以便冷却车辆的车厢。例如，在用于冷却的开关被打开时或者在车辆的车厢内的温度被自动调节为设定温度的自动控制模式被选择并且车厢内的温度高于设定温度时，执行利用蒸气压缩式致冷循环10的冷却。

蒸气压缩式致冷循环10包括压缩机12、用作第一热交换器的热交换器14、用作第三热交换器的热交换器15、作为第一减压器的示例的膨胀阀16、和用作第二热交换器的热交换器18。蒸气压缩式致冷循环10还包括蓄存器40。蓄存器40配置在热交换器18与压缩机12之间的致冷剂的路径中。

压缩机12由车辆的作为动力源配备的电动机或发动机致动，且绝热地压缩致冷剂气体以获得过热的致冷剂气体。压缩机12导入并压缩在蒸气压缩式致冷循环10的运转期间从热交换器18流来的气态致冷剂，并且将高温和高压的气态致冷剂排出到致冷剂管路21。压缩机12将致冷剂排出到致冷剂管路21，以由此使致冷剂在蒸气压缩式致冷循环10内循环。

热交换器14和15使在压缩机12中被压缩的过热的致冷剂气体以恒定压力向外部介质放热并且变成致冷剂液。从压缩机12排出的高压的气态致冷剂在热交换器14和15中向周围放热而被冷却，以由此冷凝(液化)。各热交换器14和15包括管和翅片。管供致冷剂流动。翅片用于在流过管的致冷剂与热交换器14或15周围的空气之间进行热交换。

各热交换器14和15在致冷剂与外部空气之间进行热交换。外部空气可通过随着车辆行驶而产生的自然通风供给到热交换器14和15。或者，外部空气可通过来自冷却风扇如冷凝器风扇42和发动机冷却用散热器风扇的强制通风供给到热交换器14和15。冷凝器风扇42在接收来自电动机44的驱动力时旋转而产生空气流，以由此向热交换器14和15供给外部空气。通过热交换器14和15中冷却空气与致冷剂之间的热交换，致冷剂的温度降低，并且致冷剂液化。

膨胀阀16使流过致冷剂管路25的高压液态致冷剂经小孔喷射而膨胀为低温和低压的雾化致冷剂。膨胀阀16使在热交换器14和15中冷凝的致冷剂液减压成处于气液混合状态的湿蒸气。注意，用于使致冷剂液减压的减压器并不限于进行节流膨胀的膨胀阀16；作为替代，该减压器可以是毛细管。

在热交换器18的内部流动的雾化致冷剂气化而从导入成与热交换器18接触的周围空气吸热。热交换器18利用被膨胀阀16减压的低温和低压的致冷剂来从流到车辆的车厢的空调用空气吸收在致冷剂的湿蒸气蒸发成致冷剂气体时需要的蒸发热，以由此冷却车辆的车厢。通过被热交换器18吸热而温度降低的空调用空气流入车辆的车厢内以冷却车辆的车厢。致冷剂在热交换器18中从周围吸热而被加热。

热交换器18包括管和翅片。管供致冷剂流动。翅片用于在流过管的致冷剂和热交换器18周围的空气之间进行热交换。处于湿蒸气状态的致冷剂流过管。当致冷剂流过管时，致冷剂经由翅片吸收空调用空气的热作为蒸发潜热而蒸发，并且还由于显热而变成过热蒸气。气化的致冷剂经由致冷剂管路28和29流入压缩机12。压缩机12压缩从热交换器18流来的致冷剂。

蓄存器40被设置用来保持导入压缩机12中的致冷剂的状态恒定。蓄存器40具有当在热交换器18中被加热的致冷剂处于气液两相混合状态时将致冷剂分离成气体和液体、将致冷剂液储存在蓄存器40中以及使处于饱和蒸气状态的气态致冷剂返回压缩机12的功能。蓄存器40用于将气态致冷剂蒸气导入压缩机12。

蒸气压缩式致冷循环10还包括致冷剂管路21和22、致冷剂管路23和24、致冷剂管路25、致冷剂管路26和27、致冷剂管路28以及致冷剂管路29。致冷剂管路21和22提供压缩机12与热交换器14之间的流体连通。致冷剂管路23和24提供热交换器14与热交换器15之间的流体连通。致冷剂管路25提供热交换器15与膨胀阀16之间的流体连通。致冷剂管路26和27提供膨胀阀16与热交换器18之间的流体连通。致冷剂管路28提供热交换器18与蓄存器40之间的流体连通。致冷剂管路29提供蓄存器40与压缩机12之间的流体连通。

致冷剂管路21和22是用于使致冷剂从压缩机12流到热交换器14的管路。致冷剂经由致冷剂管路21和22在压缩机12与热交换器14之间从压缩机12的出口朝热交换器14的入口流动。致冷剂管路23至25是用于使致冷剂从热交换器14流到膨胀阀16的管路。致冷剂经由致冷剂管路23至25在热交换器14与膨胀阀16之间从热交换器14的出口朝膨胀阀16的入口流动。

致冷剂管路26和27是用于使致冷剂从膨胀阀16流到热交换器18的管路。致冷剂经由致冷剂管路26和27在膨胀阀16与热交换器18之间从膨胀阀16的出口朝热交换器18的入口流动。致冷剂管路28和29是用于使致冷剂从热交换器18流到压缩机12的管路。致冷剂经由致冷剂管路28和29在热交换器18与压缩机12之间从热交换器18的出口朝压缩机12的入口流动。

蒸气压缩式致冷循环10形成为使得压缩机12、热交换器14和15、膨胀阀16以及热交换器18通过致冷剂管路21至29连结。注意，用在蒸气压缩式致冷循环10内的致冷剂可以是例如二氧化碳、碳氢化合物(例如丙烷和异丁烷)、氨、氟氯烃、水等。

供致冷剂从热交换器14的出口朝膨胀阀16的入口流动的路径包括致冷剂管路22、致冷剂管路23、致冷剂管路24和致冷剂管路25。致冷剂管路23从热交换器14的出口侧延伸到流量调节阀38(稍后说明)。致冷剂管路24连结到热交换器15的入口侧。致冷剂管路25使致冷剂从热交换器15的出口侧流到膨胀阀16。

在热交换器14与热交换器15之间流动的致冷剂的路径包括致冷剂管路33、致冷剂管路34和致冷剂管路36。致冷剂管路33从致冷剂管路23分支并且延伸到冷却部30(稍后说明)。致冷剂管路34提供冷却部30与选择阀52(稍后说明)之间的流体连通。致冷剂管路36提供选择阀52与致冷剂管路24之间的流体连通。致冷剂液经由致冷剂管路33从热交换器14流到冷却部30。经过冷却部30的致冷剂经由致冷剂管路34和36返回致冷剂管路23。冷却部30设置在从热交换器14朝热交换器15流动的致冷剂的路径中。

热交换系统1包括在热交换器14和15之间与致冷剂管路23和24并列连接的致冷剂路径，并且冷却部30设置在该致冷剂路径中。冷却部30设置于在热交换器14与热交换器15之间流动的致冷剂的多个并列连接的路径的其中一个中。冷却部30包括混合动力车辆(HV)装置31和冷却管路32。HV装置31是装设在车辆上的电气装置。冷却管路32是供致冷剂流过的管路。HV装置31是发热源的一个示例。冷却管路32的一个端部连接到致冷剂管路33。冷却管路32的另一个端部连接到致冷剂管路34。

与致冷剂管路23和24并列连接的致冷剂路径包括位于冷却部30的上游侧(较靠近热交换器14的一侧)的致冷剂管路33、冷却部30中包括的冷却管路32以及位于冷却部30的下游侧(较靠近热交换器15的一侧)的致冷剂管路34和36。致冷剂管路33是从致冷剂管路23分支并且被用来使液态致冷剂从热交换器14流到冷却部30的管路。致冷剂管路34和36是使致冷剂从冷却部30返回致冷剂管路24并且被用来使致冷剂流到热交换器15的管路。

从热交换器14流出的致冷剂液经由致冷剂管路23和33朝冷却部30流动。流到冷却部30且经由冷却管路32流动的致冷剂从用作发热源的HV装置31吸热以冷却HV装置31。冷却部30利用在热交换器14中冷凝且流到冷却管路32的液态致冷剂来冷却HV装置31。流过冷却管路32的致冷剂在冷却部30中与HV装置31进行热交换以冷却HV装置31，且致冷剂被加热。致冷剂还从冷却部30经由致冷剂管路34和36流动，且经由致冷剂管路24到达热交换器15。

冷却部30构造成能够在HV装置31与冷却管路32中的致冷剂之间进行热交换。在本实施例中，冷却部30例如具有形成为使得冷却管路32的外周面与HV装置31的壳体直接接触的冷却管路32。冷却管路32具有与HV装置31的壳体邻接的部分。在该部分，可在流过冷却管路32的致冷剂与HV装置31之间进行热交换。

HV装置31直接连接到形成在蒸气压缩式致冷循环10内从热交换器14延伸到热交换器15的致冷剂路径的一部分的冷却管路32的外周面，且被冷却。HV装置31配置在冷却管路32的外部，因此HV装置31不干涉在冷却管路32的内部流动的致冷剂流。因此，蒸气压缩式致冷循环10的压力损失不会增大，从而可在不增大压缩机12的动力的情况下冷却HV装置31。

或者，冷却部30可包括介设在HV装置31与冷却管路32之间的选定的已知热管。这种情况下，HV装置31经由该热管连接到冷却管路32的外周面，并且热从HV装置31经由该热管传递到冷却管路32，以由此冷却HV装置31。HV装置31用作用于加热该热管的加热部，并且冷却管路32用作用于冷却该热管的冷却部，以由此提高冷却管路32与HV装置31之间的热传递效率，因此可以提高HV装置31的冷却效率。例如，可使用管芯式(Wick)热管。

该热管能够可靠地将热从HV装置31传递到冷却管路32，因此HV装置31与冷却管路32之间可存在一定距离，并且不需要冷却管路32的复杂配置来使冷却管路32与HV装置31接触。结果，能提高HV装置31的配置的灵活性。

HV装置31包括交换电力而发热的电气装置。该电气装置例如包括用于将直流电力变换为交流电力的逆变器、为旋转电机的电动发电机、为蓄电装置的电池、用于使电池的电压升压的升压变换器和用于使电池的电压降压的DC/DC变换器中的至少任一者。

致冷剂经过通过由致冷剂管路21至29顺次连接压缩机12、热交换器14和15、膨胀阀16以及热交换器18而形成的致冷剂循环路径，以在蒸气压缩式致冷循环10内循环。致冷剂在蒸气压缩式致冷循环10内流动而顺次经过图1所示的A、B、C、D、E和F点，并且致冷剂在压缩机12、热交换器14和15、膨胀阀16以及热交换器18之间循环。

图2是示出蒸气压缩式致冷循环10内的致冷剂的状态的莫里尔图。在图2中，横轴表示致冷剂的比焓，而纵轴表示致冷剂的绝对压力。比焓的单位为kJ/kg，而绝对压力的单位为MPa。图中的曲线为致冷剂的饱和蒸气线和饱和液线。

图2示出当致冷剂从位于热交换器14的出口处的致冷剂管路23经由致冷剂管路33流入冷却部30、冷却HV装置31并且从冷却部30经由致冷剂管路34和36返回位于热交换器15的入口处的致冷剂管路24时在蒸气压缩式致冷循环10内的各个点(也就是说，A、B、C、D、E和F点)致冷剂的热力学状态。

如图2所示，导入压缩机12中的处于过热的蒸气状态的致冷剂(A点)在压缩机12中沿等比熵线被绝热地压缩。随着致冷剂被压缩，致冷剂的压力和温度上升而成为高温和高压的具有高过热度的过热蒸气(B点)。

在压缩机12中被绝热地压缩的处于过热蒸气状态的高温和高压的致冷剂流到热交换器14并且在热交换器14中被冷却。从压缩机12排出的气态致冷剂在热交换器14中向周围放热而被冷却以由此冷凝(液化)。通过在热交换器14中与外部空气进行的热交换，致冷剂的温度降低，并且致冷剂液化。热交换器14中的高压致冷剂蒸气在热交换器14中以恒定压力从过热蒸气变成干饱和蒸气，放出冷凝潜热而逐渐地液化成处于气液混合状态的湿蒸气，并且随着全部致冷剂冷凝而变成饱和液(C点)。

从热交换器14流出的处于饱和液状态的致冷剂经由致冷剂管路23和33流到冷却部30的冷却管路32，并且冷却HV装置31。在冷却部30中，向随着致冷剂经过热交换器14而冷凝的处于饱和液状态的液态致冷剂放热，以由此冷却HV装置31。致冷剂通过与HV装置31进行热交换而被加热，并且致冷剂的干燥度增大。致冷剂从HV装置31接收潜热而部分地气化成混合地包含饱和液和饱和蒸气的处于气液两相状态的湿蒸气(D点)。

此后，致冷剂经由致冷剂管路34、36和24流入热交换器15。致冷剂的湿蒸气在热交换器15中与外部空气进行热交换而被冷却以由此再次冷凝，随着全部致冷剂冷凝而变成饱和液，且进一步放出显热而变成过冷却液(E点)。此后，致冷剂经由致冷剂管路25流入膨胀阀16。在膨胀阀16中，处于过冷却液状态的致冷剂被节流膨胀，并且致冷剂的温度和压力在致冷剂的比焓不变的情况降低而变成处于气液混合状态的低温和低压的湿蒸气(F点)。

来自膨胀阀16的处于湿蒸气状态的致冷剂经由致冷剂管路26和27流入热交换器18。处于湿蒸气状态的致冷剂流入热交换器18的管中。当致冷剂流过热交换器18的管时，致冷剂经由翅片将空调用空气的热作为蒸发潜热吸收而以恒定压力蒸发。热交换器18配置在供空调用空气流过的管道的内部，并且在致冷剂与空调用空气之间进行热交换以调节空调用空气的温度。空调用空气可以是外部空气或者可以是车辆的车厢内的空气。在冷却运转期间，空调用空气在热交换器18中被冷却，并且致冷剂接收从空调用空气传递的热而被加热。

当全部致冷剂都变成干饱和蒸气时，致冷剂蒸气通过显热进一步升温而变成过热蒸气(A点)。此后，致冷剂经由致冷剂管路28和29导入压缩机12。压缩机12压缩从热交换器18流来的致冷剂。

按照上述循环，致冷剂连续地重复在压缩状态、冷凝状态、节流膨胀状态和蒸发状态之间的变化。注意，在上文对蒸气压缩式致冷循环的说明中描述的是理论致冷循环；然而，在实际的蒸气压缩式致冷循环10内，当然需要考虑压缩机12中的损失、致冷剂的压力损失和热损失。

在蒸气压缩式致冷循环10的运转期间，致冷剂在致冷剂在用作蒸发器的热交换器18中蒸发时从车辆的车厢内的空气吸收蒸发热以由此冷却车厢。此外，来自热交换器14的高压液态致冷剂流到冷却部30并与HV装置31进行热交换以由此冷却HV装置31。热交换系统1利用用于对车辆的车厢进行空气调节的蒸气压缩式致冷循环10来冷却作为装设在车辆上的发热源的HV装置31。注意，冷却HV装置31所需的温度期望地至少低于HV装置31的目标温度范围的上限。

为了冷却热交换器18中的被冷却部而设置的蒸气压缩式致冷循环10用于冷却HV装置31，因此不需要设置诸如专用的水循环泵和冷却风扇之类的装置来冷却HV装置31。因此，能减少冷却HV装置31所需的构件并且简化系统构型，因此能降低热交换系统1的制造成本。此外，不需要运转诸如泵和冷却风扇之类的动力源以冷却HV装置31，并且不需要用于使动力源运转的动力消耗。这样，能降低用于冷却HV装置31的动力消耗。

在热交换器14中，致冷剂仅需被冷却成饱和液状态，并且处于饱和液状态的致冷剂液被供给到冷却部30。从HV装置31接收气化潜热而部分地气化的处于湿蒸气状态的致冷剂在热交换器15中再次冷却。在处于湿蒸气状态的致冷剂完全冷凝为饱和液之前，致冷剂以恒定温度发生状态变化。热交换器15使液态致冷剂进一步过冷却至冷却车辆的车厢所需的过冷却度。不需要过度增大致冷剂的过冷却度，因此可降低各热交换器14和15的容量。这样，能确保用于冷却车厢的冷却性能，并且能减小各热交换器14和15的尺寸，因此能获得尺寸减小且有利于安装在车辆上的热交换系统1。

不经过冷却部30的致冷剂管路23和24以及形成经过冷却部30以冷却HV装置31的致冷剂的路径的致冷剂管路33、34和36及冷却管路32彼此并列设置为供致冷剂从热交换器14流向膨胀阀16的路径。包括致冷剂管路33、34和36的用于冷却HV装置31的冷却系统与致冷剂管路23和24并联连接。因此，只有一部分从热交换器14流出的致冷剂流到冷却部30。使冷却HV装置31所需量的致冷剂流到冷却部30，并且HV装置31被适度冷却。这样，能防止HV装置31的过度冷却。

从热交换器14流到热交换器15而不经过冷却部30的致冷剂的路径和从热交换器14经由冷却部30流到热交换器15的致冷剂的路径彼此并列设置，并且使仅一部分致冷剂流到致冷剂管路33、34和36。这样一来，能降低致冷剂流过用于冷却HV装置31的冷却系统时的压力损失。不是全部致冷剂都流到冷却部30。因此，能降低与致冷剂经由冷却部30的流动相关的压力损失，且相应地能降低使压缩机12运转以使致冷剂循环所需的电力消耗。

当经过膨胀阀16之后的低温和低压的致冷剂被用于冷却HV装置31时，热交换器18中对车厢内空气的冷却性能降低且用于冷却车厢的冷却性能降低。与此相比，在根据本实施例的热交换系统1中，在蒸气压缩式致冷循环10内，从压缩机12排出的高压致冷剂通过用作第一冷凝器的热交换器14和用作第二冷凝器的热交换器15两者冷凝。两级热交换器14和15配置在压缩机12与膨胀阀16之间，并且用于冷却HV装置31的冷却部30设置在热交换器14与热交换器15之间。热交换器15设置在从冷却部30朝膨胀阀16流动的致冷剂的路径中。

通过在热交换器15中充分冷却从HV装置31接收蒸发潜热而被加热的致冷剂，致冷剂在膨胀阀16的出口处具有冷却车辆的车厢本来所需的温度和压力。因此，能充分地增大当致冷剂在热交换器18中蒸发时从外部接收的热量，从而能充分地冷却经过热交换器18的空调用空气。这样，通过将热交换器15的散热性能设定成能够充分地冷却致冷剂，可冷却HV装置31而不会对用于冷却车厢的冷却性能有任何影响。这样，能可靠地确保用于冷却HV装置31的冷却性能和用于冷却车厢的冷却性能两者。

当从热交换器14流到冷却部30的致冷剂冷却HV装置31时，致冷剂从HV装置31受热而被加热。随着致冷剂被加热到饱和蒸气温度以上并且全部量的致冷剂在冷却部30中气化，在致冷剂与HV装置31之间进行热交换的量减小，并且HV装置31无法被有效地冷却，且此外，致冷剂在管内流动时的压力损失增大。因此，希望在热交换器14中充分地冷却致冷剂，使得在冷却HV装置31之后全部量的致冷剂都不会气化。

具体地，使热交换器14的出口处的致冷剂状态接近饱和液，并且典型地，在热交换器14的出口处致冷剂被置于饱和液线上的状态。由于热交换器14能够以此方式充分地冷却致冷剂，故热交换器14使致冷剂放热的散热性能高于热交换器15的散热性能。通过在具有较高散热性能的热交换器14中充分地冷却致冷剂，已从HV装置31受热的致冷剂可被维持在湿蒸气状态，并且可避免致冷剂和HV装置31之间的热交换量的减少，因此能充分地冷却HV装置31。冷却HV装置31之后的处于湿蒸气状态的致冷剂在热交换器15中再次被有效地冷却，并冷却成低于饱和温度的过冷却液状态。这样，能提供确保用于冷却车厢的冷却性能和用于冷却HV装置31的冷却性能两者的热交换系统1。

返回参照图1，热交换系统1包括流量调节阀38。流量调节阀38连接到不经过冷却部30的致冷剂管路23和24，所述致冷剂管路23和24形成从热交换器14朝膨胀阀16的并列连接的致冷剂路径之一。流量调节阀38改变其阀开度以增减从致冷剂管路23经由流量调节阀38流到致冷剂管路24的致冷剂的压力损失。这样一来，流量调节阀38选择性地调节直接从致冷剂管路23流到致冷剂管路24的致冷剂的流量和经由包括冷却管路32的用于冷却HV装置31的冷却系统流动的致冷剂的流量。

例如，当流量调节阀38完全关闭而将阀开度设定为0％时，来自热交换器14的全部量的致冷剂经由致冷剂管路33流入冷却部30。当流量调节阀38的阀开度增大时，在从热交换器14流出的致冷剂内，经由致冷剂管路23直接流到热交换器15的致冷剂的流量增大并且经由致冷剂管路33流到冷却管路32以冷却HV装置31的致冷剂的流量减小。当流量调节阀38的阀开度减小时，在从热交换器14流出的致冷剂内，经由致冷剂管路23和24直接流到热交换器15的致冷剂的流量减小并且经由致冷剂管路33流动以冷却HV装置31的致冷剂的流量增大。

随着流量调节阀38的阀开度增大，冷却HV装置31的致冷剂的流量减小，因此用于冷却HV装置31的冷却性能降低。随着流量调节阀38的阀开度减小，冷却HV装置31的致冷剂的流量增大，因此用于冷却HV装置31的冷却性能提高。流量调节阀38用于使得能最佳地调节流到HV装置31的致冷剂的量，从而能可靠地防止HV装置31的过度冷却，且此外，能可靠地降低与用于冷却HV装置31的冷却系统中的致冷剂的流动相关的压力损失和用于使致冷剂循环的压缩机12的电力消耗。

热交换系统1还包括与热交换器18并列连接的热交换部60。供致冷剂从膨胀阀16朝蓄存器40流动的路径包括致冷剂管路63和致冷剂管路64。致冷剂管路63是流入热交换部60的致冷剂的路径。致冷剂管路64从热交换部60延伸到蓄存器40。位于膨胀阀16的出口附近的致冷剂管路26内的致冷剂的一部分经由致冷剂管路27流到热交换器18，而另一部分经由致冷剂管路63流到热交换部60。

热交换部60包括电池61和热交换管路62。电池61是装设在车辆上的蓄电池。热交换管路62是供致冷剂流过的管道。作为蓄电装置的电池61是二次电池，例如锂离子电池和镍金属氢化物电池。可使用电容器代替电池。电池61被包括在交换电力而发热的电气装置中。电池61是被热交换系统1调节温度的温度被调节部的一个示例。热交换管路62的一个端部连接到致冷剂管路63。热交换管路62的另一个端部连接到致冷剂管路64。

在从膨胀阀16延伸到热交换器18的致冷剂的路径中设置有分流阀66。分流阀66配置在致冷剂管路27与致冷剂管路63之间的分支点处。致冷剂管路27是流到热交换器18的致冷剂的路径。致冷剂路径63是流到热交换部60的致冷剂的路径。分流阀66用作调节从致冷剂管路26经由致冷剂管路27流到热交换器18的致冷剂的流量和从致冷剂管路26经由致冷剂管路63流到热交换部60的致冷剂的流量的流量调节阀。

分流阀66与蓄存器40之间的致冷剂的路径包括位于热交换部60的上游侧(较靠近分流阀66的一侧)的致冷剂管路63、热交换部60中包括的热交换管路62和位于热交换部60的下游侧(邻近蓄存器40的一侧)的致冷剂管路64。致冷剂管路63是供致冷剂从分流阀66流到热交换部60的管路。致冷剂管路64是供致冷剂从热交换部60流到蓄存器40的管路。

流到热交换器60且经由热交换管路62流动的致冷剂与用作温度被调节部的电池61进行热交换以冷却或加热电池61。热交换部60利用经由致冷剂管路63流到热交换管路62的致冷剂来调节电池61的温度。在热交换部60中，当电池61被冷却时，在热交换管路62内流动的致冷剂从电池61吸热，因此电池61被冷却，且致冷剂被加热。在热交换部60中，当电池61被加热时，热从在热交换管路62内流动的致冷剂传递到电池61，因此电池61被加热，且致冷剂被冷却。

热交换部60与上述冷却部30一样构造成能够在流过热交换管路62的致冷剂与电池61之间进行热交换。热交换部60可形成为使得热交换管路62的外周面与电池61的壳体直接接触或者热交换部60可包括介设在电池61与热交换管路62之间的选定的已知热管。

热交换系统1还包括旁通通路71。旁通通路71提供致冷剂管路21与致冷剂管路26之间的流体连通。致冷剂管路21是位于压缩机12与热交换器14之间的致冷剂的路径。致冷剂管路26是位于膨胀阀16与热交换器18之间的致冷剂的路径。旁通通路71是绕开热交换器14和15以及膨胀阀16且被用于使致冷剂在不经过热交换器14和15以及膨胀阀16的情况下从压缩机12流到热交换器18和/或热交换部60的路径。

在旁通通路71与致冷剂管路21和22之间的分支点处设置有选择阀72。选择阀72允许或中断经过旁通通路71的致冷剂的流动。选择阀72被设置为具有三个管道连接端口的三向阀。致冷剂管路21连接到选择阀72的第一管道连接端口。致冷剂管路22连接到选择阀72的第二管道连接端口。旁通通路71连接到选择阀72的第三管道连接端口。选择阀72切换致冷剂管路21与旁通通路71之间的流体连通状态。旁通通路71将选择阀72与致冷剂管路26连接。选择阀72设置在压缩机12与热交换器14之间。致冷剂管路26是位于膨胀阀16与热交换器18之间的致冷剂的路径。

选择阀72在开启状态与关闭状态之间切换，以由此在致冷剂从致冷剂管路21朝致冷剂管路22的流动与致冷剂从致冷剂管路21朝旁通通路71的流动之间切换。选择阀72用作选择性地在致冷剂从压缩机12朝热交换器14的流动与致冷剂从压缩机12经由旁通通路71朝热交换器18和/或热交换部60的流动之间切换的路径选择单元。通过利用选择阀72来改变致冷剂的路径，能使被压缩机12绝热地压缩的高温致冷剂流到经由致冷剂管路22到热交换器14的路径以及经由旁通通路71到热交换器18和/或热交换部60的路径中任意选定的一个路径。

热交换系统1还包括设置在旁通通路71中的膨胀阀76。膨胀阀76用作与用作第一减压器的膨胀阀16不同的第二减压器。膨胀阀76使流过旁通通路71的致冷剂减压。第二减压器无需具有开度调节功能，并且可设置薄毛细管代替膨胀阀76。膨胀阀76使流过旁通通路76的致冷剂节流膨胀以降低致冷剂的压力。这样一来，在旁通通路71中，在膨胀阀76的下游流动的致冷剂的压力低于在膨胀阀76的上游流动的致冷剂。

在致冷剂管路26中设置有止回阀76。止回阀76设置在位于相对于致冷剂管路26与旁通通路71的连结点位于膨胀阀16附近的致冷剂管路26中。止回阀74禁止致冷剂从旁通通路71朝膨胀阀16的流动。止回阀74设置成使从旁通通路71流到致冷剂管路26的全部致冷剂朝分流阀66流动且使致冷剂可靠地从旁通通路71经由分流阀66流到热交换器18和热交换部60中的至少任一者。

热交换系统1还包括连通管路51。连通管路51提供致冷剂管路22与致冷剂管路34和36之间的流体连通。致冷剂流过位于压缩机12与热交换器14之间的致冷剂管路22。在用于使致冷剂流到冷却部30的致冷剂管路33、34和36之中，致冷剂管路34和36位于冷却部30的下游侧。

选择阀52设置在致冷剂管路34和36与连通管路51之间的连接点处，且改变连通管路51与致冷剂管路34和36之间的流体连通状态。选择阀52被设置为具有三个管道连接端口的三向阀。致冷剂管路34连接到选择阀52的第一管道连接端口。致冷剂管路36连接到选择阀52的第二管道连接端口。连通管路51连接到选择阀52的第三管道连接端口。

选择阀52在开启状态与关闭状态之间切换，以由此允许或中断致冷剂经由连通管路51的流动。通过利用选择阀52切换致冷剂的路径，可使冷却HV装置31之后的致冷剂流到经由致冷剂管路34、36和24到热交换器15的路径和经由连通管路51和致冷剂管路22到热交换器14的路径中任何选定的一个路径。

图3是示出在热交换系统1的各运转模式下压缩机12和阀的设定的表。图3示出在热交换系统1以不同的五种运转模式中的任何一种运转模式运转的情况下在各运转模式下压缩机12的运转状况以及流量调节阀38、选择阀52、分流阀66和选择阀72的开度的设定。图3还示出在热交换系统1的各运转模式下致冷剂对HV装置31和电池61的温度调节作用、车辆的运转状态和车厢内利用空调装置进行空气调节的状态。

图3所示的运转模式之中的“空调装置运转模式”是上文参考图1和图2说明的运转模式，且是车辆正在运转中、用于冷却车辆的车厢的空调装置在运转中并且期望HV装置31的冷却和电池61的冷却的运转模式。注意，在图1、图4、图6、图8和图9(稍后说明)中，致冷剂流过用实线表示的致冷剂路径，且没有致冷剂流过用虚线示出的致冷剂路径。

在“空调装置运转模式”下，需要使致冷剂流过整个蒸气压缩式致冷循环10，包括膨胀阀16和热交换器18，以冷却车辆车厢，因此使压缩机12运转。流量调节阀38的阀开度被调节成使得足量的致冷剂流到冷却部30以冷却HV装置31。选择阀52被切换成使得致冷剂管路34和致冷剂管路36彼此流体连通且连通管路51与致冷剂管路34和36两者都不流体连通。

分流阀66响应于对用于冷却车辆车厢的冷却性能和用于冷却电池61的冷却性能的要求而控制流到热交换器18的致冷剂的流量和流到热交换部60的致冷剂的流量。选择阀72的开启/关闭状态被切换成使得致冷剂管路21和致冷剂管路22彼此流体连通且旁通通路71与致冷剂管路21和22两者都不流体连通。

使致冷剂在蒸气压缩式致冷循环10内循环，且由于从热交换器14流到冷却部30的致冷剂的蒸发潜热而从HV装置31吸热，因此能有效地冷却HV装置31。此外，能通过给热交换器18供给被膨胀阀16调节成低温和低压的雾化状态的致冷剂来冷却空调用空气，因此能确保用于冷却车辆车厢的冷却性能。此外，能通过给热交换部60供给被膨胀阀16调节成低温和低压的状态的致冷剂来有效地冷却电池61。

图4是示出在空调装置停止模式下热交换系统1的操作的示意图。图5是示出图4所示的热交换系统1的构型的一部分的示意图。图3所示的运转模式之中的“空调装置停止模式”是如图4和图5所示在车辆运转或停止期间用于对车辆车厢进行空气调节的空调装置停止但需要HV装置31的冷却的运转模式。此时，不需要电池61的冷却。

在“空调装置停止模式”下，蒸气压缩式致冷循环10停止，且不需要使致冷剂流过整个蒸气压缩式致冷循环10，因此压缩机12停止。流量调节阀38完全关闭。这样一来，流过位于热交换器14的出口处的致冷剂管路23的全部致冷剂都流到冷却部30，且致冷剂不会从致冷剂管路23经由流量调节阀38流到致冷剂管路24。选择阀52被切换成使得致冷剂管路34和连通管路51彼此流体连通且致冷剂管路36与致冷剂管路34和连通管路51两者都不流体连通。选择阀52被操作成使致冷剂从冷却部30循环到热交换器14。致冷剂不从致冷剂管路34流到致冷剂管路36，而是经由连通管路51流动。

由于致冷剂不流到分流阀66，故分流阀66被选择性地设定。选择阀72的开启/关闭状态被切换成使得致冷剂管路21和旁通通路71两者都不与致冷剂管路22流体连通。通过这样设定选择阀72，禁止从连通管路51流到致冷剂管路22的致冷剂经由选择阀72流到致冷剂管路21或旁通通路71，且流过连通管路51的全部致冷剂都流到热交换器14。

这样一来，形成了从热交换器14经由致冷剂管路23和33延伸到冷却部30、进一步顺次经过致冷剂管路34、选择阀52、连通管路51和致冷剂管路22并返回热交换器14的封闭环形路径。这样一来，能使在冷却HV装置31之后流过致冷剂管路34的致冷剂经由连通管路51流到热交换器14，从而使得能形成使致冷剂在不经过压缩机12的情况下在冷却部30与热交换器14之间循环的环形路径。致冷剂的路径被选择成使致冷剂经由将冷却部30与热交换器14连接的环形路径循环。

致冷剂可在不操作压缩机12的情况下经由环形路径在热交换器14与冷却部30之间循环。当致冷剂冷却HV装置31时，致冷剂从HV装置31接收蒸发潜热而蒸发。通过与HV装置31进行热交换而气化的致冷剂蒸气顺次经由致冷剂管路34、连通管路51和致冷剂管路22流到热交换器14。在热交换器14中，致冷剂蒸气被车辆的行驶风或来自冷凝器风扇42或发动机冷却用散热器风扇的通风冷却而冷凝。在热交换器14中液化的致冷剂液顺次经由致冷剂管路23和致冷剂管路33返回冷却部30。

以此方式，通过经过冷却部30和热交换器14的环形路径形成了其中HV装置31用作加热部且热交换器14用作冷却部的热管。这样，当蒸气压缩式致冷循环10停止时，亦即，当用于车辆的冷却器停止时，也能可靠地冷却HV装置31而不必起动压缩机12。能在不使用压缩机12的动力的情况下冷却HV装置31，因此不需要恒定地运转压缩机12以冷却HV装置31。因此，能通过降低压缩机12的动力消耗来提高车辆的燃料经济性，且此外能延长压缩机12的寿命，因此能提高压缩机12的可靠性。

图5示出地面58。冷却部30在与地面58垂直的竖直方向上配置在热交换器14的下方。在使致冷剂在热交换器14与冷却部30之间循环的环形路径中，冷却部30配置在下方，而热交换器14配置在上方。热交换器14配置在比冷却部30高的位置。

这种情况下，在冷却部30中被加热并气化的致冷剂蒸气在环形路径内上行，到达热交换器14，在热交换器14中被冷却，冷凝成液态致冷剂，通过重力作用在环形路径内下行，且返回冷却部30。亦即，冷却部30、热交换器14和连接它们的致冷剂路径形成了热虹吸式热管。由于可通过形成该热管来提高从HV装置31到热交换器14的热传递效率，因此当蒸气压缩式致冷循环10停止时，HV装置31也可被进一步有效地冷却而不需要附加动力。

图6是示出在电池加热模式下热交换系统1的操作的示意图。图3所示的运转模式之中的“电池加热模式”是如图6所示的在车辆的运转或停止期间需要电池61的加热的运转模式。此时，用于对车辆车厢进行空气调节的空调装置处在加热运转中或者停止，且HV装置31随着它执行对电池61的充电控制而发热，因此需要冷却。

在“电池加热模式”下，为了通过使高温致冷剂流到热交换器18来在热交换器18中加热空调用空气和/或通过使高温致冷剂流到热交换部60来在热交换部60中加热电池61，使压缩机12运转，并且致冷剂在压缩机12被绝热地压缩成高温、高压的状态。流量调节阀38完全关闭。这样一来，流过位于热交换器14的出口处的致冷剂管路23的全部致冷剂都流到冷却部30。选择阀52被切换成使得致冷剂管路34和连通管路51彼此流体连通且致冷剂管路36与致冷剂管路34和连通管路51两者都不流体连通。

分流阀66响应于对用于加热车辆车厢的加热性能和用于加热电池61的加热性能的要求而控制流到热交换器18的致冷剂的流量和流到热交换部60的致冷剂的流量。选择阀72的开启/关闭状态被切换成使得致冷剂管路21和旁通通路71彼此流体连通且致冷剂管路21和旁通通路71两者都不与致冷剂管路22流体连通。

这种情况下，与在上述“空调装置停止模式”的情况下一样，HV装置31被其中HV装置31用作加热部且热交换器14用作冷却部的热管冷却。在压缩机12中被绝热地压缩的致冷剂从致冷剂管路21经由选择阀72流到旁通通路71，且被膨胀阀76节流膨胀和减压成高温、低压的过热蒸气状态。处于过热蒸气状态的致冷剂经由旁通通路71和致冷剂管路26进一步流到分流阀66。

致冷剂的至少一部分被分流阀66引导到致冷剂管路63，且在电池61与热交换部60中的致冷剂之间进行热交换以使得能加热电池61，因此能确保用于加热电池61的加热性能。此外，当需要车辆车厢的加热时，致冷剂的一部分被分流阀66引导到致冷剂管路27，并且在用于加热车辆车厢的空调用空气与热交换器18中的致冷剂之间进行热交换以使得能加热空调用空气，因此能确保期望的加热性能。当不需要车辆车厢的加热时，致冷剂不从分流阀66流到致冷剂管路27，并且在压缩机12中被绝热地压缩的全部致冷剂都被用于加热电池61。当需要快速加热电池61时，为了通过使电池61的加热优先而使用全部致冷剂来加热电池61，能将分流阀66的开启/关闭状态设定成使得使全部致冷剂都流到致冷剂管路63。

图7是示出在电池加热模式下致冷剂的状态的莫里尔图。在图7中，横轴表示致冷剂的比焓，而纵轴表示致冷剂的绝对压力。比焓的单位为kJ/kg，而绝对压力的单位为MPa。图中的曲线为致冷剂的饱和蒸气线和饱和液线。图7示出当致冷剂从压缩机12经由旁通通路71流入热交换部60并在热交换部60中冷却电池61时致冷剂在图6所示的A、B、G和H点的热力学状态。

如图7所示，致冷剂在压缩机12中沿等比熵线被绝热地压缩。随着致冷剂被压缩，致冷剂的压力和温度上升而成为高温和高压的具有高过热度的过热蒸气(B点)。在压缩机12中被绝热地压缩的处于过热蒸气状态的高温和高压的致冷剂流入设置在旁通通路71中的膨胀阀76。在膨胀阀76中，处于过热蒸气状态的致冷剂被节流膨胀，且致冷剂的温度和压力在致冷剂的比焓不变的情况降低而变成低压的过热蒸气(G点)。

来自膨胀阀16的致冷剂流入热交换部60。当致冷剂经过热交换部60的热交换管路62时，致冷剂等压放出显热而减小其比焓且变成干饱和蒸气，并且进一步放出冷凝潜热而逐渐地液化成处于气液混合状态的湿蒸气(H点)。随着在热交换部60中从致冷剂放出的热被传递到电池61，电池61被加热。

已在热交换部60中与电池61进行热交换的致冷剂流入蓄存器40。这种情况下，蓄存器40用作气液分离器，并且将处于气液两相状态的致冷剂分离成气态致冷剂和液态致冷剂。作为液态致冷剂的致冷剂液被储存在蓄存器40内部的底侧。用作来自蓄存器40的致冷剂的输出端口的致冷剂管路29连结到蓄存器40的顶部。仅处于饱和蒸气状态的致冷剂经由致冷剂管路29被传送到蓄存器40的外部。这样一来，蓄存器40能够可靠地将气态致冷剂和液态致冷剂彼此分离。

此后，致冷剂经由致冷剂管路29导入压缩机12。压缩机12压缩从蓄存器40流来的致冷剂。导入压缩机12的处于干饱和蒸气状态的致冷剂(A点)在压缩机12中被绝热地压缩成高温和高压的过热蒸气状态。按照上述循环，致冷剂连续地重复在压缩状态、节流膨胀状态和冷凝状态之间的变化。

通过将用于调节电池61的温度的热交换部60与用于对车辆车厢进行空气调节的热交换器18并列连接，能如图1所示将在膨胀阀16中被节流膨胀的低温、低压的致冷剂供给到热交换部60且然后冷却电池61。此外，设置了旁通通路71和允许致冷剂流到旁通通路71的选择阀72，且在压缩机12中被绝热地压缩的高温致冷剂经由旁通通路71被供给到热交换部60。这样一来，能加热电池61。这样，能以进一步简易的构型可调节地加热或冷却电池61，因此能适度调节电池61的温度。

在电池61的冷却和加热期间，确保了致冷剂流到冷却部30，且HV装置31在冷却部30中被恒定地冷却。这样，能确保HV装置31的冷却性能，且能防止HV装置31的过热。

图8是示出在电池温度控制模式下热交换系统1的操作的示意图。图3所示的运转模式之中的“电池温度控制模式”是如图8所示在车辆的运转或停止期间用于对车辆车厢进行空气调节的空调装置停止但需要电池61的冷却的运转模式。HV装置31也发热，因此HV装置31需要被冷却。

在“电池温度控制模式”下，压缩机12运转。流量调节阀38的阀开度被调节成使得足量的致冷剂流到冷却部30以冷却HV装置31。选择阀52被切换成使得致冷剂管路34和致冷剂管路36彼此流体连通且连通管路51与致冷剂管路34和36两者都不流体连通。分流阀66被调节成使得致冷剂不流到热交换器18且全部致冷剂都流到热交换部60。选择阀72的开启/关闭状态被切换成使得致冷剂管路21和致冷剂管路22彼此流体连通且旁通通路71与致冷剂管路21和22两者都不流体连通。

这种情况下，与“空调装置运转模式”的情况下一样，能通过从热交换器14流到冷却部30的致冷剂的蒸发潜热来冷却HV装置31，且能通过给热交换部60供给被膨胀阀16调节成低温、低压的状态的致冷剂来冷却电池61。当在空调装置的停止期间HV装置31和电池61两者都需要被冷却时，使压缩机12起动以使致冷剂循环通过整个蒸气压缩式致冷循环10，高压致冷剂被用于冷却HV装置31，且低压致冷剂被用于冷却电池61。这样一来，能有效地冷却HV装置31和电池61两者。

图9是示出在快速加热模式下热交换系统1的操作的示意图。图3所示的运转模式之中的“快速加热模式”是如图9所示在车辆的运转期间需要车辆车厢的快速加热的运转模式。此时，HV装置31也发热，因此HV装置31需要被冷却；然而，不需要电池61的冷却。

在“快速加热模式”下，为了通过使高温致冷剂流到热交换器18来加热热交换器18中的空调用空气，使压缩机12运转，且致冷剂在压缩机12中被绝热地压缩成高温、高压的状态。流量调节阀38完全关闭。这样一来，流过位于热交换器14的出口处的致冷剂管路23的全部致冷剂都流到冷却部30。选择阀52被切换成使得致冷剂管路34和连通管路51彼此流体连通且致冷剂管路36与致冷剂管路34和连通管路51两者都不流体连通。

分流阀66被调节成使得致冷剂不流到热交换部60且全部致冷剂都流到热交换器18。选择阀72的开启/关闭状态被切换成使得致冷剂管路21和旁通通路71彼此连通且致冷剂管路21和旁通通路71两者都不与致冷剂管路22流体连通。

这种情况下，HV装置31被热管冷却，其中HV装置31用作加热部且热交换器14用作冷却部。在压缩机12中被绝热地压缩且被膨胀阀76节流膨胀的处于过热蒸气状态的致冷剂被分流阀66引导到致冷剂管路27，且在热交换器18中被用于加热车辆车厢。通过在用于加热车辆车厢的空调用空气与热交换器18中的致冷剂之间进行热交换，能加热空调用空气以确保期望的加热性能。通过使车辆车厢的加热优先，分流阀66的开启/关闭状态被设定成使得使在压缩机12中被绝热地压缩的全部致冷剂都流到致冷剂管路27且全部致冷剂都被用于加热车辆车厢。这样，能提高用于加热车辆车厢的加热性能，且能容易地升高车辆车厢的温度。

接下来，将说明对根据本实施例的热交换系统1的控制。图10是示出控制单元80的构型的细节的框图。图10所示的控制单元80包括执行对热交换系统1的控制的电子控制单元(ECU)81。ECU81从空调装置开关82接收指示空调装置的开/关状态的信号。空调装置开关82例如设置在位于车厢前部的仪表板上。当车辆的乘员操作空调装置开关82时，空调装置的开/关状态被切换，且车辆车厢的冷却开始或停止。

ECU81从温度输入单元84接收指示温度的信号。致冷剂在冷却部30的入口和出口处的温度从检测流入冷却部30的致冷剂的温度的传感器和检测从冷却部30流出的致冷剂的温度的传感器输入至温度输入单元84。此外，致冷剂在热交换部60的入口和出口处的温度从检测流入热交换部60的致冷剂的温度的传感器和检测从热交换部60流出的致冷剂的温度的传感器输入至温度输入单元84。此外，热交换系统1附近的外部空气的温度和通过热交换器18中的热交换被调节温度的空调用空气的温度输入至温度输入单元84。

控制单元80还包括压缩机控制单元85、电动机控制单元86和阀控制单元87。压缩机控制单元85控制压缩机12的起动和停止。电动机控制单元86控制电动机44的转速。阀控制单元87控制流量调节阀38、选择阀52和72以及分流阀66的开启/关闭状态。控制单元80还包括存储器89，例如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。随着ECU81按存储在存储器89中的控制程序执行各种处理，热交换系统1被控制。

压缩机控制单元85接收从ECU81传输的控制指令，且将指示压缩机12起动或停止的信号C1传输到压缩机12。电动机控制单元86接收从ECU81传输的控制指令，且将指示电动机44的转速的信号M1传输到电动机44。阀控制单元87接收从ECU81传输的控制指令，将指示流量调节阀38的开度的信号V1传输到流量调节阀38，将指示选择阀52所设定的开启/关闭状态的信号V2传输到选择阀52，将指示分流阀66的开度的信号V3传输到分流阀66，且将指示选择阀72所设定的开启/关闭状态的信号V4传输到选择阀72。

ECU81基于车辆的运转状态、空调装置的开/关状态和输入至温度输入单元84的各种温度而控制压缩机12的运转和停止、电动机44的转速、流量调节阀38和分流阀66的开度以及选择阀52和72的开启/关闭状态。ECU81用作切换热交换系统1的运转模式的运转模式切换单元。

图11是示出用于热交换系统1的控制方法的一个示例的流程图。图11示出在车辆的停止期间控制电池61的温度的方法。如图11所示，首先，在步骤(S10)中，判定从外部电源对电池61的充电是否开始。当在步骤(S10)中判定为电池61的充电开始时，随后在步骤(S20)中判定电池61是否需要被加热。

在低温环境下，例如在外部空气温度低的寒冷地点，电池内部的电阻增大，且输入效率降低，因此充电时间增大，且电池充电效率降低。因此，电池61需要被升温。能基于输入至图10所示的温度输入单元84的热交换系统1附近的外部空气的温度和/或致冷剂在热交换部60的入口和出口处的温度来判定电池61是否需要被加热。例如，适用的是将电池61的允许温度范围的下限设定为25℃，并且当电池61的温度低于该下限时，判定为电池61需要被加热。目标温度范围因电池61的类型而异，且还因各电池61的特性而异。因此，可对电池61的个体规定最佳目标温度范围。

当在步骤(S20)中判定为电池61不需要被加热时，随后在步骤(S30)中判定电池61是否需要被冷却。在电池61的充电持续期间，电池61的温度由于电池61内部的化学反应而上升，因此需要冷却电池61以避免电池61的过热。能基于输入至图10所示的温度输入单元84的致冷剂在热交换部60的入口和出口处的温度来判定电池61是否需要被冷却，例如，适用的是将电池61的允许温度范围的上限设定为45℃，并且当电池61的温度超过该上限时，判定为电池61需要被冷却。

当在步骤(S30)中判定为电池61需要被冷却时，处理转入步骤(S40)，且热交换系统1以“电池温度控制模式”运转。如参考图8所述，通过将被膨胀阀16节流膨胀的低温、低压的致冷剂供给到热交换部60，热交换部60中致冷剂与电池61之间能进行热交换以由此冷却电池61。此时，HV装置31被驱动以执行对电池61的充电控制，因此HV装置31也需要被冷却。能通过将流量调节阀38的开度控制成使得所需量的致冷剂从热交换器14流到冷却部30来适度冷却HV装置31。

当在步骤(S30)中判定为电池61不需要被冷却时，随后在步骤(S50)中判定是否需要预热。这里，预热表示在乘员上车之前提前加热车辆车厢且表示用于抑制乘员在寒冷天气中在车辆车厢内耐受寒冷的不舒适的空调装置的运转。

当在步骤(S20)中判定为电池61需要被加热和在步骤(S50)中判定为需要预热时，处理转入步骤(S60)，且热交换系统1以“电池加热模式”运转。如参考图6所述，能通过将在压缩机12中被绝热地压缩的高温致冷剂供给到热交换部60来加热电池61，且通过将高温致冷剂供给到热交换器18来加热车辆车厢。通过利用分流阀66来适度控制流到热交换器18和热交换部60的致冷剂的流量，能实现期望的加热性能和电池61的加热两者。此时，致冷剂也通过热管被供给到冷却部30，因此能适度冷却HV装置31。

当在步骤(S50)中判定为不需要预热时，随后在步骤(S70)中判定HV装置31是否需要被冷却。当判定为HV装置31需要被冷却时，处理转入步骤(S80)，且热交换系统1以“空调装置停止模式”运转。如参考图4所述，通过形成热管，能在不需要将压缩机12的动力施加于致冷剂的情况下适度冷却HV装置31。

当热交换系统1的运转被设定在“电池温度控制模式”、“电池加热模式”或“空调装置停止模式”下时，随后在步骤(S90)中判定电池61的充电是否已完成。当充电还没有完成时，处理返回步骤(S20)，并且再次判定电池61是否需要被加热。当充电已完成时，处理转入步骤(S100)，且压缩机12停止(如果它被起动的话)。此后，控制流返回，且在步骤(S10)中判定充电是否开始。即使在步骤(S10)中判定为充电没有开始，控制流也立即返回，并且再次判定步骤(S10)中的充电是否开始。

这样，通过使热交换系统1在车辆的停止期间以“电池温度控制模式”、“电池加热模式”或“空调装置停止模式”中适当地选定的运转模式运转，能适度冷却和加热电池61以及冷却HV装置31。这样，当电池61在寒冷地点被外部电源充电时，能在不由于加热电池61而降低充电效率的情况下执行充电控制。另一方面，当电池61在高温环境下充电时，能冷却电池61，且能进一步可靠地抑制电池61的过热。在电池61的加热和冷却两者期间，能通过朝HV装置31连续供给致冷剂来冷却HV装置31，因此能进一步可靠地抑制HV装置31的过热。此外，能在电池61的充电期间预热车辆车厢，因此能提高包括热交换系统1的车辆的适销性。

图12是示出用于热交换系统1的控制方法的另一个示例的流程图。图12示出在车辆的运转期间控制电池61的温度的方法。如图12所示，首先，在步骤(S110)中，打开用于开始车辆的操作的电动车辆(EV)开关。随后，在步骤(S120)中，判定电池61是否需要被加热。如果在低温环境下电池61的温度低，则存在电池61内部的化学变化被抑制、输出密度降低且于是无法确保电池输出的可能性，因此电池61需要被加热。

当在步骤(S120)中判定为电池61需要被加热时，处理转入步骤(S130)，且热交换系统1以“电池加热模式”运转。如参考图6所述，通过将在压缩机12中被绝热地压缩的高温致冷剂供给到热交换部60，能加热电池61。当车辆车厢需要被加热时，高温致冷剂也通过控制分流阀66的开度而被供给到热交换器18。通过利用分流阀66来适度控制流到热交换器18和热交换部60的致冷剂的流量，能实现期望的加热性能和电池61的加热两者。此时，致冷剂也利用热管被供给到冷却部30，因此能适度冷却HV装置31。

当在步骤(S120)中判定为电池61需要被加热时，随后在步骤(S140)中判定电池61是否需要被冷却。当判定为电池61需要被冷却时，随后在步骤(S150)中判定车辆车厢是否需要被冷却。能通过判定空调装置是否通过车辆的乘员对空调装置开关82的操作而被开启和车辆车厢内部的当前温度是否高于空调装置的设定温度值来判定车辆车厢是否需要被冷却。

当在步骤(S150)中判定为车辆车厢不需要被冷却时，处理转入步骤(S160)，且热交换系统1以“电池温度控制模式”运转。如参考图8所述，通过将被膨胀阀16节流膨胀的低温、低压的致冷剂供给到热交换部60，能通过在热交换部60中在致冷剂与电池61之间进行热交换来冷却电池61。此时，能通过将分流阀38的开度控制成使得所需量的致冷剂从热交换器14流到冷却部30来适度冷却由于对电池61的充电控制而发热的HV装置31。

当在步骤(S140)中判定为电池61不需要被冷却时，随后在步骤(S180)中判定车辆车厢是否需要被冷却。当在步骤(S150)或步骤(S180)中判定为车辆车厢需要被冷却时，处理转入步骤(S170)，且热交换系统1以“空调装置运转模式”运转。如参考图1所述，通过将被膨胀阀16节流膨胀的低温、低压的致冷剂供给到热交换部60来冷却电池61，且通过将低温致冷剂供给到热交换器18来冷却车辆车厢。通过利用分流阀66来适度控制流到热交换器18和热交换部60的致冷剂的流量，能实现期望的冷却性能和电池61的冷却两者。此时，能通过将流量调节阀38的开度控制成使得所需量的致冷剂从热交换器14流到冷却部30来适度冷却HV装置31。

当在步骤(S180)中判定为车辆车厢不需要被冷却时，随后在步骤(S190)中判定车辆车厢是否需要被加热。当判定为车辆车厢需要被加热时，处理转入步骤(S200)，且热交换系统1以“快速加热模式”运转。如参考图9所述，通过将在压缩机12中被绝热地压缩的高温致冷剂供给到热交换器18来加热车辆车厢，且能提早升高车辆车厢内的温度。此时，致冷剂也通过热管供给到冷却部30，因此能适度冷却HV装置31。

当在步骤(S190)中判定为车辆车厢不需要被加热时，处理转入步骤(S210)，且热交换系统1以“空调装置停止模式”运转。如参考图4所述，通过形成热管，能在不需要将压缩机12的动力施加于致冷剂的情况下适度冷却HV装置31。

当热交换系统1被设定成以图3所示的五种运转模式中的任何一种运转模式运转时，随后在步骤(S220)中判定EV开关是否被关闭。当EV开关未被关闭且保持打开时，处理转入步骤(S120)，并且再次判定电池61是否需要被加热。当EV开关被关闭时，处理转入步骤(S230)，并且停止压缩机120(如果它被起动的话)。这样一来，车辆停止，并且热交换系统1的运转也终止。

以此方式，通过使热交换系统1在车辆的运转期间以上述五种运转模式之中适当选择的运转模式运转，能适度冷却和加热电池61以及冷却HV装置31。这样，在低温环境下，能通过加热电池61来避免电池61的输出降低，且能确保车辆的运行性能。另一方面，在高温环境下，能冷却电池61，且能进一步可靠地抑制电池61的过热。在电池61的加热和冷却两者期间，能通过向HV装置31连续供给致冷剂来冷却HV装置31，因此能进一步可靠地抑制HV装置31的过热。

如上所述，在根据本实施例的热交换系统1中，通过将在致冷剂与电池61之间进行热交换的热交换部60与位于膨胀阀16的下游的热交换器18并列连接，能将被膨胀阀16节流膨胀的低温致冷剂供给到热交换部60。此时，通过从电池61放热到致冷剂，能冷却电池61。

此外，热交换系统1包括旁通通路71、膨胀阀76和选择阀72。旁通通路71提供位于压缩机12的出口附近的致冷剂管路21与位于膨胀阀16的出口附近的致冷剂管路26之间的流体连通。膨胀阀76使流经旁通通路71的致冷剂减压。选择阀72将致冷剂的流动切换成使得致冷剂经由旁通通路71流动。这样一来，能将在压缩机12中被绝热地压缩的高温致冷剂供给到热交换部60。这样一来，能通过从高温致冷剂传热到电池61来加热电池61。

这样，能以简易的构型可调节地加热或冷却电池61，因此能适度调节电池61的温度。

通过在朝向热交换器18的致冷剂管路27与朝向热交换部60的致冷剂管路63之间的分支点处设置分流阀66，能调节流到用于对车辆车厢进行空气调节的热交换器18的致冷剂的流量和流到用于控制电池61的温度的热交换部60的致冷剂的流量。这样一来，当需要车辆车厢的冷却和电池61的冷却时，能基于期望的冷却性能和用于冷却电池61的冷却性能来控制流到热交换器18和热交换部60的致冷剂的流量。此外，当需要车辆车厢的加热和电池61的加热时，能基于期望的加热性能和用于加热电池61的加热性能来控制流到热交换器18和热交换部60的致冷剂的流量。这样，能利用热交换系统1来实现车辆车厢的空气调节和电池61的温度调节两者。

止回阀74在比旁通通路71与致冷剂管路26之间的连接位置更靠近膨胀阀16的一侧设置在致冷剂管路26中。止回阀74允许致冷剂从膨胀阀16朝热交换器18流动，且禁止致冷剂沿反方向流动。止回阀74禁止致冷剂从旁通通路71朝膨胀阀16的流动。这样一来，当使致冷剂经由旁通通路71流动以加热电池61或者加热车辆车厢时，能防止高温致冷剂朝膨胀阀16流动。这样，能可靠地确保用于加热电池61的加热性能或用于加热车辆车厢的加热性能。

在热交换器14与膨胀阀16之间设置有使致冷剂流到冷却部30以冷却用作发热源的HV装置31的路径。这样一来，能利用具有简易构型的热交换系统1来实现HV装置31的冷却和电池61的加热或冷却两者。

由于设置了调节经由冷却部30流动的致冷剂的流量的流量调节阀38，故能响应于冷却部30中对用于冷却HV装置31的冷却性能的要求而调节致冷剂的流量。因此，能将足量用于冷却HV装置31的致冷剂供给到冷却部30，且能避免向冷却部30过量供给致冷剂以及HV装置31的过冷却和致冷剂的压力损失增大的发生。

由于设置了用于形成使致冷剂在热交换器14与冷却部30之间循环的路径的连通管路51和选择阀52，故能形成使致冷剂在不经过压缩机12的情况下在冷却部30与热交换器14之间循环的环形路径。能在不运转压缩机12的情况下通过沿环形路径形成热管来使致冷剂在热交换器14与冷却部30之间循环，因此能降低冷却HV装置31所需的动力。形成致冷剂经由旁通通路71的流动，因此，即使不从压缩机12施加用于使致冷剂流到冷却部30的动力，也能可靠地冷却HV装置31。

通过在冷却部30中设置用于冷却在从HV装置31受热时被加热的致冷剂的热交换器15，致冷剂只需被过冷却到利用两个热交换器14和15冷却车辆的车厢所需的过冷却度，且不必过度增大致冷剂的过冷却度，因此能降低各热交换器14和15的容量。这样，能确保用于冷却车厢的冷却性能，并且能减小各热交换器14和15的尺寸，因此能获得尺寸减小且有利于安装在车辆上的热交换系统1。

通过在并列连接在热交换器14和15之间的路径之一中设置冷却部30，能进一步可靠地使用于冷却HV装置31所需量的致冷剂流到冷却部30。这样，能适度冷却HV装置31，且能进一步可靠地避免HV装置31的不充分冷却和过冷却。不是全部致冷剂都流到冷却部30。因此，能降低与致冷剂经由冷却部30流动相关的压力损失，并且相应地能降低使压缩机12运转以使致冷剂流动所需的电力消耗。

当进行在热交换器18和/或热交换部60中利用致冷剂对车辆车厢的加热和/或对电池61的加热时，一部分通过热交换而冷却的致冷剂可冷凝。因此，流入蓄存器40的已与空调用空气或电池61进行热交换的致冷剂可处于其中饱和液和饱和蒸气混合的湿蒸气气液两相状态。这种情况下，致冷剂在蓄存器40的内部被分离成气体和液体。蓄存器40用作气液分离器，且流入蓄存器40的处于气液两相状态的致冷剂在蓄存器40的内部被分离成液态致冷剂液和气态致冷剂蒸气。

在蓄存器40的内部，致冷剂液蓄积在下侧，而致冷剂蒸气蓄积在上侧。传送来自蓄存器40的致冷剂蒸气的致冷剂管路29的端部连结到蓄存器40的顶部。仅致冷剂蒸气从蓄存器40的顶侧经由致冷剂管路29被传送到蓄存器40的外部。这样一来，能给压缩机12仅供给通过蓄存器40可靠地与液态致冷剂分离的气态致冷剂。结果，能防止致冷剂液流入压缩机12，且能防止压缩机12由于液体成分的混入而发生麻烦。

切换致冷剂的流动的选择阀52和72均可以是如上所述的三向阀。或者，也适用的是能够开启或关闭致冷剂的路径的多个阀，并且各选择阀52和72可由这些多个开关阀形成。假定配置三向阀所需的空间小于配置多个开关阀所需的空间，且能利用三向阀提供具有进一步减小的尺寸和优良的车辆搭载性的热交换系统1。开关阀仅需具有能够开启或关闭致冷剂管路的简易结构，因此开关阀不昂贵，且能利用多个开关阀来提供成本更低的热交换系统1。

注意，在以上说明中，以电池61为例说明了最佳地调节装设在车辆上的温度被调节部的温度的热交换系统1。通过根据本发明的热交换系统1调节温度的温度被调节部并不限于电池61。例如，可将冷却用于冷却装设在车辆上的变速驱动桥的自动变速器流体(ATF)的ATF冷却器设定为温度被调节部。

ATF被回收构成变速驱动桥的发热部件如电动发电机和齿轮产生的热的ATF冷却器冷却。这样一来，变速驱动桥被冷却。出于保护构件如电动发电机的线圈和磁体、抑制ATF的劣化等目的，需要冷却ATF。然而，如果ATF被过度冷却，则ATF的粘度增大，从而导致齿轮的润滑不足和摩擦损失的增大，因此ATF期望地被适度升温。于是，适用的是将ATF冷却器应用于根据本实施例的热交换系统1且ATF在热交换部60中被冷却和加热。

此外，温度被调节部并不限于装设在车辆上的车载装置；作为替代，它可以是需要按照诸如外部空气温度之类的条件而被冷却或加热的任何装置或任何装置的一部分。

上文说明了根据本发明的实施例；然而，上述实施例应该被视为在各个方面都只是说明性的而不是限制性的。本发明的范围并不由以上描述而是由所附权利要求指定，且意图包括与所附权利要求的范围相当的含义和范围内的所有变型。

根据本发明的所述方面的热交换系统可特别有利地应用于利用用于冷却或加热车辆的车厢的蒸气压缩式致冷循环来对需要被冷却或加热的温度被调节部如电池进行温度调节。

Claims (8)

1.一种在致冷剂与温度被调节部之间进行热交换的热交换系统，所述热交换系统包括：

压缩机，所述压缩机使所述致冷剂循环；

第一热交换器，所述第一热交换器在所述致冷剂与外部空气之间进行热交换；

第一减压器，所述第一减压器使所述致冷剂减压；

第二热交换器，所述第二热交换器在所述致冷剂与空调用空气之间进行热交换；

热交换部，所述热交换部与所述第二热交换器并列连接并且在所述致冷剂与所述温度被调节部之间进行热交换；

旁通通路，所述旁通通路提供所述压缩机和所述第一热交换器之间的所述致冷剂的路径与所述第一减压器和所述第二热交换器之间的所述致冷剂的路径之间的流体连通；

第二减压器，所述第二减压器设置在所述旁通通路中并且使流过所述旁通通路的所述致冷剂减压；和

选择阀，所述选择阀允许或中断经由所述旁通通路的所述致冷剂的流动。

2.根据权利要求1所述的热交换系统，还包括：

分流阀，所述分流阀调节流到所述第二热交换器的所述致冷剂的流量和流到所述热交换部的所述致冷剂的流量。

3.根据权利要求1或2所述的热交换系统，还包括：

止回阀，所述止回阀禁止所述致冷剂从所述旁通通路流向所述第一减压器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换系统，还包括：

发热源；和

冷却部，所述冷却部利用在所述第一热交换器与所述第一减压器之间流动的所述致冷剂来冷却所述发热源。

5.根据权利要求4所述的热交换系统，还包括：

流量调节阀，所述流量调节阀调节从所述第一热交换器经由所述冷却部流到所述第一减压器的所述致冷剂的流量。

6.根据权利要求4或5所述的热交换系统，还包括：

另一选择阀，所述另一选择阀在所述致冷剂在所述第一热交换器和所述冷却部之间循环的循环路径与从所述冷却部朝向所述第一减压器的所述致冷剂的路径之间切换。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的热交换系统，还包括：

第三热交换器，所述第三热交换器连接在所述第一热交换器与所述第一减压器之间并且在所述致冷剂与外部空气之间进行热交换，其中

所述发热源被流过并列连接在所述第一热交换器与所述第三热交换器之间的所述致冷剂的路径之一的所述致冷剂冷却。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热交换系统，其中，所述温度被调节部是电池。